Kozmetik endüstrisinde kullanılan bazı polimerlerin nano ölçekli yapı özellik ilişkilerinin araştırılması

Bu tez çalışmasında, günlük yaşantımızda sıklıkla kullanılan, yapılarında polimer içeren kozmetik ürünlerinden üç tip sıvı fondöten/krem (QW, LF ve BB krem kodlu örnekler) ile dört tip (farklı özellikleri olan sabitleyici/şekillendirici) saç spreyi üzerine odaklanılmıştır. Öncelikli olarak, kozmetik ürünlerde yaygın kullanılan beş farklı polimer belirlenmiş ve bu polimerlerin arasından (hacimsel) nano ölçekli oluşumlara yol açabilen polimetilsilseskuiokzan, polifenilsilseskuiokzan, feniltrimetikon, C 26-28 alkil dimetikon ve silikon elastomer reçine jel ile çalışmalar başlatılmıştır. Yapılan öncü çalışmalarda, bu polimerlerin nano ölçekli SAXS (Küçük Açı X-Işını Saçılması) analizleri yapısal değişimleri izlemede yol gösterici olmuştur. Saf polimerlerin kozmetik ürünlerde kullanım öncesi, yapı formlarında mevcut olan nano oluşumlarının morfolojileri (şekillenimleri), boyut bilgileri (jirasyon yarıçapları ve maksimum büyüklükleri) ile uzaklık dağılım fonksiyonları elde edilerek, 3B nano oluşumlarının ab-initio yapı modellemeleri yapılmıştır. İncelenen polimerlerden, küresele en yakın şekillenime sahip olan polimetilsilseskuiokzan (PMSQ), nano ölçekli yapı-özellik araştırmaları ile ilgili ayrıntılı çalışmalarda kullanılmak üzere seçilmiştir. Bu polimerin kozmetik kremlerin yapısal özellikleri üzerindeki etkisini incelemek üzere, iki farklı fondötene ve BB kreme farklı polimer katkılarında incelemeler yapabilmek üzere, 343 mg örnek için 0,4; 0,7 ve 1,2 mg (sırası ile % 0,12; 0,20 ve 0,35 kütlece katkı olacak şekilde) PMSQ eklenmiştir. PMSQ'nun diğer polimerlere göre tercih edilmesinin bir başka nedeni de, jel/krem formunda olan kozmetik malzemelerin içinde, bu polimerin makroskopik görüntüyü ve homojen yapıyı bozmayacak şekilde mevcut yapıda çözünerek, miktarının kolayca artırılabilmesi olmuştur. Polimer miktarı artırılarak ve artırılmadan (kontrol grubu olarak) hazırlanan örnekler X-ışını saçılma deseni oluşturmayan alt taşlar üzerine ve deri malzeme üzerine ince film formunda uygulanarak, bu malzemelerin SAXS ve WAXS (Küçük - Geniş Açı X-Işını Saçılması) analizleri yapılmıştır. Elde edilen SAXS (~1-100 nm ölçeğinde) ve WAXS (~1-3 Å ölçeğinde) verileri kullanarak yapısal incelemeler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca bu örneklerin SEM ölçümleri de yapılarak, polimer miktarındaki artışının meydana getirdiği yapısal değişiklikler mikroskopik ölçekte de takip edilebilmiştir. Polimer katkılama artışına en iyi yanıtı veren LF kodlu fondöten ile BB krem kullanılarak hazırlanan film formundaki örnekler bu kez 1-4 hafta aralığında yaşlandırılmaya bırakılmış ve örneklerin SAXS analizleri Tayvan Ulusal Sinkrotron Işın Merkezi (NSRRC) de gerçekleştirilmiştir. SAXS analizleri ile elde edilen, nano oluşum uzaklık dağılım fonksiyonlarının, üç boyutlu yapılarda uzun erimlerde homojen dağılımın önemli bir göstergesi olduğu, SEM görüntülerinden elde edilen kısa erimli uzaklık dağılım fonksiyonlarına göre, çok daha doğru ve gerçekçi bulgular içerdiği de yarı-deneysel analizler ile gösterilmiştir. Bu aşamaya kadar yapılan analizlerde polimer artışına en elverişli olan yani, 3B nano morfolojilerin nanokompozit formuna uygun şekil, boyut ve uniform dağılım bilgileri veren, LF kodlu malzemeler olmuştur. Bundan sonraki analizlerde bu örnek üzerine yoğunlaşılarak, yapıları kontrol altına alınan polimer katkısındaki artışın yapı-özellik üzerine etkilerini incelemek üzere, antibakteriyel analizler ve UV soğurucu etkiler incelenmeye başlanmıştır. Sonuçta, film formundaki LF kodlu fondötenin artan PMSQ polimer katkısıyla antibakteriyel özelliklerinin geliştirilebildiği bulgusuna ulaşılmıştır. E.coli ve S.aureus bakterilerine ait artan polimer katkısı ile biyofilm oluşumunun önüne geçilebildiği belirlenmiştir. Ayrıca bu grup için UV optik geçirgenlik ve yansıtma ölçümleri de yapılmış ve 0,4 mg PMSQ katkılama ile elde edilen kozmetik malzemenin UV yansıtma özelliğinin ~% 15 artırıldığı , UV geçirgenlik özelliğinin ise ~% 40'lara kadar azaltılabildiği sonucuna ulaşılmıştır. Aynı örnek grubunun FT-IR analizleri de yapılmış ve PMSQ miktarındaki artış ile moleküller ölçekte yapılarda değişimlerin olup olmadığı da incelenmiştir. İkinci kozmetik ürün grubu olarak, farklı özelliklere sahip dört saç spreyi ile çalışılmıştır. Bu spreyler, 25-35 yaş grubu bayan donörlerden alınan farklı (düz sarı, düz kumral, düz siyah ve kıvırcık kahverengi) formlardaki saç örnekleri üzerine uygulanmış ve yapısal analizler SAXS yöntemi ile başlatılmıştır. Nano oluşum morfolojileri küresele en yakın olan "düz sarı" ve "düz kumral" saç örneklerine moleküler yapı farklılıklarını incelemek üzere FT-IR analizleri de yapılmıştır. Mikroskopik analizler ise SEM (Taramalı Elektron Mikroskopisi) ve EDXS (Enerji Dispersiv X-Işınları Spektroskopisi) yöntemleri ile tamamlanmıştır. Bu grup için elde edilen en önemli bulgu şu şekilde özetlenebilir. Saç spreylerinde kullanılan kimyasal bileşenler, işlevlerini gerçekleştirirken saçın moleküler yapısında çok büyük değişiklik oluşturmamasına rağmen, nanoskopik yapısında (özellikle melanin yapıda) büyük değişikliklere yol açabilmiştir. Bu bulgu, nanoskopik analizlerin kozmetik endüstrisinde mutlaka kullanılması gerekliliğinin bir göstergesidir. Bu tez çalışması ile ilk kez belirlendiği üzere, SAXS analizleri ile elde edilen 3B ab-initio yapı modellemeleri melanin yapıyı izlemede rahatlıkla kullanılabilir. Bu çalışma ile ilk kez SAXS yöntemi ile, saçın yapısında mevcut olan melanin (nanoglobular) formlarının doğal ortamlarında 3B modellemeleri yapılabilmiştir. Kozmetik ürünlerde yaygın olarak kullanılan polimerlerin ve diğer makromoleküler yapıların bir araya gelmesi ile nano ölçekte ortaya çıkan nano oluşumların kendiliğinden (self-assembled) düzenlenmesi ile yapı-özellik ilişkilerinde çok farklı sonuçlar ortaya çıkabilmektedir. Yani kozmetik endüstrisinde nano ölçekte ciddi yapı kontrollerinin yapılması çok yerinde olacaktır. Bu çalışma kapsamında, polimer kullanım oranlarındaki küçük değişikliklerin bile, nanoskopik yapı farklılıklarına yol açtığı, bu nano ölçekli yapısal farklılıkların da antibakteriyel özellikleri geliştirmesi ve UV koruyucu kalkan etkisini artırması gibi, biyofiziksel özelliklerde de etkili olduğu ortaya çıkarılmıştır. Özetle, bu tez çalışması sonucunda, kozmetik endüstrisinde polimer malzemelerin kullanımının optimum oranlarda belirlenmesinin gerekliliği ve yapı-özellik ilişkilerinin moleküler boyuttan başlayarak nano, mikro ve makro boyuta kadar daha ciddi biçimde incelenmesi gerekliliği açıklanmıştır.