W ostatnim czasie szczególną uwagę przyciągają nanomateriały o niezwykłych jak dotąd właściwościach, np.: nanorurki węglowe, grafen, tlenki metali, kropki kwantowe, fulereny czy też nanowłókna i nanokompozyty. Ciekawym przypadkiem są także druty kwantowe znajdujące zastosowanie  w przewodnikach i półprzewodnikach. Odkrywanie coraz to nowszych materiałów i otrzymywanie za ich pomocą kolejnych nanomateriałów stwarza nowe możliwości wykorzystania nanocząstek tam, gdzie inne materiały do tej pory zawiodły. Jest to więc bardzo szerokie pole naukowe, dzięki któremu można rozwiązać wiele dotychczasowych problemów aplikacyjnych. Jedną z najpopularniejszych gałęzi wykorzystania nanocząstek jest przemysł kosmetyczny. Dzięki ich unikalnym właściwościom są one w stanie dotrzeć do głębszych warstw skóry, przez co znacznie poprawiać jej kondycję. Jest to jednak tylko jedna z wielu możliwości wykorzystania tego typu materiałów w kosmetyce.

Czym jest grafen?

Jest to płaska struktura, która wyglądem przypomina plastry miodu, czyli po prostu sześciokąty. Grafen należy do jednej z odmian alotropowych węgla – jego odmiany o tym samym składzie chemicznym, jednak zupełnie innym w kontekście właściwości fizykochemicznych. Innymi przykładami alotropii węgla są diament oraz grafit – warstwy grafenowe ułożone w stos. Równie dużym zainteresowaniem cieszy się tlenek grafenu, czyli utleniony grafen o zastosowaniach biomedycznych. Ze względu na swoją unikalną strukturę grafen wykazuje bardzo dobre przewodnictwo elektryczne oraz cieplne, a także wysoką wytrzymałość mechaniczną. Grafen może być 100 razy mocniejszy niż stal! Dzięki temu znajduje szerokie zastosowanie w elektronice, m.in. w tranzystorach, ogniwach słonecznych, bateriach litowo-jonowych czy sensorach elektrochemicznych. Oprócz wykorzystania w kosmetyce używany jest również w biomedycynie do rekonstrukcji tkanek czy też w terapiach genowych.

Ze względu na bardzo słabą rozpuszczalność nanostruktur, a także niską biodegradowalność grafen nie jest jednak obecnie tak często stosowany, jak można by pomyśleć. Zarówno metody jego otrzymywania, jak i utylizacji muszą zostać jeszcze udoskonalone i dokładnie przebadane. Wykorzystanie tego materiału na większą skalę również wiąże się z dodatkowymi pomiarami w zakresie stabilizacji większych warstw grafenowych. Co istotne, właściwości hydrofobowe grafenu sprawiają, że może on reagować z lipidami, a to prowadzi do zaburzeń w obrębie błony komórkowej. W połączeniu z nanometrycznym rozmiarem oraz łatwą przenikalnością może to skutkować toksycznym wpływem zarówno na organizm ludzki, jak i środowisko naturalne. Taka sama sytuacja występuje w przypadku tlenku grafenu, który również może prowadzić do wielu zaburzeń ustrojowych. Należy jednak pamiętać, że praktyczne wykorzystanie grafenu, zwłaszcza w przypadku jego oddziaływania z żywa tkanką, jest determinowane pozytywnym przejściem badań i brakiem przeciwskazań do jego użycia np. w kosmetykach. Choć jego ilości użyte w przypadku zastosowań kosmetycznych są niewielkie, nie uzasadnia to braku dalszych badań nad jego długotrwałym wpływem np. na głębsze warstwy skóry.

Nanorurki węglowe

Warto w tym miejscu wspomnieć o nanorurkach węglowych i innych odmianach alotropowych węgla. Nanorurki węglowe należą do struktur zbudowanych z jednej lub więcej warstw grafenowych i różnią się od siebie m.in. wielkością. Nanorurki jednowarstwowe mogą osiągać średnicę do 2 nm, natomiast wielowarstwowe – nawet do 20 nm. Tak samo jak grafen, materiały te charakteryzują się bardzo dobrym przewodnictwem cieplnym, elektrycznym oraz niezwykłą wytrzymałością. Jak wspomniano już wcześniej, muszą być także dopracowane pod kątem stabilności, gdyż w przypadku nanorurek węglowych produkowanych na skalę przemysłową może dochodzić do defektów w sieci, co bezpośrednio przekłada się na zmianę właściwości.

Grafen w kosmetykach

Oprócz wykorzystania nanocząstek węglowych jako bardzo dobrych nośników substancji czynnych sam grafen cieszy się bardzo ciekawymi zastosowaniami. W jednym z badań np. wykorzystano domieszkowany tlenkiem tytanu grafen w systemie fotoelektrochemicznym, który byłby w stanie wykrywać zdolność antyoksydacyjną związków stosowanych w produktach kosmetycznych. W innym badaniu użyto grafenu do opracowania techniki ekstrakcji parabenów. Jak wiadomo, są to związki organiczne szeroko stosowane nie tylko jako środki konserwujące w kosmetykach, ale także w żywności czy lekach. Ze względu jednak na ich toksyczne działanie na organizm wprowadzono normy ograniczające ich użycie do bardzo małych ilości. Dzięki wspomnianej metodzie ekstrakcji możliwe jest oznaczanie kluczowych parabenów w kosmetykach, takich jak: methylparaben czy ethylparaben, co z kolei przyczynia się do sprawdzenia rzeczywistej ilości tych związków w danym produkcie. W tym samym celu inni badacze zastosowali magnetyczne nanokompozyty tlenku grafenu z kropką węglową na bazie żelaza. Opracowana metoda miała służyć do jednoczesnego wykrywania i ekstrakcji wspomnianych parabenów w wodzie z kranu i rzece oraz kosmetykach. Jest to więc niezwykle przydatna metoda nie tylko do oznaczania tych związków w kosmetykach, ale i ich zanieczyszczeń spłukiwanych wraz z wodą. W obu przypadkach modyfikowany grafen zastosowano jako czujnik parabenów o bardzo wysokiej czułości. Kolejnym ciekawym przykładem jest użycie elektrod grafenowych z nadrukiem sitowym (SPGE), które stały się potencjalną opcją w zastosowaniach elektrochemicznych ze względu na możliwość miniaturyzacji  i inne szczególne właściwości. W jednym z badań elektrody te wykorzystano w celu wykrywania kwasu para-hydroksybenzoesowego (PHBA) w kosmetykach. Związki te są bardzo popularnym środkiem konserwującym w kosmetykach i artykułach spożywczych, jednak ze względu na podejrzenie działania pobudzającego na wydzielanie estrogenów są poddawane wielu badaniom. Dzięki opracowanym elektrodom grafenowym mogą być wykrywane w bardzo małych ilościach, z dużą selektywnością. W innym badaniu zsyntezowano kompozyt dwusiarczku molibdenu i tlenku grafenu (MoS₂/GO) w celu wykorzystania go do oznaczania zanieczyszczeń w kosmetykach przy użyciu ultrawysokosprawnej chromatografii cieczowej. Zaletami metody z wykorzystaniem wspomnianego kompozytu są stosunkowo niski koszt oraz duża czułość. Oprócz tego kompozyty MoS2/GO jako adsorbenty można zastosować we wzbogacaniu parabenowych środków konserwujących w kosmetykach oraz wykrywaniu pojawiających się zanieczyszczeń w rzeczywistych próbkach. W kolejnym badaniu otrzymano materiał elektrodowy oparty o tlenek grafenu i polimer (poly-L-lizinę) w celu detekcji methylparabenu w kosmetykach.

Nieco innym zastosowaniem cieszy się tlenek grafenu, którego użyto w jednym z badań wraz z ligniną i wielościennymi nanorurkami węglowymi w emulsjach przeciwsłonecznych typu O/W. Preparat dokładnie zbadano m.in. pod kątem aktywności przeciwutleniającej czy ochrony przed promieniowaniem UV. Kolejnym ciekawym przykładem jest wykorzystanie tlenku grafenu modyfikowanego peptydami na elektrodzie węglowej służącej do dokładnego i czułego wykrywania polifenolu w kwasie rozmarynowym i badania jego właściwości przeciwutleniających. Do badań użyto w tym przypadku metod elektrochemicznych – woltamperometrii oraz spektroskopii w podczerwieni FTIR. Jak więc można zauważyć, zarówno grafen, jak i tlenek grafenu wykazują szerokie możliwości wykorzystania ich w produktach kosmetycznych i nie tylko. Materiały te są szczególnie przydatne w wykrywaniu i oznaczaniu toksycznych związków chemicznych używanych w kosmetykach, badaniu potencjału antyoksydacyjnego substancji, a także metodach badawczych, które dostarczają niezbędnych informacji o danym produkcie i jego składzie.