包含氧化铋胶体的局部用光子屏障

本发明涉及一种从UV到可见光辐射的光子屏障，更具体地涉及一种含有掺杂的氧化铋胶体，特别是氧化铋α-Bi

本发明的使用领域尤其涉及化妆品和医疗设备领域，更特别地涉及电磁辐射防护领域。

众所周知，紫外线A(UV-A；400-315nm)占撞击地球表面的紫外线的95％。它们通过产生自由基导致皮肤过早老化，因此导致氧化应激现象。

紫外线B(UV-B；315-280nm)比UV-A更有能量。然而，它们被大气部分过滤，占地球上接收的紫外线的5％。它们是光化性红斑的原因，也有助于通过产生自由基而产生细胞氧化应激来加速皮肤老化。

紫外线C(UV-C；280-100nm)甚至比UV-B更有能量。另一方面，它们几乎完全被臭氧层过滤，并不是阳光过滤剂领域特别关注的对象。

可见紫外线(UV-V；400-490nm)比其他紫外线能量低。然而，它们是穿透皮肤最深的紫外线，到达网状真皮，并可能导致显著的细胞损伤。

为了本发明的目的，术语“可见紫外线或UV-V”表示接近紫外辐射的可见辐射，优选为400至490nm，有利地为400至450nm，甚至更有利地为400至420nm。

所有的紫外线都参与致癌机制。

通常，防晒组合物包含至少一种可以是有机或无机的阳光过滤剂。

举例来说，但不限制，有机防晒剂可以是属于以下族的化合物：氨基苯甲酸酯、肉桂酸酯、水杨酸酯、二苯甲酮、苯基苯并三唑等。

矿物阳光过滤剂尤其包括二氧化钛(TiO

这种保护使得限制紫外线的有害影响成为可能。

上述各种阳光过滤剂不覆盖人类可能暴露的全范围的紫外线。实际上，这是因为过滤剂通常在有限的波长范围内有活性。例如，二氧化钛和氧化锌不过滤所有的UV-A，或者有机的乙基己基三嗪酮过滤剂只过滤UV-B。

至于更具体地通过过滤来防止可见性UV-V或紫外线，也就是说接近于紫外线辐射的可见光辐射，优选地为400至490nm，有利地为400至450nm，甚至更有利地为400至420nm，至今还没有成为有效的具体的开发的主题。

为了解决这个问题，防晒组合物通常结合中和紫外线的下游效应的几种防晒剂和抗氧化剂，所述紫外线主要是UV-A(400至315nm)和UV-V(400至490nm)。它可以是有机阳光过滤剂和/或矿物阳光过滤剂的混合物。

然而，几种过滤剂与许多赋形剂的结合会导致不同成分之间相互作用的问题，影响保护的有效性。另一方面，有机过滤剂可能容易地通过皮肤吸收。然而，有些被怀疑对人类健康有有害影响，特别是成为内分泌干扰物。最后，各种过滤剂容易降解，这再次限制了防晒，或甚至对身体造成伤害。

本发明提出要解决的问题是开发一种旨在保护皮肤免受紫外线辐射并且不具有上述缺点的组合物。

氧化铋通常用于医学成像领域，作为X光遮光剂，或者用于能源领域，例如用于燃料电池的电解质中。

申请人非常意外地注意到，氧化铋的非无定形形式，也就是说晶体形式，可以用于化妆品组合物中，尤其是作为紫外线辐射过滤剂。

根据第一方面，本发明涉及一种局部用组合物，其包含掺杂有金属的晶体形式的氧化铋胶体Bi

该组合物产生从紫外线辐射到可见光辐射范围，优选200至490nm，有利地200至450nm，甚至更有利地200至420nm的光子屏障。

由于以晶体形式掺杂的氧化铋胶体Bi

根据本发明，胶体是指晶体形式的颗粒。它们也可以被称为量子点。在液体介质中，例如在水性介质中，胶体形成胶体悬浮液或胶体分散液。

根据优选的实施方案，胶体指纳米结构或纳米晶体。

氧化铋胶体Bi

氧化铋胶体Bi

根据一个特定的实施方案，Bi

根据另一个特定的实施方案，Bi

有利地，根据本发明的Bi

由此获得的Bi

-沉淀；和/或

-洗涤，尤其是通过过滤；和/或

-煅烧。

如已经指出的，申请人注意到氧化铋胶体可以作为阻挡电磁辐射，有利地为200nm至420nm，优选紫外线辐射的试剂，特别是当它们应用于皮肤时。

根据晶体的形态对称特征和物理性质，可以将晶体分为多个晶系。

氧化铋Bi

-α相；和

-四方β相；

-具有中心立方结构的γ相；

-具有面心立方结构的δ相。

α相结晶为单斜晶型网络，其晶格参数为：

根据合成或温度条件，可以促进这些相中的一种或另一种。

出乎意料的是，掺杂的氧化铋胶体，有利地为单斜晶型，甚至更有利地为α相的单斜晶型，在几乎整个紫外范围内，即在波长为200至420nm下，显示出阻挡效应。

根据一个特定的实施方案，根据本发明的组合物包含仅以单斜晶型存在的氧化铋胶体Bi

根据一个特定的实施方案，根据本发明的组合物包含仅以α相单斜晶型存在的氧化铋胶体Bi

换句话说，根据本发明的组合物缺少以下氧化铋胶体Bi

-β、γ、和δ相；和/或

-四方、中心立方和面心立方形式。

根据本发明的基本特征，氧化铋胶体掺杂有掺杂剂，例如金属。

为了本发明的目的，术语“掺杂”指在晶格中铋原子被金属原子取代。

根据本发明，掺杂为：进行氧化铋胶体Bi

本发明含义中的掺杂不同于常规掺杂，常规掺杂为：首先合成氧化物胶体，随后将它们与掺杂剂的前体混合。

根据本发明，掺杂并不改变晶型的构型。换句话说，α-Bi

相反，在现有技术中，用元素，特别是金属掺杂α-Bi

根据一个特定的实施方案，所述金属选自包含以下的组：碱金属、碱土金属、镧系元素、锕系元素、过渡金属、贫金属、准金属及其组合。有利地，所述金属为过渡金属。

例如，氧化铋胶体的掺杂可以用铁、锰、镁、铜、铬、镍或甚至锌来实现，任选地钾或钙除外。

有利地，所述金属为铁。

通常，所述掺杂剂相对于Bi

用金属(优选铁)掺杂氧化铋胶体抑制胶体的光催化活性。对这种活性的抑制在于晶体网格的分离，从而阻止了电子的转移。

除了电磁辐射阻隔功能之外，掺杂的氧化铋胶体也能够为本发明的化妆品组合物提供抗氧化、抗菌、杀菌、抗生物膜、杀真菌和抗病毒性能。

X射线结晶学，也称为放射性结晶学或X射线衍射学，使得在原子尺度上研究晶体材料的结构成为可能。这种技术基于X射线衍射的物理现象。例如，可以使用具有铜源的衍射仪。

衍射图案由此形成化合物晶型的真实信号。该信号特定于化合物晶型。它采用角度为2θ(2-theta)的位置峰的列表的形式。

根据本发明一个优选的实施方案，掺杂的氧化铋胶体有利地为单斜晶型，更有利地为α相、alpha-Bi

在一个特定的实施方案中，掺杂的Bi

本发明使用的氧化铋胶体与现有技术的颗粒不是相当的，例如在文献JP2010-090001和JP2010-090002中公开的那些。这些文献公开了未掺杂的和/或未接枝的颗粒，其晶相(α、β、γ等)没有附带指定。

为了本发明的目的，术语“生物相容性”是指与皮肤、黏膜和外皮有细胞相容性的化合物，所述化合物对于体外重建的人类表皮(SkinEthic RHE模型)显示出小于15％，优选小于10％的细胞毒性。换句话说，这种化合物对细胞活力几乎保持中性。

这种细胞相容性可以通过细胞活性试验来评估，其试剂是四唑盐MTT(溴化3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四氮唑)

MTT试验是检测线粒体活性的比色法，其可以评估成分的细胞毒性。该方法基于试剂中所含的四唑环被活性活细胞的线粒体琥珀酸脱氢酶还原成甲瓒。这在线粒体中形成紫色沉淀。

在实践中，在将测试元件施用于表皮42分钟后，接着进行42小时的后处理培养，通过测试活细胞中的线粒体琥珀酸脱氢酶的活性来评估细胞活性。这种酶将MTT转化为蓝色甲瓒晶体。这些晶体溶解后，在550nm下进行光密度的分光光度读数。吸光度测量值与活细胞数量成正比。

生物相容性聚合物可具有亲水性或亲脂性。有利地，它是亲水聚合物。

所述生物相容性聚合物可以有利地是亲水性的，并且选自包括以下的组：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及其共聚物如三十烷基-PVP、PVP-二十碳烯或PVP-醋酸乙烯酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、苯乙烯类、聚酰胺、丙烯酸酯、聚酯、聚丁烯、多糖如支链淀粉、阿拉伯木聚糖、纤维素、几丁质、壳聚糖、黄原胶、葡聚糖、韦兰胶、结冷胶、阿拉伯胶、透明质酸、纤维素及其衍生物、淀粉、迪特胶(diutan)、蛋白质及其组分如丝胶和氨基酸、脂肪酸、磷脂、磷酸甘油酯、甘油三酯、硅烷偶联剂及其混合物。

接枝通过改善胶体和皮肤之间的生物粘附性来防止Bi

通过物理或机械相互作用以及化学相互作用，生物相容性聚合物充当皮肤上的生物粘附剂。因此，根据本发明的组合物粘附至皮肤，并且不通过用水或海水简单洗涤而除去。

生物相容性聚合物的生物粘附是通过与皮肤产生化学键而发生的，所述生物粘附依次导致：

-生物相容性聚合物和皮肤之间的紧密接触。这种紧密接触通过生物粘附性生物相容性聚合物在皮肤上的润湿和/或其溶胀而得到促进，和

-生物粘附性生物相容性聚合物填充皮肤的裂纹和细纹。

生物相容性聚合物也使改善Bi

接枝生物相容性聚合物也使随着时间推移和/或酸性pH下，特别是当皮肤的pH为5.2至7之间时，改善Bi

胶体接枝或官能化的概念是本领域技术人员常识的一部分。接枝或官能化对应于共价键的形成，例如，在生物相容性聚合物和在胶体表面之间形成。这些不是芯/壳型胶体。

所述生物相容性聚合物可以为胶体提供亲脂性或亲水性。

通常，组合物可包含掺杂的Bi

有利地，组合物中的掺杂的Bi

Bi

Bi

尺寸通过XRD(X射线衍射)来测量，XRD是一种测量固态晶体尺寸的技术。

术语“尺寸”指胶体的最大维度尺寸，例如在球型胶体的情况下为直径。这是接枝与未接枝的胶体的平均尺寸。实际上，根据本发明，接枝胶体的尺寸也包括在以上给出的数值范围内。

根据一个特定的实施方案，组合物也可包含亲脂性和/或亲水性矿物防晒剂。此过滤剂尤其可选自包含氧化钛(TiO

有利地，矿物防晒剂为胶体或颗粒形式。

根据另一个特定的实施方案，组合物也可包含亲脂性和/或亲水性有机防晒剂。此过滤剂尤其可选自包含以下INCI名称的组：樟脑苯扎铵甲基硫酸盐、胡莫柳酯、丁基甲氧基二苯甲酰甲烷、基苯并咪唑-磺酸、对苯二亚甲基二樟脑磺酸、丁基甲氧基二苯甲酰甲烷、亚苄基樟脑磺酸、奥克立林、聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、甲氧基肉桂酸乙基己酯、PEG-25PABA、对甲氧基肉桂酸异戊酯、乙基己基三嗪酮、甲酚曲唑三硅氧烷、二乙基己基丁酰胺基三嗪酮、4-甲基苯亚甲基樟脑、3-苯亚甲基樟脑、水杨酸乙基己酯、乙基己基二甲基PABA或辛基二甲基PABA、二苯甲酮-4/二苯甲酮-5、亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基苯酚、苯基二苯并咪唑四磺酸酯二钠、双-乙基己氧苯酚甲氧苯基三嗪、聚硅氧烷-15、二乙氨基羟苯甲酰基苯甲酸己酯及其混合物。

根据一个特定的实施方案，局部用组合物旨在用于治疗用途。

根据另一个特定的实施方案，局部用组合物不旨在用于治疗用途。

有利地，根据本发明的组合物为防晒组合物。

它可以是优选地掺杂有金属且有利地经接枝的胶体的水性悬浮液的形式、优选地掺杂有金属且有利地经接枝的胶体在油相中的悬浮液的形式、或者包含优选地掺杂有金属且有利地经接枝的胶体的油包水或水包油型乳液的形式。

生物相容性聚合物可具有亲水性或亲脂性。

当组合物包含油型分散剂时，接枝在氧化铋胶体上的生物相容性聚合物有利地是亲脂性的。

当组合物含有水型分散剂时，接枝在氧化铋胶体上的生物相容性聚合物有利地是亲水性的。

根据本发明的组合物有利地包含生物相容性聚合物，该生物相容性聚合物的质量相对于该组合物的质量为2至20质量％，更有利地为4至10质量％。这些百分比包括任选接枝到Bi

根据一个特定的实施方案，根据本发明的组合物可进一步包含选自分散剂、润湿剂、稳定剂和pH调节剂的至少一种添加剂。

有利地，所述分散剂为水和/或油。

优选地，所述油选自包含以下的组：植物来源(向日葵、玉米、大豆、葡萄籽、芝麻、榛子、蓖麻油等)的烃油、矿物或合成来源(石蜡油等)的烃(线性或支化的)、硅油(聚甲基硅氧烷、环聚二甲基硅氧烷等)、氟化油及其混合物。

根据另一个特定的实施方案，所述油可以为动物来源的烃油。

所述分散剂有利地为水。

实践中，根据本发明的组合物，相对于组合物的质量有利地包含20至80质量％的水和/或油，更有利地为40至60质量％。

有利地，润湿剂选自包含甘油、尿素、乳酸及其混合物的组。

根据本发明的组合物，相对于组合物的质量，有利地包含5％至25质量％之间的润湿剂，有利地为7％至15质量％之间。

所述润湿剂有助于防止组合物在施加至皮肤后过快干燥。它也有助于皮肤保湿。它也可以有助于控制本发明组合物的粘度，目的是优化其在皮肤上的铺展。

有利地，所述稳定剂选自包含脱水山梨醇单月桂酸酯、瓜尔胶、黄原胶及其混合物的组。

根据本发明的组合物相对于组合物的质量有利地包含0.5％至5质量％的稳定剂，更有利地为1％至3质量％。

所述稳定剂使得可以控制组合物的黏度。

有利地，所述pH调节剂选自包含柠檬酸、乙酸、己二酸、抗坏血酸、硼酸、富马酸、乙醇酸、乳酸、苹果酸、尿酸及其混合物的组。

根据本发明的组合物相对于组合物的质量有利地包含0.1％至1质量％的pH调节剂，更有利地为0.2％至0.5质量％。

所述pH调节剂使得可以将组合物的pH保持在生理值。当组合物被施加至皮肤时，也就是说，当组合物被施加至酸性介质时，pH调节剂通过调节组合物的pH值来改善组合物的稳定性。

本领域技术人员将知道如何调整pH调节剂的量，以使组合物的pH有利地在5.2和7之间。

根据一个特定的实施方案，根据本发明的组合物有利地不含防腐剂，这与大部分常规防晒组合物的情况不同。

如已经提到的，所述化妆品组合物是局部用组合物。它有许多优点，其中包括:

-含有少数组分的简单制剂，有利地处于水性介质中，

-提高了对广谱紫外线辐射(UV-C、UV-B、UV-A和UV-V)的防护效果，这样的组合物被比作太阳能涂料，

-很高的防晒系数，

-很少或不渗透到角质层(皮肤的最外层细胞层)，从而保护敏感和过敏性皮肤，

-对皮肤有良好的粘附力，可持久防晒。

根据一个优选的实施方案，根据本发明的组合物按质量计相对于组合物质量含有：

-1％至60％的掺杂氧化铋胶体，有利地为单斜α晶型，α-Bi

-2％至20％的结构化生物相容性聚合物，优选为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；

-5％至25％的润湿剂，优选为甘油；

-0.5％至5％的稳定剂，优选为脱水山梨醇单月桂酸酯；

-0.1％至1％的pH调节剂，优选为柠檬酸；和

-20％至80％的水和/或油。

根据一个优选的实施方案，根据本发明的组合物按质量计相对于组合物质量含有：

-1％至60％的掺杂氧化铋胶体，有利地仅为单斜α晶型，α-Bi

-2％至20％的结构化生物相容性聚合物，优选为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；

-5％至25％的润湿剂，优选为甘油；

-0.5％至5％的稳定剂，优选为脱水山梨醇单月桂酸酯；

-0.1％至1％的pH调节剂，优选为柠檬酸；和

-20％至80％的水和/或油。

有利地，根据本发明的组合物可以储存在缺二氧化碳并且有利地在缺氧的介质中。这些储存条件可以延长根据本发明的组合物的使用期限。

本发明还涉及掺杂的氧化铋胶体Bi

从下面的附图和实施例中，本发明以及由此产生的优点将更加清楚地呈现，给出这些附图和实施例是为了说明本发明，而非限制。

图1示出了有机阳光过滤剂和矿物阳光过滤剂以及根据本发明一个优选实施方案(掺杂的α-Bi

图2示出了TiO

图3示出了包含接枝颗粒TiO

图4示出了根据本发明的一个优选实施方案(掺杂的α-Bi

图5示出了比较根据本发明的α-Bi

1/

将氧化铋前体(如五水硝酸铋)和铁前体(如氯化铁)与水、硝酸和氢氧化钠混合，然后密封在高压釜中。

然后使反应混合物沉淀，然后通过过滤洗涤，之后在100至500℃之间的温度下进行煅烧步骤。

一旦反应混合物达到设定温度，就维持该温度直至掺杂的氧化铋结晶。

收集直径为7nm的球形氧化铋纳米晶体。

图5中示出了比较根据本发明的仅以单斜晶格中α相晶型存在Bi

结果显示，与根据本发明的胶体相比，市售α-Bi

相反地，根据本发明的胶体是纯的，且不显示可以被归于除α相之外的氧化铋晶相的额外峰。换句话说，根据本发明的胶体仅对应于单斜阵列的α相的晶型。

2/

比较了单斜α-Bi

为此，在水中使用了以下化合物:

(a)锐钛矿形式的TiO

(b)接枝有2％m PVP的ZnO胶体(15nm)，

(c)接枝有2％m PVP的铁掺杂的α-Bi

％m指PVP相对于TiO

胶体的接枝以常规方式进行，例如，在含有胶体和待接枝聚合物(PVP)的水和乙醇溶液中进行。

由衍射仪产生的用于通过XRD测量尺寸的波长对应于等于

对于通过DLS的尺寸测量，条件如下：波长等于633nm；90°探测器；25℃。分析的样品在1mm槽中用椰油硅油(cocosilicone oil)稀释(0.5g/L)。

这些化合物基于波长的平均质量消光系数(ε)由使用常规分光光度计进行的测量获得。对于10％m(100g/L)、0.75％m(7.5g/L)和0.05％m(0.5g/L)的溶液，平均质量系数分别对应于在10μm、100μm和0.1cm厚度的槽中进行的测量的平均值。质量系数由比尔-朗伯公式获得:

ε＝A/lC

其中，A是测得的吸光度，l(cm)是通过样品的光程，C(g/L)是样品的质量浓度。

其结果示于图2。

TiO

前面提到的溶液(a)、(b)和(c)的防晒系数(SPF)、UV-A防护系数(FP-UVA)和临界波长由以下等式计算得出，适用于10μm厚的槽:

其中：

E

S

T

d

值E

临界波长对应于比值R大于或等于0.9的波长。换句话说，它是光谱曲线积分

化合物TiO

只有α-Bi

图3表示在10μm槽中接枝有TiO

这些曲线用于确定达到预定防晒系数(SPF)所需的阳光过滤剂的量。表1由图3中的数据指定了达到SPF为20、30、50或100所需的质量百分比。

表2和表3列出了SPF为50和100时的UVA防护系数(SP-UVA)和SPF:SP-UVA比。

由图3可知，所研究的矿物过滤剂的有效性如下：浓度在0.1和10％m之间时，TiO

另一方面，铁掺杂的α-Bi

3/

矿物UV过滤剂的光催化活性通过监测亚甲基蓝在各种过滤剂或对照组和UV辐射存在下的降解来评估。

被测试的矿物过滤剂是氧化物。更具体地，它们是ZnO和根据本发明的铁掺杂的α-Bi

具体地，将10μL 50g/L的氧化物水悬浮液加入4990μL 1E

然后在540nm和710nm之间测量溶液的吸光度，这对应于亚甲基蓝的吸附。这些测量构成时间t＝0分钟。随后将溶液在UV灯下搅拌。

在15、30、45、60、90和120分钟时进行吸光度测量。

曲线下540nm和710nm之间的面积使得可以测量相较于t＝0min测量的亚甲基蓝的相对量。

结果如图4所示。

结果表明氧化锌具有显著的光催化活性，在30分钟内亚甲基蓝降解90％。

对照组显示约10％的降解，这不是由于光催化，而是由于染料在UV下的光降解。

在根据本发明掺杂的α-Bi

4/

制备了根据本发明的组合物，并与市售防晒组合物进行比较(表4)。

总的来说，表4表明含有无机UV过滤剂的组合物对于阻挡UV-V(可见UV:400-450nm)最有效。

根据本发明的组合物在整个UV范围(UV-C、UV-B、UV-A和UV-V)具有最好的效果。

皮肤渗透试验表明，包含有机过滤剂的组合物比包含有机过滤剂和无机过滤剂混合物的组合物或仅包含无机过滤剂的组合物渗透皮肤更深。

根据本发明的组合物获得了最佳的结果。它相比于其他组合物更少地渗透皮肤。如已经指出的，这种效果确实是由于胶体用生物相容性聚合物进行接枝而改善了胶体的生物粘附性。