Nanofibras eletrofiadas de poli (álcool vinílico) e goma arábica como sistemas de liberação de ativos cosméticos

Abstract

Resumo: Neste trabalho de pesquisa, foi desenvolvido um patch e uma máscara cosmética formado porpolímeros biodegradáveis, poli(álcool vinílico) (PVA) e goma arábica (GA) no qual foramincorporados os ativos clareadores cafeína e ácido tranexâmico em sua composição. A cafeínaé um alcaloide que atua como antagonista da molécula de adenosina em nosso cérebro,estimulando o sistema nervoso central. Em produtos cosméticos, é utilizada pelas propriedadesantioxidantes e por melhorar a microcirculação sanguínea local. Já o ácido tranexâmico éutilizado na dermatologia como agente de primeira linha para tratamento de manchas faciais,pelo seu mecanismo de diminuir a atividade dos mediadores inflamatórios que estimulam aprodução de melanina. Os materiais foram preparados por meio do processo de eletrofiação,sendo uma técnica inovadora e de baixo custo, com potencial de escalonamento, cujo principalobjetivo é a produção de nanofibras a partir de uma dispersão polimérica. O processo deeletrofiação consistiu numa mistura de duas soluções na proporção 80:20 (m/m) de PVA (15%)e GA (10%) contendo 3% e 5% (m/m) dos ativos cafeína e ácido tranexâmico, respectivamente.Os parâmetros de eletrofiação utilizados foram: fluxo 0,72 mL/h, tensão de 11 kV e distânciade 13 cm. As nanofibras obtidas foram uniformes, com distribuição de largura cerca de 500 nm.O material formado apresentou propriedades interessantes para aplicação facial, por ser leve,textura lisa e macia. No mercado brasileiro, há apenas um produto comercial que contém osativos em formulação do tipo sérum. Na literatura, não há relatos da união desses ativos emnanofibras eletrofiadas, sendo esse projeto o primeiro a propor mecanismos de liberação dessesativos por meio de nanofibras. O patch formado tem a capacidade de se dissolver em contatocom a água, liberando os ativos. No entanto, ao final do processo, é formada uma estruturasemelhante a um gel. Visando contornar esse efeito e trazer outra aplicação através de uma‘máscara facial’ o patch foi submetido ao processo de annealing por 10 minutos a 150°C. Ascaracterizações mostraram que esse processo aumenta a cristalinidade do PVA, tornando aestrutura mais resistente ao ambiente aquoso, logo, em contato com água, o patch mantém suaforma de filme. O estudo de liberação dos ativos do patch e da "máscara" foi conduzidoestudando três modelos matemáticos. O modelo de Korsmeyer-Peppas foi o que melhor seadequou aos dois sistemas, atribuindo o mecanismo de liberação dos ativos pelo mecanismo deDifusão de Fick. Conclui-se que a produção dos sistemas de liberação foi bem-sucedida e amáxima liberação dos ativos ocorreu dentro de 15 minutos, sendo ideal para aplicaçãocosmética. Também foi possível obter dois sistemas de liberação de ativos, um sendo um filmehidrossolúvel, trazendo a experiência no momento da aplicação e outro pela estrutura sólida demáscara facial.

Abstract: In this research project, we developed a patch and a cosmetic mask made up of biodegradablepolymers, polyvinyl alcohol (PVA) and gum arabic (GA), in which the whitening activeingredients caffeine and tranexamic acid were incorporated. Caffeine is an alkaloid that acts asan antagonist to the adenosine molecule in our brain, stimulating the central nervous system. Incosmetic products, it is used for its antioxidant properties and for improving local bloodmicrocirculation. Tranexamic acid, on the other hand, is used in dermatology as a first-lineagent for treating facial blemishes, due to its mechanism of reducing the activity ofinflammatory mediators that stimulate melanin production. The materials were prepared usingthe electrospinning process, an innovative, low-cost technique with potential for scaling up,whose main objective is to produce nanofibers from a polymer dispersion. The electrospinningprocess consisted of a mixture of two solutions in the ratio 80:20 (m/m) of PVA (15%) and GA(10%) containing 3% and 5% (m/m) of the active ingredient’s caffeine and tranexamic acid,respectively. The electrospinning parameters used were flow 0.72 mL.h-1, voltage 11 kV anddistance 13 cm. The nanofibers obtained were uniform, with a width distribution of around 500nm. The material formed had interesting properties for facial applications, as it was light,smooth and soft. There is only one commercial product on the Brazilian market that containsthe active ingredients in a serum-type formulation. In the literature, there are no reports of theseactives being bound together in electrospun nanofibers, and this project is the first to proposemechanisms for releasing these actives through nanofibers. The patch formed has the ability todissolve in contact with water, releasing the active ingredients. However, at the end of theprocess, a gel-like structure is formed. To circumvent this effect and bring another applicationthrough a 'face mask', the patch was subjected to the annealing process for 10 minutes at 150°C. The characterizations showed that this process increases the crystallinity of the PVA,making the structure more resistant to the aqueous environment, so in contact with water, thepatch maintains its film form. Three mathematical models were used to study the release of theactive ingredients from the patch and the mask. The Korsmeyer-Peppas model was the best fitfor the two systems, attributing the release mechanism of the active ingredients to the Fick'sdiffusion mechanism. It was concluded that the production of the release systems wassuccessful and maximum release of the active ingredients occurred within 15 minutes, makingit ideal for cosmetic applications. It was also possible to obtain two active release systems, onebeing a water-soluble film, bringing the experience at the moment of application, and the otherby the solid structure of a face mask.