Мальтийские кресты в качественной ламеллярной эмульсии

Иногда за простым соединением двух капель скрывается физика, достойная отдельного фильма. В этом видео мы решили не пересказывать теорию эмульсий, а разобрать их устройство наглядно — поймать тот самый нашумевший оптический маркер, мальтийские кресты.

На первых кадрах два покровных стекла. Под одним находится водная фаза, под вторым — липидная, маслянистая. Когда мы сводим их на одном предметном стекле, начинается объединение: фазы перетекают друг в друга, и этот процесс мы снимаем в ускоренном режиме при цифровом увеличении в 6000 крат, без редуктора. Да, получить полноценную стабильную эмульсию прямо в таком «стрим-формате» практически невозможно. Для неё нужны особые условия, которые крайне трудно воссоздать, одновременно наблюдая за пробой под микроскопом. На кадрах присутствует обеднённый водный раствор, движущийся под давлением, прозрачная форма, прокладывающая себе путь сквозь маслянистую фазу, но до готового продукта здесь ещё далеко.

Ближе к первой минуте мы показываем уже качественную, заранее приготовленную ламеллярную эмульсию. Это не спонтанная смесь, а выстроенные многослойные липидные пласты. Чтобы проявить их скрытую геометрию, мы проводим методику освещения поляризованным светом, и на экране проступает анизотропия: двулучевое преломление рисует те самые мальтийские кресты, характерные для ламеллярных систем. Выглядят они как чёткие тёмные клинья на светящемся фоне — красиво, но одного визуального впечатления в науке мало.

Классический способ убедиться, что перед вами не оптическая иллюзия, это повернуть препарат на 360 градусов и проследить, вращается ли крест. Вместо этого мы пошли более прямым путём: добавили каплю ацетона. Липидный каркас разрушается мгновенно, кресты исчезают. Без липидов нет структуры нет и двулучепреломления. Это чистое и недвусмысленное доказательство: мы действительно наблюдали упорядоченную ламеллярную эмульсию, а не любовались спонтанной оптической игрой. Можно, конечно, было бы применить криогенную заморозку со сколом на сканирующем микроскопе, но зачем излишне усложнять, если поляризация даёт чёткий ответ?

Вся правда о чудо-средстве.
Как только не называют подобные эмульсии: «вторая кожа», «инновационная структура, которая не содержит эмульгаторов», «имитация липидного барьера кожи» и «универсальное средство последнего поколения».

Почему такие утверждения имеют право на существование? Все дело в жидкокристаллическом строении и оптической текстуре ламеллярной эмульсии, чья слоистая форма действительно может напоминать липиды рогового слоя кожи. Именно она формирует сплошной масляно-водный слой.
То есть, именно такая структура эмульсии является гарантом всех заявленных производителями функций. Там и глубокое увлажнение, и максимальная совместимость с дермой, и восстановление защитных предназначений.
Структурная организация липидов и возможность их использования для восстановления целостности клеточных мембран играет ключевую роль в перечисленных выше процессах. А это, наилучшим образом, возможно только при создании стойких, слоистых эмульсий.

Давайте попробуем отделить истину от маркетинговых ухищрений и разобраться с позиции технологии:

Итак, с точки зрения физколлоидной и коллоидной химии, ламеллярная эмульсия является частным случаем прямой эмульсии. То бишь масло в воде. Но конструкция эмульсий стабилизируется специальными эмульгаторами (привет тем, кто говорит об отсутствии эмульгаторов в ламеллярке!) И особый привет тем, кто пугает людей любыми упоминаниями фосфолипидов, потому как первые ламеллярные эмульсии начались именно с производных лецитина.

Строение подобных эмульсий более сложное. Да, это слоистая эмульсия, в которой маслорастворимые вещества находятся в слое водорастворимых веществ. Все очень правильное, нужное и полезное, но находящееся в сложной точке равновесия, которая крайне чувствительна к составу, концентрации, процессу.

Кстати, сам ламеллярный слой может быть и гелевым, и жидкокристаллическим. К слову о том, что вариантов создания ламеллярной эмульсии много.
Более того, частички дискретных ламеллярных структур могут присутствовать в ряде обычных эмульсий, которых много на рынке.
Но полностью ламеллярная структура во всем объеме продукта — явление редкое и требующее от производителя беспрекословного выполнения двух условий:
● Определенного типа эмульгаторов. Причем они могут быть как лецитинсодержащими, так и пептидными, углеводными и липидными. И даже смешанного типа.
● Идеального соблюдения технологического процесса: температура, давление, скорость, время и так далее.

То есть, даже при полном соответствии рецептуры, один-единственный сбой в технологии приводит к тому, что лиотропные жидкие кристаллы не образуются. Структура во всем объеме может быть не полностью ламеллярной, а частично ламеллярной. Следовательно, не отвечать обещаниям производителя и вашим чаяниям.

Эмульгаторы — промоутеры
Эфиры холестерина в ламеллярных эмульсиях играют роль ключевого структурного компонента и стабилизатора. Но существуют и специфические эмульгаторы. Их присутствие обязательно в ламеллярной эмульсии, однако не гарантирует ее слоистого строения.

Их список все время растет и расширяется, но если подобного рода веществ нет в эмульсии, у смеси просто нет шанса на особенную структуру.

Классификация условна. Многие эмульгаторы представляют собой комбинацию классов.

Что еще важно?
Точность соблюдения рецептуры и технологии на каждом этапе производства.
Липидный бислой в ламеллярной эмульсии формируется за счет самосборки фосфолипидов в водной среде. Соответственно, фазовые переходы при производстве ламеллярных эмульсий критически зависят от точности соблюдения технологии:
● Концентрации
● Температуры
● Скорости
● Давления
● Времени.
● Соблюдения ионной силы

И тогда ламеллярные фазы могут переходить в другие конструкты самостоятельной сборки
● Гексагональная фаза (H₁) возникает при пониженном содержании воды, если мицеллы цилиндрической формы заключаются в двумерную решетку.
● Кубические фазы (Q) собираются при заданных соотношениях гидрофильной и гидрофобной частей амфифила.
● Изотропный раствор формируется при разрушении слоистых порядков, которое образуется в случае сильного разбавления.
Особый интерес представляют сдвиговые переходы, когда механические деформации меняют устройство ламеллярной фазы, образуя многослойные везикулы.

Список дефектов ламеллярных фаз:
● дислокация слоёв, ведущая к разрывам упорядоченности;
● дисклинации и изгибные дефекты, точно такие же слабые места, как у жидких кристаллов;
● мультиламеллярные везикулы, собирающиеся при нарушении слоёв.

Проверить структуру готовой эмульсии можно только двумя способами, и оба они связаны с микроскопированием.
Микроскопирование ЕДИНСТВЕННЫЙ надежный метод доказательства!
Именно такой, «дедовский» способ: взять каплю эмульсии, положить на предметное стекло и посмотреть на темном фоне в поляризующем свете.

Поляризационная микроскопия наглядно показывает наличие характерных мальтийских крестов. И только скрещенные поляроиды показывают, есть анизотропия структуры, или ее нет. Интерференционная картина в поляризационном микроскопе возникает при прохождении света через анизотропный образец, проявляющийся в виде мальтийских крестов.
Что может показать подобный метод исследования?
Не только наличие «мальтийских крестов» самих по себе, но и их количество в объеме, вид эмульсии в обычном свете.

И если производителю удалось достичь ламеллярной структуры эмульсии, то «мальтийские кресты» будут равномерно распределены во всем имеющемся объеме. Это будет красивое звездное небо.

На этом этапе следует помнить, что похожее свечение могут давать практически любые кристаллические формы: вокруг крупных капель масла могут даже наблюдаться единичные «мальтийские кресты», но по остальному объему эмульсии их нет. Вроде что-то светится, и это свидетельствует о каком-то начале кристаллизации. Но это попытки эмульгаторов создать кристаллическую структуру.

Одну из трех:
● Ламеллярную
● Жидкокристаллическую
● Гексагональную.
И, вероятно, там еще присутствуют кусочки ламеллярной структуры.

Итог: Нужно один раз увидеть и подробно разобрать действительный состав!
Именно в этом и поможет наша команда химиков и микробиологов.

***

Что мы делаем?
Мы помогаем Вам в нескольких направлениях, важными из которых являются:

● Создание качественного контента, позволяющего наиболее полно раскрыть ваши преимущества.
● Повышение уровня собственного контроля качества для каждой партии продукции.

Обучение и дооснащение.
Проводим обучение вашего персонала в следующих направлениях:

● Микроскопия и съемка на имеющемся у вас оборудовании
● Аудит и последующее дооснащение под решение конкретных задач ОТК
Впоследствии ваши сотрудники будут самостоятельно производить видео и фото контент в формате высокого разрешения для презентаций и фильмов.

Полный цикл производства контента.

Изготовим все рекламные материалы для вас самостоятельно.
Снимем и смонтируем видео, с доказательной базой «под ключ».
Сделаем макросъемку вашей продукции в высоком разрешении. Фото и видео
Все материалы, которые мы производим, отличаются синтезом научной достоверности и художественной выразительности.

Выездная лаборатория и мероприятия.

Для наглядной и эффективной демонстрации особенностей вашего продукта организуем выездную лабораторию. Привезем микроскопы и всё необходимое оборудование, настроим вывод изображения на большие экраны.
Все это с полной и поддержкой наших специалистов. Это лучшее решение для выставок, пресс-конференций и закрытых показов.

Дополнительная услуга:

Поиск с подбором и приобретением любых микроскопов и исследовательских систем (с планахроматической или апохроматической коррекцией) под задачи люминесценции, поляризации, фазового или дифференциально-интерференционного контраста в строгом соответствии с Вашим техническим заданием.