Kleinste Teilchen für den Sonnenschutz

Sonnencreme soll die Haut vor der zerstörerischen Energie von UV-B- und UV-A-Strahlen schützen und das möglichst sofort, lang anhaltend und auch im Wasser. Dabei sollen sie wirksam, sicher und gut aufzutragen sein und den Ansprüchen verschiedener Haut gerecht werden. Chemiker wie die der Emil Kiessling GmbH in Erzhausen bei Darmstadt entwickeln die Rezepturen, die all das ermöglichen. Nano-Titandioxid gehört dabei als zugelassener UV-Filter zu den Standard-Zutaten. Für das Nanoportal Baden-Württemberg hat sich Laura Gross im Labor umgesehen. Zum Start der Bildreportage bitte auf das Bild klicken.

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Noch sieht man nicht, was daraus wird. Sonnencremes bestehen aus verschiedenen Zutaten. Öle, Emulgatoren und feuchtigkeitsspendende Substanzen gehören ebenso dazu wie Antioxidantien, Konservierungsmittel, Parfum und einige andere. Die wichtigsten aber sind Wasser und natürlich UV-Filter. Nano-Titandioxid ist einer von ihnen.
Bevor es in die Mischung kommt, sieht Nano-Titandioxid so aus. Ein feines, weißes Pulver. Zwischen 15 und 150 nm klein sind die Partikel darin. Schon im Pulver und auch später in den Sonnenschutzprodukten liegen sie nicht mehr einzeln vor, sondern ballen sich zu deutlich größeren Verbänden zusammen.   Damit sie sich in der Sonnencreme gleichmäßig verteilen und nicht mit dem Sonnenlicht zusammen unerwünschte oder gar hautschädigende Reaktionen auslösen, sind sie hier mit einer schützenden Schicht ummantelt, die unter anderem Aluminium- oder Siliciumverbindungen enthalten kann.   Wie alle Kosmetik-Inhaltsstoffe müssen auch die UV-Filter ein spezielles, europaweit einheitliches Zulassungsverfahren durchlaufen haben. Die Chemiker der Emil Kiessling GmbH können sich wie alle anderen Labore nur aus dem „Werkzeugkoffer“ der zugelassenen Stoffe bedienen - ihr Knowhow liegt darin, sie zu den richtigen Rezepturen zusammenzubringen.   Für Nanomaterialien gelten zusätzliche Sicherheitsanforderungen – sie müssen im Rahmen der Zulassungsverfahren zusätzlich auf Gefahren untersucht werden, die sich speziell aus ihrer Winzigkeit ergeben könnten.
Dank ihrer schützenden Beschichtung verteilen sich die Partikel sehr schnell in der öligen Phase der künftigen Sonnenschutz-Rezeptur.
Sobald sich das Nano-Titandioxid verteilt hat, färbt es die Öl-Mischung weiß. Wenn sie auf der Haut verteilt ist, wird die Sonnencreme dagegen nicht mehr sichtbar sein. Tatsächlich ist Titandioxid ein bekanntes Weißpigment. Als UV-Filter in Nanogröße ist es aber deutlich transparanter und sehr viel besser in der Lage, Sonnenlicht zu reflektieren und zu streuen. Auf diese Weise schützt es vor UV-A und UV-B-Strahlen. Durch die Kombination mit chemischen UV-Filtern können die Chemiker so Produkte mit sehr hohem Lichtschutzfaktor entwickeln.
Während die chemischen UV-Filter sich in der obersten Hautschicht verteilen und dort wirken, bleiben die Nano-Partikel auf der Oberfläche der Haut – der Hornhaut – liegen. Winzig kleinen Prismen gleich reflektieren und streuen sie das Licht, so dass die Haut geschützt bleibt. Dabei gilt: je dicker die Schicht, desto besser der Sonnenschutz. Die Nano-Teilchen bleiben dabei für das menschliche Auge unsichtbar.     Ob und mit welchen Folgen nano-Titandioxid in die Haut eindringen kann, wurde in wissenschaftlichen Studien gründlich untersucht. Ergebnis: Nano-TiO2 gelangt weder in gesunde noch in leicht geschädigte – zum Beispiel sonnenverbrannte - Haut. Ist die Haut aber durch offene Stellen stark geschädigt, ist es durchaus möglich, dass TiO2 in die oberste Hautschicht eindringt. Die so aufgenommenen Mengen sind jedoch sehr gering, es gibt derzeit keine Hinweise auf dadurch entstehende gesundheitliche Gefahren. Welchen Weg das Titandioxid im Körper aber nimmt, muss noch weiter erforscht werden. (Foto: Rike / pixelio.de)
Was im Labor der Emil Kiessling GmbH in kleinen Gläsern ausprobiert und angerührt wird, durchläuft danach eine Reihe von Tests. „Wir tragen die Verantwortung dafür, dass die Produkte für Verbraucher sicher sind und auch Transport und Lagerung gut überstehen“, erläutert Uwe Aßmus, der Leiter des Forschungs- und Entwicklungslabors den Hintergrund. Stellt die Rezeptur den Lichtschutzfaktor sicher? Wirkt es gegen UV-B-Strahlen, die den Sonnenbrand hervorrufen und auch gegen UV-A-Strahlen, die die Haut altern lassen? Ist das Produkt hautverträglich? Für all diese Fragen gibt es Tests.
Wenn die Forscher beispielsweise wissen wollen, ob eine Sonnencreme wasserfest ist, schicken sie ihre Probanden in den Whirlpool. Zwei mal zwanzig Minuten lassen sich die eingecremten Verbraucher umsprudeln. Beträgt der Lichtschutzfaktor danach noch mindestens die Hälfte des aufgetragenen Produktes, darf es als „wasserfest“ gelten. „Extra wasserfeste“ Sonnenschutzmittel halten sogar vier mal zwanzig Minuten im Whirlpool aus. (Foto: Gordon Gross / pixelio.de)
Um sicherzustellen, dass die Rezepturen stabil sind, werden sie beispielsweise über Monate unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt. Sie müssen sowohl Temperatur-Schwankungen von -15 °C bis+ 40 °C unversehrt überstehen als auch lange Zeit bei 40 °C und 50 °C stabil bleiben. Schließlich soll die Sonnenmilch nicht in der Strandtasche ausflocken oder ihre Lichtschutz-Funktion verlieren.
Am Ende geht die Rezeptur zu den Herstellern, die das Produkt dann in großen Mengen in sehr großen Kesseln herstellen, abfüllen und in den Handel bringen,…
… damit es so den Weg zu allen findet, die ihre Haut schützen wollen. Nicht nur vor der Sommersonne. (Foto: Albrecht E. Arnold / pixelio.de)