Alla som har gått igenom stressen och obehaget av raw, irriterad hud känner den lättnad som kommer med att slänga på en krämig lotion. Aktuella krämer innehåller vanligtvis några standardingredienser, men tillverkarna vet lite om hur dessa komponenter interagerar för att påverka produktens prestanda. Nu, forskare rapporterar den första direkta glimten av hur en kräm eller lotion är uppbyggd på molekylär skala, och det är inte riktigt vad de förväntade sig.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"En kräms långsiktiga stabilitet och kliniska egenskaper bestäms av dess grundläggande struktur, " säger Delaram Ahmadi, doktoranden som utförde studien. "Om vi ​​kan förstå krämens kemiska mikrostruktur och relatera den till hudens struktur, då kanske vi bättre kan reparera den komprometterade hudbarriären."

En av Ahmadis forskningsrådgivare, David Barlow, Ph.D., lägger till, "Vi ville förbättra vetenskapen kring krämformulering så att företag kunde formulera dem mer rationellt för att få exakt vad de vill ha. Det viktigaste vi hittade är att läroboksbilden av en kräms struktur är väldigt naiv."

Formulatorer har mestadels slutit sig till strukturen hos dessa emulsioner baserat på indirekta mätningar, Barlow förklarar. Men hans grupp tog en direkt inställning, med Ahmadi som analyserade krämen med röntgen- och neutronspridningstekniker för att bestämma hur ingredienserna spreds. Ahmadi och Barlow är på King's College London, och deras medutredare, Jayne Lawrence, Ph.D., är vid Manchester University.

Grädde ses vanligtvis som staplar av lameller, eller membran, består av ytaktiva ämnen och hjälpytaktiva ämnen som håller oljedroppar dispergerade i vatten (eller vice versa). För att avslöja en kräms verkliga struktur, forskarna började med en vattenhaltig krämformulering från British Pharmacopoeia som innehåller två hjälpytaktiva ämnen och en ytaktiv natriumdodecylsulfat (SDS). De inkorporerade också en diol som är känd för att fungera som ett konserveringsmedel. En och en, Ahmadi ersatte varje ingrediens med tyngre isotopversioner. Forskarna spred sedan röntgenstrålar och neutroner från de selektivt isotopmärkta proverna och, från de resulterande spridningsmönstren, bestämt platsen för varje ingrediens och aggregatet det bildade i krämen.

Resultaten var överraskande. Även om de observerade samytaktiva ämnen i de lamellära skikten som förutspått, det ytaktiva medlet fanns inte där. "Toppprofilen för ytaktiva ämnen antydde att molekylen bildade miceller i grädden, " säger Ahmadi. Dessutom, konserveringsmedlet hittades inte i vattenskiktet, där forskare alltid har antagit att det skulle vara. Det var, faktiskt, bosatta i lamellerna. Konserveringsmedel har en antimikrobiell effekt, vilket förlänger hållbarheten. Formulerare hade antagit att vara ett effektivt antimikrobiellt medel, konserveringsmedlet måste lösas i vattenskiktet. Så, Ahmadi säger att detta fynd kan innebära att krämerna i huvudsak är självbevarande.

Teamet utför för närvarande datorexperiment för att modellera beteendet hos konserveringsmedlen i ett dubbelskiktssystem som en kräm för att förstå varför de finns i membranskiktet. Och de vill bättre förstå strukturen hos de ytaktiva micellerna som är dispergerade i lagren. "Jag tror inte att någon annan har tänkt på att det skulle finnas dessa miceller i systemet överhuvudtaget, " säger Barlow. "Det här är nytt, och vi måste tänka på var de är i strukturen och vad de gör."

De vill också studera olika krämer. Ahmadi säger att formeln från den brittiska farmakopén är ganska grundläggande, med endast fem ingredienser. Dessutom, personliga vårdföretag har fasat ut SDS som ytaktivt ämne, så forskarna planerar att analysera variationer utan SDS i framtiden.