CN104703656A - 适合皮肤的组合物和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在机械增强时变得适合皮肤因此允许在保健、医疗、药物、营养品和药妆品中使用高含量的这些组合物的温和或弱酸和盐混合物，如抗坏血酸。

Description

适合皮肤的组合物和使用方法
对相关申请的交叉引用
本申请依据35 U.S.C. § 119(e)要求2012年4月23日提交的美国临时专利申请序号No. 61/636,948的权益，其就像完整阐述在本文中那样全文经此引用并入本文。
发明领域
本发明涉及在机械增强时变得皮肤友好因此允许在保健、医疗、药物、营养品和药妆品中使用高含量的这些混合物的温和或弱酸/盐组合物，如抗坏血酸。
发明背景
抗坏血酸（C6H8O6）是具有抗氧化性质的天然存在的有机化合物。其通常是易溶解在水中以产生弱酸性溶液的白色固体。其表现得像具有在双键合羟基孤对中的电子和羰基双键以形成共轭体系的羧酸。抗坏血酸中的羟基比典型羟基的酸性高得多。
温和或弱酸是不完全离解的酸。其在溶液中不释放其所有氢，仅向溶液给出其一部分质子量。这些酸具有比强酸高的pKa，强酸溶解在水中时释放它们所有的氢原子。弱酸和碱在它们的溶液中仅部分电离。弱酸在水溶液中不能完全电离并释放比强酸少的氢离子量。由于弱酸中的化学键的特殊性质，在水溶液中不容易释放质子或氢离子。
在酸-碱反应的背景下通常使用酸离解常数Ka。Ka的数值等于产物的浓度除以反应物的浓度，其中反应物是酸（HA）且产物是共轭碱和H+。这些温和或弱酸以10-3至10-10的Ka为特征。可以由其水溶液中的氢离子浓度计算任何弱酸的酸离解常数。
为了失去质子，该体系的pH必须升到高于质子化酸的pKa。原溶液中降低的H+浓度使平衡移向共轭形式——其是该酸的脱质子形式。在较低pH溶液（它们是更酸性的混合物）中，该溶液中有足够高的H+浓度使该酸保持其质子化形式。
与非常腐蚀性的强酸，如硫酸（H2SO4）一样，一些弱酸在更强浓度下也可是腐蚀性的，以致它们既有问题又可能危险。此外，尽管表皮（皮肤）的最外层包括保护下方的活细胞的死细胞层，但如果弱酸足够浓，其会破坏死皮肤细胞层，以暴露出下方更脆弱的真皮细胞。当用于营养品、药妆品和其它保健用途时，这一性质使浓缩量的强酸和弱酸通常都不适用于将与皮肤接触的用途。
可通过在足量水中稀释来控制酸的不适合皮肤的性质。但是，提供足够的H3O+或OH-所需的稀酸体积使得最终产品无效。或者，可以将酸与适当的盐合并。例如，如果水、抗坏血酸和抗坏血铵合并在溶液中，H3O+、NH4 +和C6H7O6 -之间的分子间相互作用足以使C6H7O6 -不刺激或破坏皮肤。但是，这些相同的分子间相互作用使该溶液的反应性不足以影响细胞膜。
因此，需要具有像酸一样的反应性但可安全储存和用于医疗、药物、营养品、药妆品和其它保健用途而不会造成任何皮肤刺激或破坏并可安全储存而没有腐蚀作用的组合物。
发明概述
本发明的一个实施方案涉及使用脉冲直流电激励浓弱酸、盐和水的溶液以使所得组合物没有预期的腐蚀或苛性性质并且没有预期的皮肤破坏性质，但反应性仍足以影响氢键。本发明的另一实施方案涉及所得组合物。
附图简述
图1是根据本发明的一个实施方案使用弱酸，如抗坏血酸的机械增强法的流程图；
图2是根据本发明的一个实施方案使用弱酸，如抗坏血酸的机械增强法的流程图；
图3是用于实施机械增强法的设备的方框图；且
图4是用于实施机械增强法的设备的方框图。
示例性实施方案详述
在本说明书和其后的权利要求书中，会提到许多术语，它们应被定义为具有下列含义：
在本说明书通篇中，除非上下文另行要求，词语“包含”或其变形被理解为暗指包括所述整数或步骤或整数或步骤组但不排除任何其它整数或步骤或整数或步骤组。
必须指出，除非文中明确地另行规定，本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一”和“该”包括复数对象。因此，例如，提到“一载体”时，包括两种或更多种这样的载体的混合物，诸如此类。
范围在本文中可以表示为从“大约”一个特定数值和/或至“大约”另一特定数值。当表达这样的范围时，另一方面包括从一个特定数值和/或至另一特定数值。类似地，当使用先行词“大约”以近似值形式表示数值时，要理解的是，特定数值构成另一方面。还要理解的是，各范围的端点既与另一端点相关地又与另一端点独立地有效。
如本文中笼统使用的“混合物”或“掺合物”是指两种或更多种不同组分的物理组合。
本文所用的“氢键”是指静电偶极矩相互作用，它们是将无机和有机分子和蛋白质合在一起形成链的强定向力。
本文所用的“皮肤环境”是指与人或动物相关的多层皮肤组织。
本文所用的“皮肤友好”是指在施加到皮肤组织外层上时对皮肤组织具有中性或有益作用而没有或具有最低限度副作用的组合物。
本文所用的“分子间吸引力”是指一个分子与相邻分子之间的吸引力。
“任选的”或“任选地”是指其后描述的事项或情形可能存在或可能不存在，且该描述包括存在所述事项或情形的情况，和不存在所述事项或情形的情况。
本文所用的“pH”是指在弱酸或弱酸/盐混合物的1%溶液（该溶液的其余部分为水）中测得的数值。
本文所用的“1%溶液”是指1份弱酸或弱酸/盐混合物和99份水。
本文所用的“脉冲”是指对溶液单次施加直流电。多脉冲构成一个脉冲事件。
本文所用的“脉冲事件”是指一系列脉冲接着一个休止期。在本发明的方法的单次迭代中可以有多个脉冲事件。
“弱酸”在本文中用于表示弱腐蚀性并通常不会影响皮肤的任何酸，并被称作有机酸或天然酸，在100%浓度下具有3.5至6.9的pH。
本文所用的“弱酸/盐”是指与所选弱酸有效结合的任何盐。
“足量”和“充足时间”是指实现所需结果需要的量和时间。
除非具体作出相反的规定，组分的“重量百分比”基于包括该组分的制剂或组合物的总重量。
弱酸实施方案
图1显示使用弱酸，即抗坏血酸的本发明的方法的一个优选实施方案的流程图。在步骤1A中，将大约1000克45%抗坏血酸/水混合物置于2000毫升玻璃烧杯101中。在步骤1B中，将大约48克结晶99%纯抗坏血酸脲（urea ascorbate）添加到烧杯101中。在添加抗坏血酸盐后，将该混合物加热至大约90℃ 15分钟以使该混合物完全溶解。定期搅拌该混合物。在步骤1C中，一旦所有抗坏血酸盐溶解，使该溶液冷却至23-25℃。此时，该溶液含有水合氢离子和铵阳离子和氢氧根和抗坏血酸根阴离子的混合物。测得的电导率小于150 mV，测得的质子数为大约1.0 x 1024且pH为大约2.9至3.2。如果公开了该溶液的电导率、质子数或pH的数值或数值范围，在纯溶液上进行电导率测量、在纯溶液的样品上进行质子数测量并在100%浓度的溶液上进行pH测量。基于观察，据信在该方法的这一阶段，该溶液中带相反电荷的离子之间的吸引使其比未处理的抗坏血酸更皮肤友好。但是，该溶液缺乏使其足够反应性以破坏氢键的那些品质。在步骤1D中，将两个电极102和103在烧杯的相对面置于烧杯101中，不接触烧杯壁，并部分浸没在溶液中。电极102和103用直列开关105连向直流电源104。开关105可以是手控开关、频闪灯控制器、实验室电压脉冲发生器或相当的电路以提供直流脉冲。图3显示本发明的方法的一个实施方案中所用的设备的方框图。在步骤1E中，使在10伏特下的3安培直流电脉冲经过电极之间的溶液大约30分钟，其中脉冲周期为大约20秒开和20秒关。在步骤1F中使该溶液冷却后，测得的电导率为大约500 mV，测得的质子数为大约95 x 1024且pH为大约3-3.3。
在步骤1G中，在第一个使电流脉冲经过该溶液的周期后和在该溶液已冷却到23℃至25℃之间后，进行第二轮脉冲，其与第一轮类似并持续大约30分钟，其中脉冲周期为大约20秒开和20秒关。在第二轮脉冲后，测得的电导率大约500 mV，测得的质子数为大约9 x 1024且pH为大约3至3.3。随时间经过（数月），电导率不会明显降低（未显示数据），表明第二轮脉冲不仅提高反应性，还增加该组合物的稳定性。尽管不受制于特定理论，但基于经验观察，据信直流电流的受控施加提高极性分子中的键长，以致反应性更高。此外，由于该电流是脉冲的，其不干扰带相反电荷的离子之间的分子间键并实际上增强这些键，因此保持并增强该组合物的适合皮肤的品质。此外，由于氢键的稳定性，当该组合物储存在非不良条件下（例如远离极端热、光、压力或电磁辐射）时，其无限期地保持其反应性和皮肤友好的品质。此外，与观察结果一致地看出，当使用稳定（非脉冲）或交变电流或更高功率的电流时，或在脉冲过程中不控制温度时，该组合物没有这些增强的反应性和皮肤友好的品质。但是，这不排除使用其它能源，如声、电、光或机械源，只要能量的施加不破坏分子间键合。因此，本发明的一个实施方案解决了对反应性像弱酸但不腐蚀金属或刺激皮肤的稳定组合物的需要。
在另一些实施方案中，可以在不影响通用方法或所得组合物的特征的情况下改变酸的浓度。但是，使用太稀的浓度可能降低最终组合物中的电导率和质子数的范围并因此限制其效用。可以由基于本文中公开的实施方案的常规实验测定给定浓度的酸的效力。
在上述实施方案中，溶液的脉冲在两个步骤中进行。这有助于控制溶液的温度，因为发现过量热看起来破坏分子间键而非简单激励它们，以产生没有所需性质的溶液。在另一些实施方案中，该脉冲可以在单个步骤中进行，只要使用本领域中已知的冷却技术将该溶液的温度保持在低于大约25℃，例如如图4的方框图中所示将混合容器部分浸在冷却浴中。图2的流程图中所述的方法与图1的方法的区别在于，在将C6H8O6和C6H7NH3O6混合在一起后，将烧杯101置于冷却浴106中，其保持允许充电和在单个60分钟步骤中进行脉冲过程的相对恒定温度。
在另一些实施方案中，可以改变脉冲电流的电压、安培数、周期和持续时间而不会不利地影响所需性质。这样的改变可能是必要的，例如由于电极的尺寸、烧杯的尺寸和弱酸/盐溶液的体积。在实践中，我们发现，我们可以用4至16伏特的电压、1至20安培的电流、5至60秒开和5至60秒关的脉冲周期和20至70分钟的脉冲电流持续时间获得该改性弱酸/盐溶液的所需性质。在决定这些范围时，我们在1大气压下施加脉冲电流。改变压力可能使这些范围变宽或变窄而不影响最终结果，可以通过常规实验确定在不同压力限制下的新的有效范围。
下表1和2显示根据所要求保护的本发明的发明实施方案进行的实验的结果。
具有3.18的起始pH的抗坏血酸在水中的45%溶液在连续脉冲法中在4安培、12瓦特下脉冲60分钟。下表1显示这一实验的结果。
表1
质子数          
充电前 充电后 初始mV 1小时mV 最终温度 充电后pH
1.70×1024 9.2×1024 175 510 89C 3.20
1.78×1024 9.5×1024 170 505 91C 3.18
1.85×1024 1.05×1025 172 510 65C 3.20
1.82×1024 1.01×1025 180 500 65C 3.24
在另一实施方案中，具有3.20的起始pH的抗坏血酸在水中的45%溶液在两步充电法中脉冲，其包括30分钟的第一脉冲步骤、接着冷却期和30分钟的第二脉冲步骤。下表2显示这一实验的结果。
表2
质子数            
充电前 充电后 初始mV 30分钟mV 1小时mV 最终温度 充电后pH
1.69×1024 9.8×1024 155 370 505 85/92C 3.20
1.88×1024 8.8×1024 160 390 525 83/91C 3.20
1.75×1024 0.92×1025 168 370 510 65C 3.24
1.91×1024 0.85×1025 168 380 510 65C 3.24
在某些实施方案中，可以将抗坏血酸铵盐换成其它抗坏血酸盐，例如抗坏血酸钠、抗坏血酸钾、抗坏血酸钙、抗坏血酸镁、抗坏血酸铝、抗坏血酸脲、抗坏血酸锌、抗坏血酸镍、抗坏血酸铅、抗坏血酸铜、抗坏血酸亚铁、抗坏血酸铁、抗坏血酸金或相当的抗坏血酸盐（或抗坏血酸盐的组合）。选择一种特定盐而非另一种不会影响通用方法或所得组合物的特征。但是，特定盐及其纯度的选择可能改变该方法中所用的各种组分的比例，其可能改变该组合物的电导率和质子数的测得范围，特定盐的选择可能导致该组合物具有超出本文所述那些的有用或有害的特征。可以由基于本专利中公开的实施方案的常规实验确定对任何给定的代用盐而言最佳的组分量和电流脉冲的长度/量级。
在另一些实施方案中，可以将抗坏血酸换成另一弱酸。例如，可以使用下列弱酸：磷酸（H3PO4）、柠檬酸（H3C6H5O7）、亚硝酸（HNO2）、氢氟酸（HF）、甲酸（HCOOH）、苯甲酸（C6H5COOH）、山梨酸（C6H8O2）、乙酸 （CH3COOH）、碳酸（H2CO3）、硼酸（H3BO3）、酒石酸（C4H6O6）、水杨酸（C7H6O3）、次氯酸（HClO）、氢氰酸（HCN）或pH为3.5至6.9的任何酸。选择一种特定酸而非另一种不影响通用方法或所得组合物的特征；但是，特定弱酸及其纯度的选择可能改变该方法中所用的各种组分的比例，其可能改变该组合物的电导率和质子数的测得范围，特定弱酸的选择可能导致该组合物具有超出本文所述那些的有用或有害的特征。可以由基于本专利中公开的实施方案的常规实验确定对任何给定的代用弱酸而言最佳的组分量和电流脉冲的长度/量级。
在选择代用弱酸和/或盐组分时，已经发现下列指南是确实的。首先，我们发现，铵盐优于非铵盐。尽管不将自己受制于特定理论，但我们相信，由于其尺寸和极性，甚至在直流脉冲步骤后，NH4 +也倾向于与带相反电荷的阴离子（例如C6H7O6 -）形成相对稳定的分子间键。因此该组合物在充电后保持非腐蚀和皮肤友好，但提高的极性使该组合物的反应性足以破坏其它氢键，如存在于细胞膜中的那些。尽管铵盐如此优选，但离解成表现类似于NH4 +的阳离子的非铵盐也经证实合适，尤其是在非铵盐带来额外益处的用途中。
在某些实施方案中，选择具有与该弱酸相同或类似的阴离子（例如C6H7O6 -）的盐优于具有不同阴离子的那些盐。我们相信，该溶液越均质，不合意的副反应越少。但是，选择具有不同阴离子的弱酸和盐也可能经证实合适，尤其是在该盐的不同阴离子带来额外益处的用途中。
因此，利用这些指南，例如和非限制性地，可以使用下列弱酸：磷酸（H3PO4）、柠檬酸（H3C6H5O7）、亚硝酸（HNO2）、氢氟酸（HF）、甲酸（HCOOH）、苯甲酸（C6H5COOH）、山梨酸（C6H8O2）、乙酸 （CH3COOH）、碳酸（H2CO3）、硼酸（H3BO3）、酒石酸（C4H6O6）、水杨酸（C7H6O3）、次氯酸（HClO）、氢氰酸（HCN）和任何有机酸。
在某些实施方案中，该改性弱酸/盐组合物的使用使细胞膜更容易发生氢键断裂，同时适合皮肤并适用于要接触皮肤的情况。
可以由基于本专利中公开的实施方案的常规实验确定对任何给定的代用弱酸/盐而言最佳的组分量、机械增强的长度、次序和量级。尽管已经例示和描述了具体实施方案，但可以在不明显背离本发明的精神的情况下作出许多修改，且保护范围仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (12)

1.制造改性弱酸/盐溶液的方法，其包括：
对弱酸和盐的起始溶液施以至少一个脉冲事件，其中所述脉冲事件包含至少一次直流脉冲；和
改性所述起始溶液以产生具有比所述起始溶液高的电导率和高的质子数的改性溶液。
2.权利要求1的方法，其中所述脉冲为在4至16伏特下1至20安培并持续5至60秒。
3.权利要求1的方法，其中所述脉冲事件包括使另外至少一次直流脉冲经过所述起始溶液。
4.权利要求3的方法，其中脉冲事件中的脉冲之间的时间间隔为5至60秒。
5.权利要求1的方法，其进一步包括对所述溶液施以附加的脉冲事件。
6.权利要求5的方法，其中对所述溶液施以脉冲20至70分钟的时长。
7.权利要求1的方法，其中脉冲事件数为1至5。
8.权利要求1的方法，其进一步包括在各脉冲事件后将所述起始溶液冷却到23℃至25℃之间。
9.权利要求1的方法，其中所述改性溶液具有500至550 mV的电导率、1 x 1024至1.5 x 1025的质子数和3至4的pH。
10.权利要求1的方法，其中所述弱酸是浓度大约70%的抗坏血酸，所述盐是抗坏血酸铵并为大约99%纯，且所述弱酸和盐以大约6比1重量比合并。
11.权利要求1的方法，其中代用盐选自抗坏血酸钠、抗坏血酸钾、抗坏血酸钙、抗坏血酸镁、抗坏血酸铝、抗坏血酸锌、抗坏血酸脲、抗坏血酸镍、抗坏血酸铅、抗坏血酸铜、抗坏血酸亚铁、抗坏血酸铁及其组合。
12.权利要求1的方法，其中弱酸选自甲酸、乙酸、三氯乙酸、氢氟酸、氢氰酸、亚硝酸、乙酰水杨酸、苯甲酸、酚和pH为3.5至6.9的任何酸。
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