Sustainable thermoresponsive whey protein- and chitosan-based oil-in-water emulsions for cosmetic applications.

OBJECTIVE: In this study, the biopolymers whey protein and chitosan were used to create a thermoresponsive emulsion. The impact of the inclusion of chitosan and inclusion of specific oils on the rheological properties and response to temperature were investigated by a stepwise build-up from simple solutions to oil-in-water (O/W) emulsions. Whey protein (WP) concentration and chitosan concentration were varied. The results may help develop strategies for incorporating thermoresponsive materials in stable and high-performing formulations for use in cosmetics. METHODS: Solutions of whey protein concentrate (WPC) by itself, chitosan by itself and the combination of the two at various concentrations were tested with flow sweeps, temperature sweeps and frequency sweeps. Then, three different oils of jojoba, avocado and silicone were included to form emulsions and the tests were repeated to determine flow behaviour, response to temperature and structure. RESULTS: By comparing 15 wt. % and 20 wt. % WP solutions, it was found that 15 wt. % WP could provide good viscosities and modulus at a lower amount of material used. The solution composed of 15 wt. % WP, and 0.5 wt. % chitosan was found to have the greatest structural response to temperature compared to solutions with 1.0 wt. % and 1.5 wt. % chitosan. Compared to the addition of 10 wt. % silicone and 10 wt. % avocado oil to form emulsions, the addition of 10 wt. % jojoba oil further strengthened the gel network the most. The final emulsion with pigment added had improved viscosity and thermoresponsive behaviour. The WP and chitosan emulsions were shear thinning, elastically dominated and behaved as classical gels. The behaviour of the emulsions was dependent upon the hydrophobic interactions between the protein and the oil and the electrostatic interactions between the protein and the chitosan. CONCLUSION: An emulsion composed of 15 wt. % WP, 10 wt. % jojoba oil and 0.5 wt. % chitosan solution was found to have the greatest structural response to temperature. This study of an O/W emulsion containing whey protein concentrate and chitosan demonstrated that different oils and conditions can be used to tune thermoresponsive and rheological behaviour.

OBJECTIF: Dans cette étude, les biopolymères protéine de lactosérum et chitosan ont été utilisés pour créer une émulsion thermosensible. L'impact de l'intégration du chitosan et d'huiles spécifiques sur les propriétés rhéologiques et la réponse à la température a été étudié par une accumulation progressive de solutions simples à des émulsions huile dans eau (O / W). La concentration en protéines de lactosérum (WP) et la concentration en chitosan ont varié. Les résultats peuvent aider à développer des stratégies pour incorporer des matériaux thermosensibles dans des formulations stables et très performantes pour une utilisation dans les cosmétiques. MÉTHODE: Des solutions de concentré de protéines de lactosérum (WPC), de chitosan par lui-même et la combinaison des deux à diverses concentrations ont été testées avec des balayages d'écoulement, des balayages de température et des balayages de fréquence. Ensuite, trois huiles différentes de jojoba, d'avocat et de silicone ont été ajoutées pour former des émulsions et les tests ont été répétés pour déterminer le comportement d'écoulement, la réponse à la température et la structure. RÉSULTATS: En comparant des solutions de 15 % en poids et de 20 % en poids de WP, il a été constaté que 15 % en poids de WP pouvaient fournir de bonnes viscosités et un bon module à une quantité inférieure de matériau utilisé. La solution composée de 15 % en poids de WP et de 0,5 % en poids de chitosan s'est avérée avoir la plus grande réponse structurelle à la température par rapport aux solutions avec 1,0 % en poids et 1,5 % en poids de chitosan. Par rapport à l'ajout de 10 % en poids de silicone et de 10 % en poids d'huile d'avocat pour former des émulsions, l'ajout de 10 % en poids d'huile de jojoba a encore renforcé le réseau de gel. L'émulsion finale avec pigment ajouté avait amélioré la viscosité et le comportement thermorsensible. Les émulsions WP et chitosan étaient minces par cisaillement, dominées élastiquement et se comportaient comme des gels classiques. Le comportement des émulsions dépendait des interactions hydrophobes entre la protéine et l'huile et des interactions électrostatiques entre la protéine et le chitosan. CONCLUSION: Une émulsion composée de 15 % en poids de WP, de 10 % en poids d'huile de jojoba et de solution de chitosan à 0,5 % en poids s'est avérée avoir la plus grande réponse structurelle à la température. Cette étude d'une émulsion O /W contenant du concentré de protéines de lactosérum et du chitosan a démontré que différentes huiles et conditions peuvent être utilisées pour ajuster le comportement thermorsensible et rhéologique. RÉSUMÉ GRAPHIQUE: Cette étude a réalisé la conception de la formulation de systèmes d'émulsion huile-dans- eau thermosensible durables avec les biopolymères protéine de lactosérum et chitosan. Différentes concentrations de matières premières et d'huiles ont été utilisées pour identifier l'accord du comportement thermoréactif et rhéologique afin de les rendre utiles dans diverses applications cosmétiques.

Characterizing viscoelastic properties of synthetic and natural fibers and their coatings with a torsional pendulum.

Characterizing and understanding the viscoelastic mechanical properties of natural and synthetic fibers is of great importance in many biological and industrial applications. Microscopic techniques such as micro/nano indentation have been successfully employed in such efforts, yet these tests are often challenging to perform on fibers and come with certain limitations in the interpretation of the obtained results within the context of the macroscopic viscoelasticity in the fiber. Here we instead explore the properties of a series of natural and synthetic fibers, using a freely-oscillating torsional pendulum. The torsional oscillation of the damped mass-fiber system is precisely recorded with a simple HD video-camera and an image processing algorithm is used to analyze the resulting videos. Analysis of the processed images show a viscoelastic damped oscillatory response and a simple mechanical model describes the amplitude decay of the oscillation data very well. The natural frequency of the oscillation and the corresponding damping ratio can be extracted using a logarithmic decrement method and directly connected to the bulk viscoelastic properties of the fiber. We further study the sensitivity of these measurements to changes in the chemo-mechanical properties of the outer coating layers on one of the synthetic fibers. To quantify the accuracy of our measurements with the torsional pendulum, a complementary series of tests are also performed on a strain-controlled rheometer in both torsional and tensile deformation modes.

Challenges and effective routes for formulating and delivery of epidermal growth factors in skin care.

Epidermal growth factors are important morphogenetic proteins that instruct cell behaviour. They have many inferred applications within regenerative medicine and have shown promising results in skincare treatments. Many growth factors are known to have skin anti-ageing benefits along with further potential in resolving scarring, acne and other skin disorders. Incorporation of these biologics into skincare formulations has been greatly hindered by low transdermal delivery efficacy, intricate material interactions and protein instability - especially within common cosmetic emulsions. This review explores the cosmeceutical capability of growth factors in skin care, current understandings of constituent interactions and advantageous delivery approaches for more effective topical delivery. The first section highlights the influences growth factor product formulation has on stability and synergy. Current understandings of growth factor formulating techniques in cosmetic products is limited, and the performance of other protein structures is an adequate point of reference. The second section examines emerging drug delivery systems to overcome the challenges of topical growth factor treatment. It is important to consider the coaction and durability of all components in a formulation simultaneously: active ingredients, product format and delivery vehicle, in order to engineer an optimal cosmeceutical product.

Les facteurs de croissance épidermiques sont des protéines morphogénétiques importantes qui instruisent le comportement cellulaire. Ils ont de nombreuses applications inférées dans la médecine régénérative et ont montré des résultats prometteurs dans les traitements de soins de la peau. Plusieurs facteurs de croissance sont connus pour avoir des avantages anti-âges cutanés, ainsi que sur l'acné et d'autres troubles cutanés et également un potentiel cicatrisant. L'incorporation de ces produits biologiques dans les formulations de soins de la peau a été grandement entravée par une faible efficacité de délivrance transdermique, des interactions complexes de matériaux et une instabilité des protéines - en particulier dans les émulsions cosmétiques courantes. Cette revue explore la capacité cosméceutique des facteurs de croissance dans les soins de la peau, les compréhensions actuelles des interactions des constituants et les approches de livraison avantageuses pour une administration topique plus efficace. La première section met en évidence les influences de la formulation des produits de facteur de croissance sur la stabilité et la synergie. Les connaissances actuelles sur les techniques de formulation des facteurs de croissance dans les produits cosmétiques sont limitées, et la performance des autres structures protéiques est un point de référence adéquat. La deuxième section examine les systèmes d'administration de médicaments émergents pour surmonter les défis du traitement topique par facteur de croissance. Il est important de considérer simultanément la coaction et la durabilité de tous les composants d'une formulation : ingrédients actifs, format de produit et véhicule de distribution, afin de concevoir un produit cosméceutique optimal.

Flow and performance effects of talc alternatives on powder cosmetic formulations.

OBJECTIVE: To explore the performance effects of fumed silica and cornstarch as alternatives to talc in cosmetic powder formulations. METHODS: FT4 Powder Rheometer from Freeman Technology was used to test the flowability and compressibility of compact powder formulation samples containing talc, fumed silica and cornstarch at varying concentrations. The colour of the samples is evaluated by physical observation. RESULTS: The results show that the concentration of these additives influences the performance of cosmetic powder formulations. Improved compressibility is assessed as an increase in the compressibility percentage, while improved flowability is assessed by reduction in the flow energy of each sample. Talc shows improved compressibility at a minimum of 10% but would require more than 20% to impart improved flow performance. Fumed Silica shows improved compressibility from as low as 5% and this performance increases as the concentration is increased up to 20%. For the flow effects, fumed silica shows a reduction in the flow energy from as little as 5% and this effect is more drastic as the concentration is increased up to 20%. Cornstarch, however, shows a reverse effect for both compressibility and flowability with increasing flow energy and decreasing compressibility with increasing cornstarch concentration. It shows improved compressibility up to a maximum of 10% and improved flow only at concentrations lower than 5%. For a mixture of cornstarch and fumed silica at a total of 5%, both compressibility and flowability are increased as the concentration of cornstarch is reduced and that of fumed silica increased. CONCLUSION: Fumed silica and cornstarch are suitable as alternatives to talc in cosmetic powder formulations. Of the two, Fumed silica showed better compressibility and flow effects. However, a mix of both powders had suitable effects on the compressibility, flow and colour of the formulation.

OBJECTIF: Explorer les effets de performance de la silice fumée et de l'amidon de maïs comme alternatives au talc dans les formulations de poudres cosmétiques. MÉTHODOLOGIES: FT4 Rhéomètre pour poudres de Freeman Technology a été utilisé pour determiner la fluidité et la compressibilité d'échantillons de formulation de poudres compactes contenant du talc, de la silice fumée et de l'amidon de maïs à des concentrations variables. La couleur des échantillons est évaluée par observation physique. RÉSULTATS: Les résultats montrent que la concentration de ces additifs influence la performance des formulations de poudres cosmétiques. L'amélioration de la compressibilité est évaluée par une augmentation du pourcentage de compressibilité alors que l'amélioration de la fluidité est évaluée par la réduction de l'énergie de flux pour chaque échantillon. Le talc présente une compressibilité améliorée à un minimum de 10 %, mais il faudrait plus de 20 % pour donner une meilleure performance de flux. La silice fumée présente une meilleure compressibilité à partir de 5% et cette performance augmente en tant que la concentration augmente jusqu'à 20%. Pour les effets de flux, la silice fumée montre une réduction de l'énergie de flux à partir de 5% et cet effet est plus radical lorsque la concentration augmente jusqu'à 20%. L'amidon de maïs, cependant, montre un effet inverse pour la compressibilité et la fluidité avec une énergie de flux augmente et une compressibilité décroissante avec la concentration d'amidon de maïs augmente. Il présente une meilleure compressibilité jusqu'à un maximum de 10 % et une meilleure fluidité seulement à des concentrations inférieures à 5 %. Pour un mélange d'amidon de maïs et de silice fumée à un total de 5%, la compressibilité et la fluidité sont augmentées en tant que la concentration d'amidon de maïs est réduite et celle de silice fumée augmentée. CONCLUSION: La silice fumée et l'amidon de maïs est suitable pour remplacer le talc dans les formulations de poudres cosmétiques. Parmi les deux, la silice fumée a montré une meilleure compressibilité et de meilleurs effets de flux. Cependant, un mélange des deux poudres a eu des effets appropriés sur la compressibilité, le flux et la couleur de la formulation.

Impact of polyelectrolyte-surfactant interactions on the rheology and wet lubrication performance of conditioning shampoo.

OBJECTIVE: The purpose of this study is to understand the impact of the cationic polymer merquat on the rheological behavior of the mixed surfactant system of sodium lauryl ether sulfate (SLES) and cocamidopropyl betaine (CapB) as well as the impact of varying formulation conditions on the wet lubrication performance of the SLES-CapB-Merquat system. METHODS: Rotation mechanical Rheometry was used to study the rheological response of the SLES-CapB-Merquat systems. Frequency sweeps were conducted to analyze the rheological properties of the system at low frequency ranges and bulk viscosity of the system was studied at high shear rates at varying salt and polymer concentrations. Wet combing tests and hair friction tests were run on the Dia-stron MTT175 flexible miniature tensile tester in order to evaluate the conditioning effects of the different formulations. RESULTS: The SLES-CapB system on its own exhibits very little viscosity. The bulk rheology results show that the addition of Merquat enhances the viscosity and viscoelastic properties of the SLES-CapB-Merquat system indicating the presence of electrostatic interactions between the surfactant and polyelectrolyte. Addition of salt had a significant impact on the system's rheological response due to the charge screening effect of salt. Wet combing force data indicate that the charged polyelectrolyte binds to the hair substrate resulting in reduced combing force values after the product was applied. The addition of silicone oil to the formulation seemed to greatly enhance the conditioning effect of the formulation. CONCLUSION: The charge interactions between SLES, CapB and Merquat results in the formation of an integrated gel like network, thus building the viscosity of the system. Variation of parameters like polymer and salt concentration has the potential to modify the bulk rheological properties and consequently the wet lubrication properties of the system.

OBJECTIF: Le but de cette étude est de comprendre l'impact du polymère cationique Merquat sur le comportement rhéologique du système de tensioactifs mixtes de sodium lauryl éther sulfate (SLES) et de cocamidopropyl bétaïne (CapB) ainsi que l'impact de diverses conditions de formulation sur la performance de lubrification en condition humide du système SLES-CapB-Merquat. MÉTHODES: La rhéométrie par rotation a été utilisée pour étudier la réponse rhéologique des systèmes SLES-CapB-Merquat. Des balayages de fréquence ont été effectués pour analyser les propriétés rhéologiques du système dans des gammes de basses fréquences et la viscosité en vrac du système a été étudiée à des taux de cisaillement élevés à des concentrations variables de sel et de polymère. Des tests de peignage humide et des tests de frottement capillaire ont été réalisés sur le testeur de traction miniature flexible Dia-stron MTT175 afin d'évaluer les effets de conditionnement des formulations différentes. RÉSULTATS: Le système SLES-CapB à lui seul présente très peu de viscosité. Les résultats de rhéologie de masse montrent que l'ajout de Merquat améliore la viscosité et les propriétés viscoélastiques du système SLES-CapB-Merquat indiquant la présence d'interactions électrostatiques entre le tensioactif et le polyélectrolyte. L'addition de sel a eu un impact significatif sur la réponse rhéologique du système en raison de l'effet de filtrage de charge du sel. Les données de force de peignage humide indiquent que le polyélectrolyte chargé se lie au substrat capillaire, ce qui réduit les valeurs de force de peignage après l'application du produit. L'ajout d'huile de silicone à la formulation a amélioré considérablement l'effet conditionneur de la formulation. CONCLUSION: Les interactions de charge entre SLES, CapB et Merquat aboutissent à la formation d'un réseau de type gel intégré, augmentant ainsi la viscosité du système. La variation de paramètres tels que la concentration de polymère et de sel a le potentiel de modifier les propriétés rhéologiques en vrac et par conséquent les propriétés de lubrification humide du système. MOTS CLÉS: Complexe polymère-tensioactif, rhéomètre rotatif, viscosité apparente, propriétés viscoélastiques, effet conditionneur, performances de lubrification par voie humide. REMERCIEMENTS: Nous reconnaissons la contribution de Lubrizol pour nous avoir fourni SLES (SulfochemTM ES-1 Surfactant, 25,5%), CAPB (ChembetaineTM ACB Surfactant, 36%), Merquat (Merquat 7SPR Polymer, 9%) et huile de silicone (SilSense® DW-18 silicone, 100%). Les auteurs remercient Constantina Drakontis pour la traduction du résumé.

Rheological stability of carbomer in hydroalcoholic gels: Influence of alcohol type.

OBJECTIVE: The main objective of this paper is to analyse and attempt to understand the nature of rheological changes observed and the dynamics of Carbopol NF 980 hydroalcoholic gels neutralized specifically by triethanol amine (TEA), both as a function of time and alcohol type to probe time stabilities and ageing effects in such carbopol gel systems. The rheological changes and dynamics of 3 carbopol gel systems were observed; the gels included a water-based, ethanol-based, and isopropyl alcohol-based gel. It is hoped that this study shall shed light on the dynamical nature and the microstructural evolution of such networked gel systems, which were maintained under closed isothermal conditions and left completely unperturbed. The experimental results can provide the information necessary to understand and proposes plausible mechanisms guiding this dynamical behaviour in hydroalcoholic carbopol gels. METHODS: A TA instrument mechanical rheometer was used to measure the viscosity and storage and loss modulus, and a pH meter was utilized to determine the changes in each sample over the period. RESULTS: Studying the differences in the gel structures upon initial preparation illustrated that the ethanol and isopropyl alcohol (IPA) gels differed from the water-based gel in terms of viscosity, G', and G″, with the IPA gel displaying the lowest viscosity and moduli values across all shear rates. All the three gel systems exhibited strong shear thinning characteristics and were reminiscent of yield stress type found in colloidal gels. The water-based gel compared to the hydroalcoholic gels was strongly G' dominated, with the magnitude of the difference between G' and G″ observed to be much higher. This reflects that initial formation of the water-based gel structure possesses a much more rigid structure with a high elastic modulus component dominating. This also suggests that the water-based gel structure displayed stronger interactions between the carbopol particles when compared to those of the hydroalcoholic gels. Over the 30-day period, it was observed that the ethanol and water-based gels did not reveal any appreciable viscosity changes, with only an approximate 12% and 7% change from day 1 to 30, respectively. It was observed that the IPA systems' viscosity drastically increased over the period, with an approximately 77% change from day 1 to 30. The water and ethanol-based gels also exhibited very similar rheological behaviour over the entire time period with G' dominating G″. The G″ values of the water and ethanol-based gels decreased slightly at the end of day 30 by 10% and 16%, respectively, while the G' values for each sample remained essentially unchanged, increasing only 0.06% for the water-based gel, and increasing 1.4% for the ethanol-based gel. This further confirms the relatively stable gel structures attained. For the isopropyl gel system, the storage modulus of the system exhibited an average percent increase of approximately 16% from day 1 to day 30, but interestingly the loss modulus varied the least amongst all the gel systems, with only a 3% increase. The increase in G' reflects upon the evolution of a more rigid structure by day 30 for the IPA gel. This observation is clearly consistent with the corresponding increase in viscosity observed in the IPA gel. None of the gels tested displayed a consistent pH over the period. The pH of the hydroalcoholic gels was higher than that of the water-based gel for a majority of the period. The greatest fluctuations in pH were observed for the water and IPA gels, even though the water-based gel had one of the most stable rheological profiles out of the samples tested. The water, ethanol, and IPA gels' pH increased approximately 25%, 6%, and 5%, respectively, from day 1 to day 30. CONCLUSION: The rheological and pH study of the 3 hand sanitizer systems over a 30-day period allowed for rational insights into the plausible reasons responsible for driving the observed rheological changes in these unperturbed systems. For the water-based gel, we hypothesize that the changes observed are due to physical ageing, where the gel structure has evolved over time to eventually progress towards a more stabilized framework structure. The pH of the gel upon formation was on the lower side. Such a lower pH influences the formation of a gel, which is comparatively less swollen and occupies a slightly lesser volume, and thereby points to a much less compacted gel network structure or alternatively, a more fluid structure. If the particles moved around more, the system was not initially in a state of low energy, causing increased particle movement, and in turn, physical ageing. This could be responsible for the development of a physically altered structure over time. The gel structure dynamically attempts to minimize its free energy by becoming more rigid, which has been observed as being manifested in the decrease of both the viscosity and the G″. For the hydroalcoholic gels, we conjecture that ageing observed was a result of chemical ageing, and the alcohol type employed in the preparation is primarily responsible for exhibiting this effect. The polarities of ethyl alcohol and isopropyl alcohol are key to the stabilization of such resultant network structures which get formed because of neutralization. It has been observed in previous studies that with decreasing polarity, there was an increase in the neutralization needed to obtain the development of a structure half as well developed as the final resultant structure. Isopropyl alcohol is a much less polar solvent compared to ethanol and water, and therefore required higher levels of TEA as the base to neutralize the system. We conjecture that the charged TEA cationic species had a greater propensity to get exchanged with bulk solution in the vicinity of the polymer into the bulk solution, and that the pH fluctuation observed indicated a kinetic exchange process over time, causing the viscosity and moduli profiles to increase along with the pH. At this time though, further investigations need to be carried out to truly understand the underlying instability, and thus dynamics for gel systems of this type.

OBJECTIF: L'objectif principal de cet article est d'analyser et de tenter de comprendre la nature des changements rhéologiques observés et la dynamique des gels hydroalcooliques Carbopol NF 980 neutralisés spécifiquement par l'amine triéthanol (TEA), à la fois en fonction du temps et du type d'alcool pour sonder les stabilités temporelles et les effets du vieillissement dans de tels systèmes de gel carbopol. Les changements rhéologiques et la dynamique de 3 systèmes de gel de carbopol ont été observés ; les gels comprenaient un gel à base d'eau, d'éthanol et d'alcool isopropylique. On espère que cette étude éclairera la nature dynamique et l'évolution microstructurale de ces systèmes de gel en réseau, qui ont été maintenus dans des conditions isothermes fermées et laissés complètement imperturbables. Les résultats expérimentaux peuvent fournir les informations nécessaires pour comprendre et proposer des mécanismes plausibles guidant ce comportement dynamique dans les gels hydroalcooliques de carbopol. MÉTHODE: Un rhéomètre TA mécanique a été utilisé pour mesurer la viscosité, le module de stockage et de perte, et un pH-mètre a été utilisé pour déterminer les changements dans chaque échantillon au cours de la période. RÉSULTATS: L'étude des différences dans les structures du gel lors de la préparation initiale a montré que les gels d'éthanol et d'alcool isopropylique (IPA) différaient du gel à base d'eau en termes de viscosité, G' et G'' le gel IPA affichant les valeurs de viscosité et de modules les plus faibles pour tous les taux de cisaillement. Les trois systèmes de gel présentaient de fortes caractéristiques d'amincissement par cisaillement et rappelaient le type de contrainte d'élasticité que l'on trouve dans les gels colloïdaux. Le gel à base d'eau par rapport aux gels hydroalcooliques était fortement dominé par G', l'ampleur de la différence entre G' et G'' présentant une importance beaucoup plus élevée. Cela reflète le fait que la formation initiale de la structure de gel à base d'eau possède une structure beaucoup plus rigide avec un composant de module élastique élevé dominant. Cela suggère également que la structure du gel à base d'eau présentait des interactions plus fortes entre les particules de carbopol par rapport à celles des gels hydroalcooliques. Au cours de la période de 30 jours, il a été observé que l'éthanol et les gels à base d'eau n'ont révélé aucun changement de viscosité appréciable, avec seulement un changement approximatif de 12% et 7% du jour 1 au jour 30, respectivement. Il a été observé que la viscosité des systèmes IPA a considérablement augmenté au cours de la période, avec un changement d'environ 77% du jour 1 au jour 30. Les gels à base d'eau et d'éthanol ont également montré un comportement rhéologique très similaire sur toute la période, G' dominant G''. Les valeurs G'' des gels à base d'eau et d'éthanol ont légèrement diminué à la fin de la journée 30 de 10% et 16%, respectivement, tandis que les valeurs G' pour chaque échantillon sont restées essentiellement inchangées, n'augmentant que de 0,06% pour le gel à base d'eau et augmentant de 1,4% pour le gel à base d'éthanol. Cela confirme en outre les structures de gel relativement stables atteintes. Pour le système de gel isopropylique, le module de stockage du système a montré une augmentation moyenne d'environ 16% du jour 1 au jour 30, mais il est intéressant de noter que le module de perte variait le moins parmi tous les systèmes de gel, avec seulement une augmentation de 3%. L'augmentation de G' reflète l'évolution d'une structure plus rigide au jour 30 pour le gel IPA. Cette observation est clairement cohérente avec l'augmentation correspondante de la viscosité observée dans le gel IPA. Aucun des gels testés n'a montré un pH constant sur la période. Le pH des gels hydroalcooliques était supérieur à celui du gel à base d'eau pendant la majeure partie de la période. Les plus grandes fluctuations de pH ont été observées pour les gels d'eau et d'IPA, même si le gel à base d'eau avait l'un des profils rhéologiques les plus stables parmi les échantillons testés. Le pH de l'eau, de l'éthanol et des gels IPA a augmenté d'environ 25%, 6% et 5%, respectivement, du jour 1 au jour 30. CONCLUSION: L'étude rhéologique et pH des 3 systèmes de désinfectant pour les mains sur une période de 30 jours a permis d'obtenir des informations rationnelles sur les raisons plausibles responsables des changements rhéologiques observés dans ces systèmes non perturbés. Pour le gel à base d'eau, nous émettons l'hypothèse que les changements observés sont dus au vieillissement physique, où la structure du gel a évolué au fil du temps pour éventuellement progresser vers une structure plus stabilisée. Le pH du gel lors de la formation était dans la partie inférieure. Un pH aussi bas influence la formation d'un gel, qui est comparativement moins gonflé et occupe un volume légèrement inférieur, et indique ainsi une structure de réseau de gel beaucoup moins compactée ou autrement dit, une structure plus fluide. Si les particules se déplaçaient davantage, le système n'était pas initialement dans un état de faible énergie, ce qui entraînait une augmentation du mouvement des particules et, à son tour, un vieillissement physique. Cela pourrait être responsable du développement d'une structure physiquement modifiée au fil du temps. La structure du gel tente dynamiquement de minimiser son énergie libre en devenant plus rigide, ce qui a été observé comme se manifestant par la diminution de la viscosité et du G'' Pour les gels hydroalcooliques, nous pensons que le vieillissement observé était le résultat d'un vieillissement chimique, et le type d'alcool utilisé dans la préparation est principalement responsable de cet effet. Les polarités de l'alcool éthylique et de l'alcool isopropylique sont essentielles à la stabilisation de ces structures de réseau résultantes qui se forment en raison de la neutralisation. Il a été observé dans des études antérieures qu'avec la diminution de la polarité, il y avait une augmentation de la neutralisation nécessaire pour obtenir le développement d'une structure à moitié aussi bien développée que la structure résultante finale. L'alcool isopropylique est un solvant beaucoup moins polaire que l'éthanol et l'eau, et nécessitait donc des niveaux plus élevés de TEA comme base pour neutraliser le système. Nous pensons que les espèces cationiques TEA chargées avaient une plus grande propension à être échangées avec une solution en vrac à proximité du polymère, dans la solution en vrac, et que la fluctuation du pH observée indiquait un processus d'échange cinétique au fil du temps, entraînant une augmentation des profils de viscosité et de modules avec le pH. À l'heure actuelle, cependant, des recherches supplémentaires doivent être menées pour vraiment comprendre l'instabilité sous-jacente, et donc la dynamique des systèmes de gel de ce type.

High-performance sulphate-free cleansers: Surface activity, foaming and rheology.

OBJECTIVE: The main objective of this paper is to analyse the composition of a sulphate-free binary or ternary surfactant system with alkyl olefin sulfonate (AOS), alkyl polyglucoside (APG) and lauryl hydroxysultaine (Sultaine). The composition was optimized by observing critical parameters such as surface activity and rheological properties while varying the concentration of APG in a ternary system, varying the ratio of AOS and Sultaine in a binary system and studying the effect of sodium chloride addition. The experimental results can provide an alternative, sulphate-free surfactant system to replace the common system containing sodium laureth sulfate (SLES) and cocamidopropyl betaine (CapB), without compromising on the parameters previously mentioned. METHODS: A DuNouy Ring was utilized on a tensiometer to measure the surface tension of the samples. To observe foaming abilities of samples, a visual foaming study was conducted and recorded by taking pictures. A TA instruments mechanical rheometer was used to measure the viscosity. RESULTS: Studying the effect of APG concentration on surface tension illustrated that as APG concentration decreases, surface tension decreases as well. The minimum surface tension was found to be 26.587 for 7.5 wt.% AOS and 7.5 wt.% Sultaine. When the ratio between AOS and Sultaine changed, the 1:1 system produced the lowest surface tension value again. As the concentration of AOS decreased in the ratio, the surface tension increased. When the ratio was held constant, and APG was introduced into the system, the systems containing APG had higher surface tension values compared with the systems with the same ratios but did not have APG added. As the concentration of salt increased, the surface tension decreased for AOS, increased for the binary mixture and had no effect on Sultaine. Foaming has a direct correlation with surface tension so a decrease in surface tension led to better foaming abilities; therefore, the 1:1 ratio of AOS:Sultaine had the best foaming qualities. The AOS/Sultaine system exhibited Maxwellian behaviour, suggesting the presence of worm-like micellar structures. As the concentration of APG increased, the viscosity decreased and at a concentration of 2.5 wt.% AOS, 5 wt.% APG and 7.5 wt.% Sultaine, the system changed from shear thinning non-Newtonian fluid to Newtonian. Varying the ratio of AOS:Sultaine in the binary system, showed as the ratio changed, the viscosity decreased, and at a ratio of 1:3 AOS:Sultaine, the system was primarily Newtonian. As the ratio remained constant and APG was added, the viscosity continued to decrease and the 1:3 ratio was completely Newtonian. The addition of salt had no effect on the viscosity of Sultaine, but the viscosity of AOS increased at a salt concentration of 2 wt.%. The binary mixture saw as the concentration of salt increased, the viscosity profile decreased, even though the system remained non-Newtonian and shear thinning. CONCLUSION: The surface activity and rheological study of the sulfate-free surfactant systems unveil a strong synergistic interaction between AOS and Sultaine specifically at a ratio of 1:1 resulting in high surface activity and corresponding good foaming and formation of entangled wormlike micelles resulting in excellent viscosity build in the system. If introducing a biobased surfactant into this system is desired without completely compromising the performance properties, the ternary surfactant system 4.5 wt.% AOS, 3 wt.% APG and 7.5 wt.% Sultaine should be considered optimal. Any further addition of APG or changing the ratio results in detrimental reductions of all performance controlling physio-chemical parameters.

OBJECTIF: l'objectif principal de cet article est d'analyser la composition d'un système de surfactant binaire ou ternaire sans sulfate utilisant l'alkyle sulfonate oléfine (alkyl olefin sulfonate, AOS), l'alkyle polyglucoside (APG) et le lauryl hydroxysultaïne (sultaïne). La composition a été optimisée en observant des paramètres critiques tels que l'activité de surface et les propriétés rhéologiques tout en faisant varier la concentration d'APG dans un système ternaire, le rapport d'AOS et de sultaïne dans un système binaire et en étudiant l'effet de l'ajout de chlorure de sodium. Les résultats expérimentaux peuvent fournir un système de surfactant alternatif sans sulfate pour remplacer le système courant contenant le laureth sulfate de sodium (sodium laureth sulfate, LES) et de la camidopropyle bétaïne (cocamidopropyl betaine, CapB), sans compromettre les paramètres précédemment mentionnés. MÉTHODES: un anneau de DuNouy a été utilisé sur un tensiomètre pour mesurer la tension superficielle des échantillons. Pour observer les capacités de formation de mousse des échantillons, une étude visuelle de formation de mousse a été menée et les résultats enregistrés en prenant des photos. Un rhéomètre mécanique TA Instruments a été utilisé pour mesurer la viscosité. RÉSULTATS: l'étude de l'effet de la concentration d'APG sur la tension superficielle a illustré qu'à mesure que la concentration d'APG diminue, la tension superficielle diminue également. La tension superficielle minimale s'est avérée être de 26,587 pour une concentration d'AOS de 7,5 % en poids et de sultaïne de 7,5 % en poids. Lorsque le rapport entre l'AOS et la sultaïne a été modifié, le système à un rapport de 1:1 a de nouveau produit la valeur de tension superficielle la plus basse. À mesure que la concentration d'AOS diminuait dans le rapport, la tension superficielle augmentait. Lorsque le rapport a été maintenu constant, et que l'APG a été introduit dans le système, les systèmes contenant l'APG présentaient des valeurs de tension superficielle plus élevées que les systèmes ayant les mêmes rapports, mais n'ont pas fait l'objet d'ajout d'APG. À mesure que la concentration de sel augmentait, la tension superficielle diminuait pour l'AOS, augmentait pour le mélange binaire et n'avait aucun effet sur la sultaïne. La formation de mousse est directement corrélée à la tension superficielle, de sorte qu'une diminution de la tension superficielle a entraîné de meilleures capacités de formation de mousse ; par conséquent, le rapport AOS/sultaïne de 1:1 présentait les meilleures qualités de formation de mousse. Le système AOS/sultaïne a montré un comportement maxwellien, suggérant la présence de structures micellaires en forme de ver. À mesure que la concentration d'APG augmentait, la viscosité diminuait, et à une concentration d'AOS de 2,5 % en poids, d'APG de 5 % en poids et de sultaïne de 7,5 % en poids, le système est passé d'un fluide non Newtonien par cisaillement (Rhéofluidification) à un fluide Newtonien. En variant le rapport d'AOS/sultaïne dans le système binaire, on a montré que le rapport changeait, la viscosité diminuait et, à un rapport d'AOS/sultaïne de 1:3, le système était principalement Newtonien. Lorsque le rapport est resté constant et que l'APG a été ajouté, la viscosité a continué à diminuer et le rapport 1:3 était complètement Newtonien. L'ajout de sel n'a eu aucun effet sur la viscosité de la sultaïne, mais la viscosité de l'AOS a augmenté à une concentration en sel de 2 % en poids. Le mélange binaire montrait qu'à mesure que la concentration de sel augmentait, le profil de viscosité diminuait, même si le système restait non Newtonien par cisaillement (Rhéofluidification). CONCLUSION: l'étude de l'activité de surface et rhéologique des systèmes de surfactant sans sulfate dévoile une forte interaction synergique entre l'AOS et la sultaïne, spécifiquement à un rapport de 1:1, qui entraîne une activité de surface élevée et une bonne formation correspondante de mousse et de micelles enchevêtrées, ce qui aboutit à une excellente formation de viscosité dans le système. Si on souhaite introduire un surfactant biosourcé dans ce système sans compromettre complètement les propriétés de performance, le système de surfactant ternaire à une concentration d'AOS de 4,5 % en poids, d'APG de 3 % en poids et de sultaïne de 7,5 % en poids doit être considéré comme optimal. Tout ajout supplémentaire d'APG ou toute modification du rapport entraîne des réductions préjudiciables de toutes les performances contrôlant les paramètres physicochimiques.

Optimizing interactions between soluble silk fibroin and capryl glucoside for design of a natural and high-performance co-surfactant system.

OBJECTIVES: Because of the strong consumer driver towards more natural or higher sustainability cosmetic products, silk fibroin was evaluated to help develop a formulation with natural and effective ingredients for personal care. In order to exploit the physical properties of silk fibroin, it was evaluated to maximize the surfactant properties of other commercial ingredients to lower surface tension and build up viscosity. A synergistic effect was seen between silk fibroin and capryl glucoside, a sugar surfactant which exhibited a natural and effective co-surfactant system. This system demonstrated better surface tension properties than sodium laureth sulphate (SLES), cocamidopropyl betaine (CAPB), rhamnolipids and sophorolipids, which led to greater foamability and cleansing properties. This system proved to also be compatible with polysaccharide viscosity modifiers to enhance the viscosity of the system. The present study comprises a systematic exploration of natural formulation development of silk proteins and other natural ingredients, which result in high performance such as enhanced foam quality, foam stability and enhanced sebum removal. All of these properties are desirable and may utilized when formulating cleaners and shampoos. METHODS: A force tensiometer, Attension Sigma 701, was used to measure the surface tension of the silk protein and its various combinations with biosurfactants and biopolymers. To measure bulk rheology, a traditional mechanical rheometer TA DHR-3 was utilized. Foaming tests and sebum removal assays were also carried out to evaluate the performance of the samples. RESULTS: Silk fibroin was evaluated to maximize the surfactant properties of other commercial systems to develop a formulation containing natural and effective ingredients for personal care. The surface activity of silk proteins was seen to be synergistically enhanced in the presence of sugar surfactants such as capryl glucoside, resulting in a surface tension at the air-water interface which is lower than either that of pure silk fibroin or pure capryl glucoside. This surface tension value is additionally lower than that obtained from currently utilized synthetic surfactants like sodium laureth sulphate (SLES) and cocamidopropyl betaine (CAPB). This reduction in surface tension demonstrated greater foamability and cleansing properties than that of the commercial systems. The very low surface tension values obtained through combinations of silk proteins and glucoside resulted in a natural and effective co-surfactant system by forming high-quality stable foams and enhancing sebum removal. The rheological performance of the silk proteins was impacted through microstructure modifications as a result of interactions with biopolymers like carrageenan. This shows that this system is compatible with polysaccharide viscosity modifiers. It was observed that both the flow curve and the absolute viscosity values were significantly impacted in the presence of carrageenan, with higher viscosity generation and significant non-Newtonian/shear thinning behaviour evolution. These results indicate that the silk fibroin can be utilized to build a high-performance natural product and significantly enhance the performance of other natural/sustainable cosmetic formulations through building synergistic interactions with other natural ingredients such as sugar surfactants and biopolymers. These properties exhibited by this system are all desirable for cleansers and shampoos within the cosmetic industry. CONCLUSION: Silk fibroin in combination with capryl glucoside outperforms other commercial surfactants that are commonly used in the industry because of its surface-active behaviour and synergy. This system is then enhanced further with polysaccharide rheological modifiers, carrageen and xanthan gum to help build up viscosity. The complex mixture of silk fibroin, sugar surfactant and biopolymer results in a formulation that is all natural, while still having high performance by achieving great foamability and enhanced sebum removal. The mixture can further be used to formulate a fully natural product such as a cleanser or shampoo while still having the same or greater effectiveness as synthetic surfactants and ingredients typically used in cosmetic formulations.

OBJECTIFS: En raison de la forte incitation des consommateurs vers des produits cosmétiques plus naturels ou plus durables, la fibroïne de soie a été évaluée pour aider à développer une formulation avec des ingrédients naturels et efficaces pour les soins personnels. Afin d'exploiter les propriétés physiques de la fibroïne de soie, il a été évalué pour maximiser les propriétés tensioactives d'autres ingrédients commerciaux pour abaisser la tension superficielle et augmenter la viscosité. Un effet synergique a été observé entre la fibroïne de soie et le capryl glucoside, un tensioactif de sucre qui présentait un système de co-tensioactif naturel et efficace. Ce système a démontré de meilleures propriétés de tension superficielle que le laureth sulfate de sodium (SLES), la cocamidopropyl bétaïne (CAPB), les rhamnolipides et les sophorolipides, ce qui a conduit à une plus grande moussabilité et des propriétés de nettoyage. Ce système s'est avéré également compatible avec les modificateurs de viscosité polysaccharidiques pour améliorer la viscosité du système. La présente étude comprend une exploration systématique du développement de formulation naturelle de protéines de soie et d'autres ingrédients naturels, qui se traduisent par des performances élevées telles qu'une qualité de mousse améliorée, une stabilité de la mousse et une élimination améliorée du sébum. Toutes ces propriétés sont souhaitables et peuvent être utilisées lors de la formulation de nettoyants et de shampooings. MÉTHODES: Un tensiomètre de force, Attension Sigma 701, a été utilisé pour mesurer la tension superficielle de la protéine de soie et ses diverses combinaisons avec des biosurfactants et des biopolymères. Pour mesurer la rhéologie de masse, un rhéomètre mécanique traditionnel TA DHR-3 a été utilisé. Tests de moussage et dosages d'élimination du sébum ont également été réalisés pour évaluer les performances des échantillons. RÉSULTATS: La fibroïne de soie a été évaluée pour maximiser les propriétés tensioactives d'autres systèmes commerciaux afin de développer une formulation contenant des ingrédients naturels et efficaces pour les soins personnels. L'activité de surface des protéines de soie s'est avérée être renforcée de manière synergique en présence d'agents tensioactifs de sucre tels que le capryl glucoside, entraînant une tension de surface à l'interface air-eau qui est inférieure à celle de la fibroïne de soie pure ou du capryl glucoside pur. Cette valeur de tension superficielle est en outre inférieure à celle obtenue à partir d'agents tensioactifs synthétiques actuellement utilisés comme le laureth sulfate de sodium (SLES) et la cocamidopropyl bétaïne (CAPB). Cette réduction de la tension superficielle a démontré une moussabilité et des propriétés de nettoyage supérieures à celles des systèmes commerciaux. Les très faibles valeurs de tension superficielle obtenues grâce à des combinaisons de protéines de soie et de glucoside ont abouti à un système de co-tensioactif naturel et efficace en formant des mousses stables de haute qualité et en améliorant l'élimination du sébum. Les performances rhéologiques des protéines de soie ont été affectées par des modifications de microstructure à la suite d'interactions avec des biopolymères comme le carraghénane. Cela montre que ce système est compatible avec les modificateurs de viscosité polysaccharidiques. Il a été observé que la courbe d'écoulement et les valeurs de viscosité absolue étaient significativement affectées en présence de carraghénane, avec une génération de viscosité plus élevée et une évolution significative du comportement d'amincissement non newtonien / cisaillement. Ces résultats indiquent que la fibroïne de soie peut être utilisée pour construire un produit naturel haute performance et améliorer considérablement les performances d'autres formulations cosmétiques naturelles / durables en créant des interactions synergiques avec d'autres ingrédients naturels tels que les tensioactifs de sucre et les biopolymères. Ces propriétés présentées par ce système sont toutes souhaitables pour les nettoyants et les shampooings dans l'industrie cosmétique. CONCLUSION: La fibroïne de soie en combinaison avec le capryl glucoside surpasse les autres tensioactifs du commerce couramment utilisés dans l'industrie en raison de son comportement tensioactif et de sa synergie. Ce système est ensuite amélioré avec des modificateurs rhéologiques polysaccharidiques, de la carraghénine et de la gomme xanthane pour aider à augmenter la viscosité. Le mélange complexe de fibroïne de soie, de tensioactif de sucre et de biopolymère donne une formulation entièrement naturelle, tout en conservant des performances élevées en obtenant une grande capacité de moussage et une élimination améliorée du sébum. Le mélange peut en outre être utilisé pour formuler un produit entièrement naturel tel qu'un nettoyant ou un shampooing tout en ayant toujours la même efficacité ou une plus grande efficacité que les tensioactifs synthétiques et les ingrédients généralement utilisés dans les formulations cosmétiques.

Liposomes Entrapped in Biopolymer Hydrogels Can Spontaneously Release into the External Solution.

Hydrogels of biopolymers such as agar and gelatin are widely used in many applications, and in many cases, the gels are loaded with nanoparticles. The polymer chains in these gels are cross-linked by physical bonds into three-dimensional networks, with the mesh size of these networks typically being 10-100 nm. One class of "soft" nanoparticles are liposomes, which have an aqueous core surrounded by a lipid bilayer. Solutes encapsulated in the liposomal core can be delivered externally over time. In this paper, we create liposomes with diameters ∼150 nm from an unsaturated phospholipid (lecithin) and embed them in agar gels (the aqueous phase also contains 0-50% of glycerol, which is an active ingredient in cosmetic products). Upon placing this gel in quiescent water, we find that the liposomes release out of the gel into the water over a period of 1-3 days, even though the gel remains intact. This is a surprising result that runs contrary to our expectation that the liposomes would simply remain immobilized in the gel. We show that the release rate of liposomes can be tuned by several variables: for example, the release rate increases as the agar concentration is lowered and the rate increases steadily with temperature. In addition to agar, release of liposomes also occurs out of other physical gels including those of agarose and gelatin. However, liposomes made from a saturated phospholipid do not release out of any gels. We discuss a possible mechanism for liposomal release, which involves intact liposomes deforming and squeezing through transient large pores that arise in physical networks such as agar. Our findings have relevance to transdermal delivery: they suggest the possibility of systematically delivering liposomes loaded with actives out of an intact matrix.

Design of sustainable lip gloss formulation with biosurfactants and silica particles.

OBJECTIVE: The main objective of this study was to design a sustainable lip gloss from water-in-oil emulsions by understanding the rheology of combining biosurfactants (rhamnolipids and sophorolipids) with silica particles (Aerosil powders). The different parameters consisted of the silica particle diameter size, the concentration of the particles within the formulation, alongside the different types of biosurfactant and oils used. The experimental results could provide information on the formulation design of cosmetic emulsions such as lip products and foundations. METHODS: One parameter was varied each time, while the rest were kept constant in order to determine their effect on the viscosity profile of the formulations. A traditional mechanical rheometer was used in order to measure the bulk viscosity profiles of the different formulations, over a wide range of shear stress applied. RESULTS: The larger silica particle diameter size indicated an increase in the viscosity of the formulations, as yield stress was also generated for the specific diameter of 14 nm. It was also found that as the particle concentration increased, the viscosity increased as well. Rhamnolipids and sophorolipids indicated very similar behaviour, meaning that the biosurfactant acts as an emulsifier and does not impact the system's rheological behaviour. The replacement of silicone oil with other natural oils was only successful with canola, and castor oil, since jojoba, squalene and mineral oil were not stabilized. CONCLUSION: The lip gloss was designed by water-in-oil emulsions which were stabilized by biosurfactants and the rheology of the oil phase was enhanced by silica particles. The formulation rheology gave a stable emulsion, the shear-thinning effect ensured easy applicability, whereas the viscosity and elasticity provided nice hold on the lips.

OBJECTIF: L'objectif principal de cette étude était de concevoir un brillant à lèvres durable à partir d'émulsions eau-dans-huile en comprenant la rhéologie de la combinaison de biosurfactants (rhamnolipides et sophorolipides) avec des particules de silice (poudres Aerosil). Les différents paramètres comprenaient la taille du diamètre des particules de silice, la concentration des particules dans la formulation, ainsi que les différents types de biosurfactants et d'huiles utilisés. Les résultats expérimentaux pourraient fournir des informations sur la conception de la formulation d'émulsions cosmétiques telles que les produits pour les lèvres, les fonds de teint, etc. MÉTHODES: Un paramètre a été modifié à chaque fois, tandis que les autres ont été maintenus constants afin de déterminer leur effet sur le profil de viscosité des formulations. Un rhéomètre mécanique traditionnel a été utilisé afin de mesurer les profils de viscosité en vrac des différentes formulations, sur une large gamme de contraintes de cisaillement appliquées. RÉSULTATS: La plus grande taille de diamètre des particules de silice a provoqué une augmentation de la viscosité des formulations, car une limite élastique a également été générée pour le diamètre spécifique de 14 nm. Il a également été constaté que lorsque la concentration des particules augmentait, la viscosité augmentait également. Les rhamnolipides et les sophorolipides ont montré un comportement très similaire, ce qui signifie que le biosurfactant agit comme un émulsifiant et n'a pas d'impact sur le comportement rhéologique du système. Le remplacement de l'huile de silicone par d'autres huiles naturelles n'a réussi qu'avec le canola et l'huile de ricin, car le jojoba, le squalène et l'huile minérale n'étaient pas stabilisés. CONCLUSION: Le brillant à lèvres a été conçu par des émulsions eau dans l'huile qui ont été stabilisées par des biosurfactants et la rhéologie de la phase huileuse a été améliorée par des particules de silice. La rhéologie de la formulation a donné une émulsion stable, l'effet d'amincissement par cisaillement a assuré une applicabilité facile, tandis que la viscosité et l'élasticité ont fourni une bonne tenue sur les lèvres.

Rheology of Cosmetic Products: Surfactant Mesophases, Foams and Emulsions.

Cosmetic products such as shampoos, body washes, mascaras, and foundations can all be classified essentially as complex fluids. Depending on the product format, the specific complex fluid used in a formulation can range from self-assembled surfactant systems found in most cleansing products to oil-in-water and water-in-oil emulsions found in makeup, color cosmetics, and skin care. These complex fluids play a critical role in giving rise to rheological and tribological properties necessary for both sensory and functional performance. Critical functional properties such as product stability and wet hair conditioning are impacted significantly through any changes in the product rheology. Positive sensorial properties of products are always desired by consumers, and as such, it is critical to always consider how to optimize formulation rheology to adequately deliver desirable sensory performance and properties. This review will focus on the importance of understanding and characterizing the rheology of complex fluids used in cosmetic products. A review and analysis of the recent literature in this area is presented.

Application of Biosurfactants and Biopolymers in Sustainable Cosmetic Formulation Design.

Increased public awareness regarding the ingredients that make up cosmetic and personal care formulations coupled with the growing concern about the dwindling nonrenewable sources from which most cosmetic ingredients like surfactants and polymers are obtained from has led to a strong need to achieve sustainability within the cosmetic industry. It has become the need of the hour to incorporate sustainability at each and every point of the product life cycle. This review focuses on the sustainable sourcing and formulation design of two key cosmetic ingredients-polymers and surfactants. To be able to completely replace their synthetic counterparts, it is crucial that these green products exhibit an efficacy level at par or greater than that of the products already on the market. Hence, various studies that show the impact of these alternatives on various performance parameters such as film formation and rheology have also been discussed. Being a heavily consumer-driven industry, some of the decisive future trends and challenges that the cosmetic industry needs to address have also been explored in this review.

Investigating the Influence of Polysorbate 20/80 and Polaxomer P188 on the Surface & Interfacial Properties of Bovine Serum Albumin and Lysozyme.

PURPOSE: To provide new insights into how protein-surfactant competitive adsorbtion and corresponding surface tension reduction properties at the air-water and oil-water interface are impacted by the type of protein and the associated protein surface rheology. METHOD: Interfacial Rheology was utilized to obtain surface G' and G" as a function of frequency. Force tensiometry was utilized to obtain changes in surface tension as a function of surfactant concentration. The impact on surface properties of two different proteins i.e. BSA and Lysozyme was investigated as a function of surfactant concentration i.e. polysorbates PS 20, PS 80 and Poloxomer (Kolliphor P188). RESULTS: Surface tension and interfacial tension measurements for BSA showed that in mixed BSA/polysorbate surfactant systems, BSA dominates the interfacial behavior at both the air-water and oil-water interfaces, until a high polysorbate concentration of 0.1 mg/ml. At these high polysorbate concentrations a mixed BSA-Polysorbate interfacial layer is formed as corroborated by the surface elasticity values being lower than that of pure BSA but higher than that of pure Polysorbate. For Kolliphor, it was observed that Kolliphor was unable to displace BSA at any concentration. This is corroborated by the high surface elasticity of the BSA which is maintained in the presence of Kolliphor. Surface and interfacial tension measurements for lysozyme show that for mixed lysozyme/polysorbate surfactant systems, the surface tension values are lower than that exhibited by either the lysozyme or the polysorbate surfactants. This potentially indicates the formation of a mixed layer of lysozyme and polysorbate. At the high polysorbate concentrations probed, the surface elasticity values are however closer to that of pure polysorbates, indicating that the mixed layer may be more heavily polysorbate dominated, especially at high polysorbate concentrations. For Kolliphor, the response was similar to that seen in the Kolliphor-BSA system in which the Kolliphor was not able to displace the protein i.e. Lysozyme. CONCLUSIONS: In conclusion, it was seen that competitive adsorption between proteins and common excipient surfactants is dictated by the type of protein and its effective structuring/rigidity at the surface as reflected through surface elasticity and surface tan delta values. BSA was seen to exhibit a higher surface elasticity than lysozyme, and therefore has a more rigid structure and is more competitive at the interface.

Optimization of the Surface Activity of Biosurfactant-Surfactant Mixtures.

The impact that rhamnolipid (RL) and sophorolipid (SL) biosurfactants has on solution surface activity when used in conjunction with the commercially important zwitterionic surfactant cocamidopropyl betaine (CAPB) is highlighted for the first time through surface tension and surface rheology measurements on binary and ternary mixtures of these surfactants. It was observed that in both the binary (CAPB/RL) and the ternary (CAPB/RL/SL) mixtures, RL tends to dominate at the air-water interface and primarily control both surface tension and surface elasticity behavior. Significant reduction of surface tension and enhancement of surface elasticity is observed as a result of the competitive adsorbtion/dominance of the RL at the air-water interface and this leads to performance enhancements in terms of foam stability.

Full Characterization of Colloidal Dynamics at Low Péclet Numbers.

Although critical in applications, the dynamics of colloidal systems at low Péclet numbers is poorly understood. Here we introduce an optical technique that permits for the first time a complete characterization of this regime through a continuous and independent measurement of both the diffusive and the advective components of a system's dynamics. For the particular example of gravity-driven colloids, we demonstrate experimentally that the hydrodynamic size and the mass density of particulate suspensions can be measured simultaneously. The proven capabilities are of particular interest for studying the spatial and temporal properties of inhomogeneous colloidal systems where aggregation and structural evolution play major roles.

Tracer microrheology study of a hydrophobically modified comblike associative polymer.

The viscoelastic properties of associative polymers are important not only for their use as rheology modifiers but also to understand their complex structure in aqueous media. In this study, the dynamics of comblike hydrophobically modified alkali swellable associative (HASE) polymers are probed using diffusing wave spectroscopy (DWS) based tracer microrheology. DWS-based tracer microrheology accurately probes the dynamics of HASE polymers, and the extracted microrheological moduli versus frequency profile obtained from this technique closely matches that obtained from rotational rheometry measurements. Quantitatively, however, the moduli extracted from DWS-based tracer microrheology measurements are slightly higher than those obtained using rotational rheometry. The creep compliance, elastic modulus, and relaxation time concentration scaling behavior exhibits a power-law dependence. The length scale associated with the elastic to glassy behavior change is obtained from the time-dependent diffusion coefficient. The Zimm-Rouse type scaling is recovered at high frequencies but shows a concentration effect switching from Zimm to more Rouse-like behavior at higher concentrations.

Colloidal Stability & Conformational Changes in ß-Lactoglobulin: Unfolding to Self-Assembly.

A detailed understanding of the mechanism of unfolding, aggregation, and associated rheological changes is developed in this study for ß-Lactoglobulin at different pH values through concomitant measurements utilizing dynamic light scattering (DLS), optical microrheology, Raman spectroscopy, and differential scanning calorimetry (DSC). The diffusion interaction parameter kD emerges as an accurate predictor of colloidal stability for this protein consistent with observed aggregation trends and rheology. Drastic aggregation and gelation were observed at pH 5.5. Under this condition, the protein's secondary and tertiary structures changed simultaneously. At higher pH (7.0 and 8.5), oligomerizaton with no gel formation occurred. For these solutions, tertiary structure and secondary structure transitions were sequential. The low frequency Raman data, which is a good indicator of hydrogen bonding and structuring in water, has been shown to exhibit a strong correlation with the rheological evolution with temperature. This study has, for the first time, demonstrated that this low frequency Raman data, in conjunction with the DSC endotherm, can be been utilized to deconvolve protein unfolding and aggregation/gelation. These findings can have important implications for the development of protein-based biotherapeutics, where the formulation viscosity, aggregation, and stability strongly affects efficacy or in foods where protein structuring is critical for functional and sensory performance.

Combined dynamic light scattering and Raman spectroscopy approach for characterizing the aggregation of therapeutic proteins.

Determination of the physicochemical properties of protein therapeutics and their aggregates is critical for developing formulations that enhance product efficacy, stability, safety and manufacturability. Analytical challenges are compounded for materials: (1) that are formulated at high concentration, (2) that are formulated with a variety of excipients, and (3) that are available only in small volumes. In this article, a new instrument is described that measures protein secondary and tertiary structure, as well as molecular size, over a range of concentrations and formulation conditions of low volume samples. Specifically, characterization of colloidal and conformational stability is obtained through a combination of two well-established analytical techniques: dynamic light scattering (DLS) and Raman spectroscopy, respectively. As the data for these two analytical modalities are collected on the same sample at the same time, the technique enables direct correlation between them, in addition to the more straightforward benefit of minimizing sample usage by providing multiple analytical measurements on the same aliquot non-destructively. The ability to differentiate between unfolding and aggregation that the combination of these techniques provides enables insights into underlying protein aggregation mechanisms. The article will report on mechanistic insights for aggregation that have been obtained from the application of this technique to the characterization of lysozyme, which was evaluated as a function of concentration and pH.

Microviscoelasticity of soft repulsive sphere dispersions: tracer particle microrheology of triblock copolymer micellar liquids and soft crystals.

Tracer particle microrheology using diffusing wave spectroscopy-based microrheology is demonstrated to be a useful method to study the dynamics of aqueous Pluronic™ F108 solutions, which are viewed as solutions of repulsive soft spheres. The measured zero-shear microviscosity of noncrystallizing micellar dispersions indicates micelle corona dehydration upon increasing temperature. Colloidal sphere thermal motion is shown to be exquisitely sensitive to the onset of crystallization in these micellar dispersions. High temperature dynamics are dominated by an apparent soft repulsive micelle-micelle interaction potential indicating the important role played by lubrication forces and ultimately micelle corona interpenetration and compression at sufficiently high concentrations. The measured microscopic viscoelastic storage and loss moduli are qualitatively similar to those experimentally observed in mechanical measurements on colloidal dispersions and crystals, and calculated from mode coupling theory of colloidal suspensions. The observation of subdiffusive colloidal sphere thermal motion at short time-scales is strong evidence that the observed microscopic viscoelastic properties reflect the dynamics of individual micelles rather than a dispersion of micellar crystallites.

Fundamentals and applications of particle stabilized emulsions in cosmetic formulations.

The cosmetic industry is one of the fastest growing industrial sectors that is constantly evolving by absorbing new technologies and incorporating innovative yet sustainable products. Cosmetic products are comprised of diverse formulations such as skin care, color cosmetics, hair care, makeup, body care products. Traditionally, cosmetic emulsions are stabilized using surfactants or polymers. Due to its adverse effects on environment, cytotoxicity effects, numerous health hazards, there is a strong drive to shift towards sustainable and surfactant free emulsions. With increasing consumer demand for a safer and more biodegradable products, formulating "surfactant- free" emulsions by replacing conventional stabilizers with particles has gained popularity. In this review, various important aspects and applications of particle stabilized emulsions in cosmetic formulations will be discussed. Importantly, novel ideas on surface modification of particles and use of Janus particles in cosmetic formulations will be discussed.