다양한 농도의 글리세린 용액의 수분 유지: 비교 연구

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 10232(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

보습제의 수분 보유력을 평가하는 다양한 방법에는 독특한 메커니즘이 있습니다. 따라서 화장품의 고급화되거나 효율적인 성분을 디자인하기 위해서는 방법 간의 차이에 대한 명확한 이해가 필요합니다. 본 연구의 목적은 화장품에 흔히 사용되는 성분인 글리세린의 수분 보유력을 분석하는 것이었습니다. 구체적으로, 본 연구에서는 중량분석, 경피수분손실(TEWL) 분석, 시차주사열량측정(DSC)을 적용하여 다양한 농도의 글리세린 용액의 증발을 조사했습니다. 그 결과, 글리세린의 수분 보유력은 글리세린 농도가 0에서 60 중량%로 증가함에 따라 증가하였고, 글리세린 농도가 60-70 중량%에서는 증발 과정에서 중량 변화가 나타나지 않는 것으로 나타났다. 글리세린 농도가 70 중량%를 초과하면 글리세린 용액에 수분 흡착이 일어났다. 또한, 결과는 중량 분석을 사용하여 측정한 증발 속도와 TEWL 분석을 사용하여 측정한 증발 속도 사이에 편차가 있음을 나타냅니다. 그러나 이러한 분석 결과를 정규화하면 물에 대한 상대 증발률이 산출되었으며 이는 두 분석 간에 일관되게 나타났습니다. DSC 열분석도는 일관된 결과를 추가로 확인하고 글리세린 용액에서 두 개의 수화된 물 미세 구조(비동결성 물과 유리수)를 식별했습니다. 이는 측정된 증발 속도가 글리세린 농도에 따라 감소하는 이유를 설명합니다. 이러한 연구 결과는 다양한 측정 방법을 통해 화장품 보습제의 수분 보유력을 입증하는 데 적용될 수 있습니다.

화장품에서는 성분의 수분 보유력이 매우 중요합니다1. 화장품의 효과적인 수분 유지제는 피부 노화를 예방하는 데 도움이 될 수 있습니다2,3. 보습제는 피부의 수분과 수분을 유지할 수 있는 흡습성 물질입니다3,4. 피부 수분 손실은 피부 건조, 주름, 처짐 및 늘어짐을 유발합니다. 따라서 여러 연구에서 인간의 각질층에 수분을 유지하는 데 높은 효능을 나타내는 보습제를 찾고 있습니다5.

보습제의 수분 보유력은 중량 분석, 경피 수분 손실(TEWL) 분석, 시차 주사 열량 분석(DSC), 열 중량 분석, 팽창계, 적외선 분광학, 핵자기 공명 분광학 기반 이완 시간 분석 등 다양한 방법을 통해 측정할 수 있습니다6 ,7,8,9. 이러한 방법 중 중량 분석은 특정 기간 내에 증발을 통해 물질 내 분석 물질의 중량 변화를 측정하는 데 쉽게 적용할 수 있습니다. 낮은 수준의 체중 감소는 높은 수분 보유량을 나타냅니다. 그러나 중량 분석에 사용되는 저울 기계의 검출 한계로 인해 용액의 수분 보유 정도를 나타내는 지표인 증발 속도를 측정하기 위해 검출 가능한 중량 변화를 누적하는 데 상당한 시간이 필요합니다10. 따라서 중량 분석에서 정확한 증발 속도를 얻는 것은 시간이 많이 걸리는 프로세스입니다.

일반적으로 TEWL은 단위 시간당 막의 일정 면적을 투과하는 수증기의 양을 말하며 프로브를 사용하여 측정할 수 있습니다. TEWL 프로브는 증발을 통한 물 손실(제곱미터당 시간당 그램 단위)을 결정하기 위해 실린더에 두 쌍의 온도 및 습도 센서를 적용하는 개방형 챔버 시스템입니다12. TEWL 프로브의 측정 원리는 특정 기간 내 단위 면적당 물의 질량 전달 속도와 관련된 Fick의 확산 법칙을 기반으로 합니다. 분석물질의 무게를 측정하는 수분 손실 측정 방법과 비교하여 TEWL 프로브는 몇 분 안에 수분 손실을 보다 안정적으로 측정할 수 있습니다13.

DSC는 액체 시료14의 미세 구조와 열적 거동을 탐색하기 위한 강력한 도구입니다. 또한 보습제의 수분 보유력을 평가하는 데에도 적용될 수 있습니다15. 동결 온도 기준에 따르면 보습제 내 물의 미세 구조는 세 가지 유형의 수화수 유형에 대해 그림 1과 같이 비동결수, 중간수, 자유수로 분류할 수 있습니다8,16,17,18,19 . 부동수와 중간수는 수소결합을 통해 쉽게 보습제와 결합할 수 있으므로 결합수라고 합니다. 중간수와 자유수는 상전이를 나타낼 수 있으므로 동결수라고 합니다. 동결되지 않는 물은 보습제의 친수성 부위에 단단히 결합되어 있으며 물과 보습제의 강한 상호 작용으로 인해 이동성이 낮습니다. 특히, 동결되지 않는 물은 매우 약한 자유수-물 상호작용을 수반합니다. 중간수는 동결되지 않는 물과 수화 껍질인 보습제를 중심으로 배향되어 사용 가능한 공간에서 최대 수소 결합 수가 달성되는 케이지형 구조를 형성합니다21. 중간수의 분자 상호작용에는 물-보습제 및 물-물 상호작용이 모두 포함됩니다. 자유수의 분자 상호작용은 주로 물-물 상호작용을 포함합니다.