UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS
Curso de Graduação em Farmácia-Bioquímica
AVALIAÇÃO DA FOTOESTABILIDADE E EFICÁCIA
FOTOPROTETORA IN VITRO DE FORMULAÇÃO CONTENDO
DIÓXIDO DE TITÂNIO ENCAPSULADO/INCORPORADO EM SÍLICA
MESOPOROSA DO TIPO SBA-15
Priscila da Silva Marcelino
Trabalho de Conclusão do Curso de Farmácia-
Bioquímica da Faculdade de Ciências
Farmacêuticas da Universidade de São Paulo.
Orientador(a):
Prof. Dr. André Rolim Baby
São Paulo
2017
SUMÁRIO
Pág.
Lista de Abreviaturas ...................................................................................................... 1
RESUMO......................................................................................................................... 2
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 4
2. OBJETIVOS ............................................................................................................... 7
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Material .............................................................................................................. 7
3.2. Métodos ............................................................................................................. 9
3.2.1. Síntese de sílica mesoporosa do tipo SBA-15 ................................................ 9
3.2.2. Encapsulação/incorporação do dióxido de titânio com a sílica mesoporosa
do tipo SBA-15 .......................................................................................................... 9
3.2.3. Desenvolvimento das Formulações fotoprotetoras.......................................... 10
3.2.3.1 Composição das Formulações ...................................................................... 10
3.2.3.2. Método para preparo da formulação Base (sem 𝑻𝒊𝑶𝟐 ou SBA-15).............. 12
3.2.3.3. Método para preparo das formulações com 𝑻𝒊𝑶𝟐, SBA-15, material
encapsulado/incorporado .......................................................................................... 12
3.3. Eficácia fotoprotetora estimada in vitro .............................................................. 13
3.5. Fotoestabilidade ................................................................................................. 14
3.6. Tratamento estatístico dos dados ...................................................................... 14
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Caracterização das formulações ......................................................................... 14
4.2. Eficácia fotoprotetora in vitro .............................................................................. 16
4.3. Fotoestabilidade ................................................................................................. 19
5. CONCLUSÃO ............................................................................................................. 21
6. REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 21
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LISTA DE ABREVIATURAS
Abreviações/ Símbolos Significados
𝛌𝒄𝒓𝒊𝒕 Comprimento de onda crítico
ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária
COLIPA Cosmetics Europe personal care association
FDA Food and Drug Administration
FPS Fator de Proteção Solar
INCI International Nomenclature of Cosmetic
Ingredients
PMMA Polimetil Metacrilato
q.s.p Quantidade suficiente para
SPF Solar Protection Factor
𝑻𝒊𝑶𝟐 Dióxido de titânio
UV Ultravioleta
UVA Ultravioleta A
UVB Ultravioleta B
UVC Ultravioleta C
% p/p Porcentagem de peso sobre peso
g gramas
2
MARCELINO, P.M. Avaliação da fotoestabilidade e eficácia fotoprotetora in vitro de formulação contendo dióxido de titânio encapsulado/incorporado em sílica mesoporosa do tipo sba-15. 2017. no.26. Trabalho de Conclusão de Curso de Farmácia-Bioquímica – Faculdade de Ciências Farmacêuticas – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2017. Palavras-chave: SBA-15, sílica mesoporosa, dióxido de titânio, eficácia fotoprotetora.
Introdução: O uso de protetor solar tem sido amplamente recomendado pelas organizações de saúde, objetivando minimizar os danos causados pela radiação ultravioleta (UV). No entanto, alguns dos filtros que compõem esse tipo de formulação podem sofrer fotodegradação, cujos produtos podem formar moléculas tóxicas. Assim, a aplicação de métodos de encapsulação/incorporação de filtros UV em sílicas mesoporosas tem se tornado atrativa no desenvolvimento de formulações contendo filtros, proporcionando a possibilidade de melhora na fotoestabilidade e aumento da fotoproteção. A sílica mesoporosa do tipo SBA-15 é uma matriz promissora para a incorporação de compostos químicos e fármacos. O dióxido de titânio (TiO2) é amplamente utilizado em formulações de protetores solares comercializados no Brasil, porém, sob a ação da luz UV, pode sofrer alterações que comprometem sua eficácia e estabilidade de demais filtros solares. Logo, partículas de TiO2 são frequentemente revestidas para minimizar os efeitos de sua fotoatividade e fotossensibilidade. Objetivo: Avaliar a fotoestabilidade e a eficácia fotoprotetora in vitro de formulação contendo dióxido de titânio encapsulado/incorporado em sílica mesoporosa do tipo SBA-15. Material e métodos: A sílica mesoporosa do tipo SBA-15 foi sintetizada em meio ácido. Foram preparadas formulações na forma de bastão contendo a SBA-15 isolada, o TiO2 isolado ou TiO2 encapsulado/incorporado a SBA-15. A eficácia fotoprotetora foi determinada por método in vitro, utilizando espectrofotômetro de refletância difusa com esfera integrada (Labsphere® UV-2000S). Para a avaliação da fotoestabilidade, as amostras foram irradiadas durante 1 hora em simulador solar (Suntest® CPS+, Atlas, Linsengericht, Alemanha). Os resultados obtidos foram tratados estatisticamente empregando-se o programa Minitab 16®. Resultados e discussão: A formulação base e aquela com SBA-15 isolada não apresentaram eficácia fotoprotetora. A encapsulação/incorporação do TiO2 5% em SBA-15 não apresentou aumento na eficácia fotoprotetora ou na fotoestabilidade. No entanto, a formulação contendo 10% de TiO2 encapsulado/incorporado em SBA-15 apresentou aumento no valor de FPS quando comparado a formulação contendo TiO2 livre a 10%. Ademais, devido à esse aumento de FPS, a proteção conferida pelo TiO2 encapsulado/incorporado em SBA-15 pode ser considerada de amplo espectro. Conclusão: A encapsulação/incorporação de TiO2 em SBA-15 resultou em diferença no valor de FPS apenas quando o TiO2 foi utilizado na concentração de 10%.
3
Key-words: SBA-15, mesoporous silica, titanium dioxide, photoprotective efficacy. Introduction: The use of sunscreen has been widely recommended by health organizations, aiming to minimize the damage caused by ultraviolet (UV) radiation. However, some of the filters that make up this type of formulation can undergo photodegradation, whose products can form toxic molecules. Thus, the application of encapsulation/incorporation methods of UV filters in mesoporous silicas has become attractive in the development of formulations containing filters, providing the possibility of improvement in photostability and increased photoprotection. Mesoporous silica SBA-15 is a promising matrix for the incorporation of chemical compounds and drugs. Titanium dioxide (TiO2) is widely used in formulations of sunscreens commercialized in Brazil, but under the action of UV light, it can undergo changes that compromise its effectiveness and stability of other sunscreens. Therefore, TiO2 particles are often coated to minimize the effects of their photoactivity and photosensitivity. Objective: To evaluate the photostability and the in vitro photoprotective efficacy of a formulation containing titanium dioxide encapsulated/incorporated in mesoporous silica SBA-15. Material and methods: Mesoporous silica SBA-15 was synthesized in acidic medium. Stick-shaped formulations containing isolated SBA-15, isolated TiO2 or TiO2 encapsulated/incorporated into SBA-15 were prepared. Photoprotective efficacy was determined by in vitro method using the diffuse reflectance spectrophotometer with integrated sphere (Labsphere® UV-2000S). For photostability evaluation, samples were irradiated for 1 hour in a solar simulator (Suntest® CPS +, Atlas, Linsengericht, Germany). The results obtained were statistically treated using the Minitab 16®program. Results and discussion: The base formulation and that with SBA-15 alone did not show photoprotective efficacy. The TiO2 5% encapsulation/incorporation in SBA-15 presented no increase in photoprotective efficacy or photostability. However, the formulation containing TiO2 encapsulated/incorporated in SBA-15 presented increase in the SPF value when compared to the formulation containing free TiO2 10% . In addition, due to this increase in SPF, the protection conferred by TiO2 10% encapsulated/incorporated in SBA-15 can be considered a broad spectrum protection. Conclusion: The encapsulation/incorporation of TiO2 in SBA-15 resulted in a difference in the SPF value only when TiO2 was used at 10% concentration.
4
1. INTRODUÇÃO
A exposição à radiação ultravioleta (UV) provoca danos à pele humana. Nos
últimos anos, o uso de protetores solares tem sido amplamente recomendado pelas
organizações de saúde, no intuito de minimizar os efeitos danosos ao tecido cutâneo
(OLIVEIRA et al., 2015). Há duas classes de filtros solares: orgânicos e inorgânicos,
classificados respectivamente como filtros de efeito químico e de efeito físico. Tal
classificação apresenta apenas um caráter comercial e necessita ser reavaliada
(CESTARI et al 2012; SERPONE et al 2007). Na atualidade, formulações
fotoprotetoras possuem a combinação de diversos tipos de filtros UV orgânicos e
inorgânicos, com a finalidade de proporcionar amplo espectro de proteção
(GILBERT et al., 2013; MAIER et al., 2005; MIKSA et al., 2016).
Os filtros inorgânicos são óxidos metálicos que agem por reflexão ou
espalhamento da radiação UV, sendo representados por dois tipos: ZnO (óxido de
zinco) e TiO2 (dióxido de titânio). Ressalta-se que os fenômenos de reflexão e
espalhamento dependem do tamanho de partículas destes compostos, dentre outros
fatores (DIFFEY; GRICE, 1997; LEONG et al., 2016).
Estes filtros representam a forma mais segura para proteger a pele, pois
apresentam potencial de irritação baixo, sendo inclusive, os filtros solares
recomendados no preparo de fotoprotetores para uso infantil e indivíduos com pele
sensível (MORLANDO et al., 2016; WANG et al., 2010).
Eles podem ser encontrados dispersos nas formulações e são os principais
responsáveis pela opacidade e coloração branca dos fotoprotetores. Ainda que os
filtros inorgânicos sejam eficazes e seguros, com raros casos de fotossensibilização
ou fotoalergias, a sua aceitabilidade cosmética se torna um impeditivo para sua
ampla utilização (SAMBANDAN; RATNER, 2011; MELQUIADES et al., 2007).
Os filtros orgânicos são compostos aromáticos conjugados, contendo
grupamentos aceptores e doadores de elétrons. Por meio de um mecanismo de
ressonância, estes são capazes de absorver a radiação UV e reduzir sua energia,
dissipando-a na forma de calor, menos agressivo ao organismo. Estas moléculas
são, essencialmente, componentes aromáticos com grupos carboxílicos. No geral,
apresentam um grupo doador de elétrons, como uma amina ou um grupo metoxila,
5
na posição orto ou para do anel aromático. Quanto à solubilidade, podem ser hidro
ou lipossolúveis.
Alguns filtros são capazes de permear através do tecido cutâneo, provocando
bioacumulação, resultando em eventos adversos, tais como reações alérgicas e
dermatite de contato (LI et al., 2014). Como exemplo, há estudos que demonstram
que, após a aplicação de fotoprotetores contendo benzofenona-3 (BF-3), este é
capaz de penetrar através da pele, atingindo a corrente sanguínea (JANJUA et al.,
2008). Tal filtro UV tem sido associado com ocorrências de eczema de contato,
melanoma e câncer de mama (LI et al., 2014). Ademais, alguns filtros sofrem
fotodegradação sob a luz solar, comprometendo sua capacidade protetora e
aumentando a possibilidade de geração de radicais livres e espécies reativas de
oxigênio (MAIER et al., 2001; LI et al., 2014). Os produtos de fotodegradação podem
interagir com outros ingredientes da formulação ou com componentes da pele,
favorecendo a formação de novas moléculas com propriedades toxicológicas
desconhecidas (SKRZYPCZAK et al, 2012).
Assim sendo, a aplicação de métodos de encapsulação ou incorporação tem
se tornado cada vez mais atrativa no desenvolvimento de formulações contendo
filtros com potencial tóxico e/ou fotoinstável, reduzindo a penetração na pele e
elevando sua fotoestabilidade (TUCHINDA et al., 2006; SCALIA e MEZZENA, 2009).
Materiais de sílica mesoporosa estão entre os altamente investigados para a
encapsulação ou incorporação dos filtros, visto que possuem características
mesoestruturais únicas que conferem vantagens, como elevada área superficial e
elevada capacidade de carreamento de moléculas ativas (LI et al., 2014). Dentre as
mesoestruturas inorgânicas comumente estudadas, se encontram o MCM-41 e a
Santa Barbara Amorphous nº 15 (SBA-15).
As SBA apresentam tamanho de poro entre 2 e 30 nm e foram denominados
por SBA-11 (estrutura cúbica), SBA-12 (hexagonal 3D), SBA-15 (hexagonal) e SBA-
16 (cúbica em forma de gaiola) (CIESLA; SCHÜTH, 1999). A SBA-15, material mais
estudado da série, apresenta certa similaridade estrutural com a MCM-41, uma vez
que ambas possuem estrutura hexagonal (MATOS et al., 2001). Entretanto, a SBA-
15 apresenta maior tamanho de poros e paredes de poros mais espessas e
interconectividade de poros, o que lhe confere maior estabilidade hidrotérmica,
térmica e mecânica. Sua área superficial pode variar entre 690 e 1040 m3.g-1,
apresenta volume de poros próximos a 2,5 cm3.g-1, diâmetro de poro entre 4,6 e 30
6
nm e espessura de parede entre 3,1 e 6,4 nm. Devido à estas características, a
SBA-15 possui propriedades interessantes para sua aplicação como adsorventes,
catalisadores e encapsulação de fármacos e demais moléculas bioativas
(MARIANO-NETO et al., 2014; TANG et al., 2015; ZHAO et al., 1998a, 1998b;
ZUBRZYCKI; RESSLER, 2015).
O dióxido de titânio (TiO2) é um filtro amplamente utilizado em formulações de
protetores solares comercializados no Brasil e o único filtro físico permitido para uso
comercial na Europa (SKRZYPCZAK et al., 2012). Trata-se de um pó inerte, opaco,
insolúvel (LOWE, 1997) e que reflete e dispersa a luz UV com maior eficiência na
região UVB, mas também na região UVA (RIBEIRO, 2006). Esse filtro possui ainda a
característica de material semicondutor, o que o torna capaz de absorver a radiação
UV, por ter seus elétrons excitados ao sofrer a ação desta radiação (LOWE, 1997).
No entanto, também por ação da luz UV, o TiO2 produz espécies reativas de
oxigênio, como ânions radicais superóxido e radicais hidroxila, que iniciam
processos oxidativos (SKRZYPCZAK et al., 2012). Essas reações fotoquímicas
comprometem a eficácia do filtro e podem ser nocivas às células e ao DNA
(BALOGH et al., 2011). Morlando e colaboradores (2016) evidenciaram a elevada
fotoatividade do TiO2. Skrzypczak e colaboradores (2012) relataram o aumento de
genotoxicidade da formulação contendo concentrações reduzidas de octil-4-
metoxinamato (OMC) na presença de TiO2.
Ademais, devido à sua fotoatividade, o TiO2 exerce influência direta na
estabilidade dos compostos orgânicos (KUBÁC et al., 2015). Dessa forma, em
fotoprotetores, este pode catalisar a foto-oxidação de filtros orgânicos, resultando na
degradação dos mesmos (SKRZYPCZAK et al., 2012), e exacerbando a
possibilidade de diminuição do FPS e, consequentemente, da fotoestabilidade da
formulação após a exposição à radiação UV. KUBÁC e colaboradores (2015)
reportaram o aumento da fotodegradação do filtro UVA butil metoxidibenzoilmetano
(avobenzona) em dispersões na presença de TiO2 fotoativo. Vale ressaltar que,
embora a literatura científica disponha de estudos que discutem e demonstrem o
impacto do TiO2 sobre a foto-oxidação e degradação de filtros em protetores solares
e sobre a fotoestabilidade destes produtos, esta é deficiente em apresentar dados
de fotoestabilidade deste filtro isolado.
Apesar da elevada propriedade fotocatalítica do TiO2, a sua faixa de proteção
ampla ainda tem levado à sua extensiva utilização em protetores solares
7
(MORLANDO, A. et al, 2016). Logo, visando minimizar propriedades indesejadas
para produtos de proteção solar, como a fotossensibilidade, partículas de TiO2 são
muitas vezes revestidas com compostos, como Al2O3, SiO2, ZrO2 (SKRZYPCZAK, A.
et al, 2012).
Pelo exposto, a proposta do presente trabalho foi investigar o impacto da
encapsulação/incorporação de dióxido de titânio em SBA-15 considerando sua
eficácia fotoprotetora e sua fotoestabilidade.
2. OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho foi avaliar a fotoestabilidade e eficácia fotoprotetora
in vitro de formulação contendo dióxido de titânio encapsulado/incorporado em sílica
mesoporosa SBA-15.
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Material
Os equipamentos (aparatos e dispositivos, entre outros) empregados na
presente pesquisa estão descritos na Tabela 3.1.
Tabela 3.1. Equipamentos (aparatos e dispositivos entre outros) utilizados nesta pesquisa.
Equipamento Fabricante e/ou Fornecedor
Balança analítica Shimadzu® AUY 220
Placa de aquecimento com agitação magnética
IKA® HS7
Placa de polimetilmetacrilato (PMMA)
HelioScreen® Helioplate HD 6
Estufa Nova ética ®
Espectrofotômetro de refletância difusa com esfera de integração
Labsphere® UV2000S
Câmara de fotoestabilidade Atlas Suntest® CPS+
8
Os solventes e reagentes empregados neste trabalho estão listados na
Tabela 3.2.
Tabela 3.2. Solventes e reagentes utilizados neste trabalho.
Nome Químicio Fabricante e/ou Fornecedor
Ácido Clorídrico Synth®
Acetona Synth®
Tetraetilortosilicato (TEOS) Sigma Aldrich®
Polióxido de etileno – polióxido de propileno – polióxido de etileno (Pluronic®
P123) BASF®
As matérias-primas empregadas no preparo do bastão fotoprotetor estão
listadas na Tabela 3.3 e apresentaram grau de pureza cosmético ou farmacêutico.
Tabela 3.3. Matérias-primas empregadas no preparo dos bastões.
Matéria-prima (nome comercial ou
químico) INCI
Fabricante e/ou Fornecedor
Álcool de lanolina Cetyl Acetate,Acetylated Lanolin Mapric®
BHT BHT PharmaSpecial®
Cera de abelha Synthetic Beeswax Via Farma®
Cera de candelila Synthetic Candelilla Wax Fortinbrás®
Cera ceresina Ceresin Fortinbrás®
Álcool ceto estearilico etoxilado 20OE
Ceteareth - 20 PharmaSpecial®
Cocoato de glicerila Butylene Glycol Cocoate Brasquim®
Covalip® 94
Butyl Stearate, Copernicia Cerifera (Carnauba) Wax, Ethylene/VA Copolymer,
Euphorbia Cerifera (Candelilla) Wax, Isopropyl Palmitate,
Ozokerite, Paraffin, Paraffinum Liquidum (Mineral) Oil,
LCW®
Lanolina Lanolin Mapric®
Óleo de ricino Ricinus Communis Seed Oil Mapric®
Propilparabeno Propylparaben Mapric®
Vitamina E acetato oleosa
Tocopheryl Acetate Roche®
Legenda: INCI (International Nomenclature of Cosmetic Ingredients).
9
O filtro solar dióxido de titânio empregado neste trabalho, cuja nomenclatura
INCI é Titanium Dioxide, foi recebido do distribuidor Henrifarma Produtos Químicos e
Farmacêuticos Ltda. na forma sólida. Este possui fórmula molecular TiO2. A amostra
do filtro utilizado apresentava grau de pureza cosmética ou farmacêutica.
3.2. Métodos
3.2.1. Síntese de sílica mesoporosa do tipo SBA-15
A sílica mesoporosa do tipo SBA-15 foi sintetizada com base no método
proposto por Matos et al. (2001), no qual o tensoativo copolímero tri-bloco não iônico
(Pluronic P 123®) foi solubilizado em solução de ácido clorídrico (2 mol.L-1) sob
agitação a 25 ºC. Após total solubilização, ainda sob agitação, foi adicionado TEOS,
como fonte de sílica. A mistura foi transferida para um frasco de Teflon e submetida
ao tratamento hidrotérmico entre 80 e 120 oC por um período de tempo de 48 horas.
Após o tratamento hidrotérmico, procedeu-se com a filtração a vácuo do material e
lavagem com água destilada para remoção do excesso de tensoativo. O material foi
seco em estufa a 80 oC e, em seguida, submetido ao processo de calcinação em
forno tubular, de modo a remover o tensoativo utilizado como molde. Na calcinação,
o material foi aquecido lentamente a 1°C.min-1 até 540 °C, visando conservar as
propriedades do material. Em 540 °C, o material foi mantido por ao menos 2 horas.
A utilização do N2 permitiu que a decomposição do tensoativo ocorresse de modo
menos agressivo, visto que nestas condições o processo é endotérmico, portanto,
contribuiu para conservar as propriedades da sílica. Após período de aquecimento
sob N2, a atmosfera foi trocada para ar e o material foi mantido a 540 °C por 2 horas
para eliminação de resíduos carbonáceos formados pela decomposição térmica do
tensoativo.
Considerando a quantidade das espécies envolvidas em mol, foi testada a
seguinte proporção estequiométrica: 1,0 TEOS/0,0167 Pluronic/ 5,82 HCl/ 190 H2O.
3.2.2. Encapsulação/incorporação do dióxido de titânio com a sílica
mesoporosa do tipo SBA-15
O processo de encapsulação/incorporação de TiO2 em sílica mesoporosa do
tipo SBA-15 foi realizado com, aproximadamente, 150 mL acetona, na razão
10
mássica 1:1 de SBA-15/TiO2. O processo de encapsulação foi conduzido sob leve
agitação magnética na temperatura de 25 ºC por 48 horas e, posteriormente, foi feita
a evaporação do solvente à temperatura ambiente.
3.2.3. Desenvolvimento das Formulações fotoprotetoras
As formulações fotoprotetoras foram elaboradas na forma moldada de
bastão.O dióxido de titânio foi selecionado como filtro solar de ação física para
avaliar o efeito da SBA-15 sobre a eficácia fotoprotetora e a fotoestabilidade da
formulação.
3.2.3.1. Composição das Formulações
A composição qualitativa e quantitativa (%p/p) das preparações de protetores
solares moldados está descrita na Tabela 3.4. A seleção das concentrações do
composto ativo dióxido de titânio foi realizada com base nas concentrações
usualmente utilizadas para protetores solares (KUBÁC et al, 2015; BEASLEY e
MEYER, 2010) e respeitando a máxima concentração autorizada de 25%, conforme
legislação vigente (BRASIL, 2016).
11
Tabela 3.4. Composição qualitativa e quantitativa (% p/p) dos bastões fotoprotetores.
Composição (nome
químico ou comercial)
Função F1
(% p/p) F2
(% p/p) F3
(% p/p) F4
(% p/p) F5
(% p /p) F6
(% p/p)
Formulação Base
Cera de candelila
Agente de consistência
graxo
4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0
Alcool ceto 20 OE
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
Cera de abelha 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 Cera ceresina 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 Covalip 94 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53
Álcool de lanolina Emoliente
4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0
Cocoato BG 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0
Vitamina E acetato oleosa Antioxidante
0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
BHT 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Propilparabeno Conservante 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Lanolina Emoliente/formad
or de película 4,41 4,41 4,41 4,41 4,41 4,41
Óleo de rícino Veículo e agente
suspensor Qsp
100,0 Qsp
100,0 Qsp
100,0 Qsp
100,0 Qsp
100,0 Qsp 100,0
Compostos ativos
Dióxido de Titânio
Compostos ativos 0,0 5,0 5,0 0,0 10,0 10,0
SBA-15 0,0 0,0 5,0 10,0 0,0 10,0
Legenda: *INCI = International Nomenclature of Cosmetic Ingredients; q.s.p. = quantidade suficiente para. F1 = Base, F2 = 𝑇𝑖𝑂2 5%, F3 = SBA-15 + 𝑇𝑖𝑂2 5%
(Encapsulado), F4 = SBA-15, F5 = 𝑇𝑖𝑂2 10%, F6 = SBA-15 + 𝑇𝑖𝑂2 10% (Encapsulado).
12
3.2.3.2. Método para preparo da formulação Base (sem TiO2 ou SBA-15)
Inicialmente, todos os componentes da formulação, com exceção da vitamina
E, cocoato BG, lanolina e óleo de rícino, foram pesados e transferidos para béquer
de vidro. A mistura foi aquecida até 75-80 ºC para a fusão dos agentes graxos. Após
a mistura atingir 60-65ºC, foram adicionados a vitamina E, cocoato BG, lanolina e
óleo de rícino. Procedeu-se com agitação manual até a obtenção de uma mistura
homogênea.
O molde para batons foi lubrificado com silicone volátil (DC 245®) mediante
auxílio de pincel. Após aquecido a 45 ºC, verteu-se sobre este a mistura homogênea
obtida e levou-se o molde ao refrigerador por 30 minutos a fim de promover o
resfriamento e endurecimento dos bastões. Os bastões foram retirados
manualmente do molde e embalados em papel manteiga, e possuíam massa de,
aproximadamente, 3,5 g.
3.2.3.3. Método para preparo das formulações com 𝑻𝒊𝑶𝟐, SBA-15, material
encapsulado/incorporado
Para estas formulações, foi acrescida uma etapa ao processo descrito na
Seção 3.2.1.2, a fim de possibilitar a incorporação do TiO2, SBA-15 ou material
encapsulado/incorporado.
O cocoato BG, lanolina e óleo de rícino foram pesados separadamente em
béquer de vidro e transferidos para gral de porcelana. Sobre essa mistura, foi
adicionado o 𝑇𝑖𝑂2, SBA-15 ou material encapsulado/incorporado, conforme cada
formulação, sob agitação manual com auxílio do pistilo, até a obtenção de uma
dispersão homogênea, a qual foi reservada (Fase A)
Os demais componentes da formulação, exceto a vitamina E, foram pesados,
transferidos para béquer de vidro e aquecidos até 75-80 ºC para a fusão dos
agentes graxos (Fase B). Após a fusão da Fase B, adicionou-se sobre esta a Fase
A, aos poucos, sob agitação manual com auxílio de bastão de vidro, mantendo o
aquecimento até completa homogeneização.
Após a mistura de Fase A + Fase B atingir 60-65 ºC, foi adicionada a vitamina
E e, novamente, procedida a agitação até homogeneização. A mistura foi vertida
sobre molde para batons. O molde foi levado ao refrigerador por 30 minutos a fim de
promover o resfriamento e endurecimento dos bastões. Os bastões foram retirados
manualmente do molde enquanto ainda resfriados e embalados em papel manteiga.
13
3.3. Eficácia fotoprotetora estimada in vitro
A eficácia fotoprotetora in vitro das formulações foi determinada por meio da
espectrofotometria de refletância difusa com esfera de integração. Foram utilizadas,
como substrato, placas de PMMA, Helioplate®. Alíquotas de 1,3 mg.cm-2 das
amostras e formulações foram aplicadas uniformemente sobre o substrato, na forma
de filme fino. Após secagem de 20 minutos para assegurar a formação do filme, em
temperatura ambiente e local ausente da exposição à luz, as placas foram
submetidas à leitura em espectrofotômetro de refletância difusa com esfera
integrada, utilizando uma placa de PMMA sem produto como branco de leitura. Os
registros dos valores espectrofotométricos da transmitância foram realizados em
intervalo de comprimento de onda entre 250 e 450 nm, na taxa de progressão de 1
nm. Leituras em triplicata foram empregadas com repetições de leituras por réplica
(DIFFEY e GRICE, 1997; SPRINGSTEEN et al., 1999; VELASCO et al., 2008). Os
dados foram convertidos em valores estimados de fator de proteção solar (FPS) e
comprimento de onda crítico (λ𝑐𝑟𝑖𝑡) das amostras (COSMETIC EUROPE, 2011;
DIFFEY et al., 2000; SPRINGSTEEN et al., 1999). O FPS estimado in vitro foi obtido
a partir da Equação 1 (SPRINGSTEEN et al., 1999).
nm
nm
nm
nm
dTSE
dSE
FPS400
290
400
290
(1)
onde, Eλ = eficácia eritematógena espectral da CIE (Commission Internationale de l'Eclairage); Sλ =
irradiância solar espectral; Tλ = transmitância espectral da amostra; dλ = intervalo dos comprimentos
de onda.
O comprimento de onda crítico estimado das amostras foi determinado pela
Equação 2 (UNITED STATES, 2011).
onde: A(λ) = absorbância espectral da amostra; d(λ) = intervalo dos comprimentos de onda.
(2)
14
3.4. Fotoestabilidade
Após o ensaio de fotoproteção in vitro, as placas com amostras e formulações
foram irradiadas durante 1 hora em simulador solar (Suntest® CPS+, Atlas,
Linsengericht, Alemanha) equipado com lâmpada de xenônio, filtro ótico para reduzir
os comprimentos de onda mais curtos do que 290 nm e filtro para bloquear os raios
IV, para evitar efeitos térmicos. A emissão do simulador solar foi mantida a 580 W m-
2 correspondente a uma radiação UV de 55 W m-2 (dose de irradiação, 198 kJ m-2),
de acordo com os valores previamente relatados para testes de fotodegradação de
filtro UV (SCALIA; MEZZENA, 2010). Os parâmetros FPS e de λ𝑐𝑟𝑖𝑡 foram
analisados pós-irradiação e comparados com os resultados de pré-irradiação. As
medidas foram realizadas em triplicata, e nove pontos diferentes por placa foram
medidos para cada amostra (COSMETIC EUROPE, 2011).
3.5 . Tratamento estatístico dos dados
O tratamento estatístico foi obtido pelo programa Minitab®, versão 16. As
análises foram conduzidas em triplicata, com nível de significância de 5% (p ≤ 0,05)
para a determinação de resultados estatisticamente significativos (BOX et al., 2005).
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Caracterização das formulações
A primeira etapa do presente trabalho consistiu na síntese da SBA-15 e na
encapsulação/incorporação do 𝑇𝑖𝑂2 a esta sílica seguida da incorporação das
amostras de princípio ativo a uma formulação de bastão. Foi preparada, também,
uma formulação base, a qual não continha componentes ativos, para fins de
comparação.
As propriedades organolépticas das amostras foram determinadas por meio
da avaliação subjetiva do aspecto, cor e odor (BRASIL, 2004), após o resfriamento e
endurecimento dos bastões. Todas as formulações, apresentaram-se
macroscopicamente estáveis e possuíram características organolépticas (aspecto,
cor e odor) adequadas (BRASIL, 2004), conforme Tabela 4.1. Todos os bastões
15
possuíram aspecto homogêneo. A formulação base apresentou coloração
amarelada, enquanto as demais contendo componente ativo apresentaram-se
brancas.
Tabela 4.1. Características organolépticas e físico-químicas das formulações fotoprotetoras
Formulações Composição Aspecto Características organolépticas
F1 Base
Bastão homogênea, de coloração amarelada e odor
característico
F2 𝐓𝐢𝐎𝟐 5%
Bastão homogênea, de coloração branca e odor
característico
F3 SBA-15 +
𝐓𝐢𝐎𝟐 𝟓%
Bastão homogênea, de coloração branca e odor
característico
F4 SBA-15 10%
Bastão homogênea, de coloração branca e odor
característico
F5 𝐓𝐢𝐎𝟐 10%
Bastão homogênea, de coloração branca e odor
característico
16
F6 SBA-15 +
𝐓𝐢𝐎𝟐𝟏𝟎%
Bastão homogênea, de coloração branca e odor
característico
4.2. Eficácia fotoprotetora in vitro
A eficácia fotoprotetora das amostras foi determinada in vitro por meio da
espectrofotometria de refletância difusa com esfera de integração. Os dados de
transmitância das formulações na faixa do UVA e UVB foram convertidos em
resultados estimados de FPS e comprimento de onda crítico (nm) por meio do
programa computacional acoplado ao equipamento (UV® 2000). A Tabela 4.2
descreve os dados de eficácia fotoprotetora in vitro. A Figura 4.1 ilustra as curvas de
absorbância da formulação base, do filtro solar encapsulado/incorporado na sílica
SBA-15, de filtro solar isolado e da sílica SBA-15 isolada.
Tabela 4.2. Valores de FPS e comprimento de onda crítico in vitro dos fotoprotetores
Formulações (F1 a F6) FPS 𝛌𝒄𝒓𝒊𝒕 (nm)
Base 1,3 ± 0,6 D N.A
SBA-15 10% 1,0 ± 0,0 D N.A
𝐓𝐢𝐎𝟐 5% 4,7 ± 0,6 C 384,3 ± 0,6 A
SBA-15 + 𝐓𝐢𝐎𝟐𝟓%
(encapsulado/Incorporado) 5,3 ± 0,6 C 384,0 ± 0,0 A
𝐓𝐢𝐎𝟐 10% 10,0 ± 1,7 B 382,7 ± 0,6 A
SBA-15 + 𝐓𝐢𝐎𝟐𝟏𝟎%
(encapsulado/Incorporado) 15,0 ± 1,0 A 381,7 ± 0,6 A
Legenda: N.A = não aplicável; FPS = Fator de Proteção Solar Estimado; λc (nm) = comprimento de onda crítico, dado em nanômetros. Resultados de eficácia fotoprotetora expressos como média ± desvio padrão. Letras diferentes na mesma coluna representam diferenças estatisticamente significativas entre os grupos. Os resultados foram avaliados de acordo com o teste estatístico ANOVA One-Way, seguido de teste de Tukey para comparação entre os grupos (nível de significância = 0,05).
17
Figura 4.1. Curvas de absorbância das amostras de formulação base, sílica SBA-15 isolada, filtro solar isolado e de filtro solar encapsulado/incorporado na sílica SBA-15, mensuradas entre 290 e 400nm (UVB e UVA).
Foram preparadas as formulações contendo TiO2 na proporção de 5%,
isolado e encapsulado/incorporado em SBA-15. A concentração máxima permitida
de TiO2 é de 25%, segundo a Agência Nacional de Vigilância Sanitária, conforme
disposto na RDC Nº 69 de 23 de março de 2016 (BRASIL, 2016).
As formulações contendo TiO2 a 5% e TiO2 a 5% encapsulado/incorporado na
SBA-15 não apresentaram diferença nos valores de FPS in vitro. Ademais, foi
possível observar na Figura 4.1 que as curvas de absorção para TiO2 5,0% (isolado)
e SBA-15 + TiO2 5,0% (encapsulado/incorporado) apresentaram perfil de
absorbância semelhante. Pelo exposto, a encapsulação do TiO2 a 5% em SBA-15
não resultou em diferença relevante quanto à fotoproteção na região do UVB. Em
relação ao 𝛌𝒄𝒓𝒊𝒕, constatou-se que as duas formulações obtiveram valores próximos.
O 𝛌𝒄𝒓𝒊𝒕, área sob a curva do perfil espectral que corresponde 90% da radiação
absorvida na faixa de 290 a 400 nm, foi utilizado para avaliar e expressar a eficiência
da proteção UVA das amostras (KUBÁC et al., 2015), considerando eficácia de
amplo espectro. Sendo assim, a encapsulação de TiO2 a 5% em SBA-15 não alterou
-0,2000
0,0000
0,2000
0,4000
0,6000
0,8000
1,0000
1,2000
1,4000
290 310 330 350 370 390 410
Ab
sorb
ânci
a
λ (nm)
Base
SBA-15
TiO2 5%
SBA-15 + TiO2 5%(Encapsulado_TiO2 10%
SBA-15 + TiO2 10%
18
o perfil de fotoproteção da formulação na região do UVA. Em função dos resultados
descritos, foi permitido inferir que a concentração do filtro inorgânico não
desenvolveu melhorias na eficácia do complexo encapsulado/incorporado. Portanto,
prepararam-se formulações com TiO2 isolado e encapsulado/incorporado em maior
concentração (10%), a fim de avaliar o efeito da encapsulação/incorporação sobre a
fotoproteção e fotoestabilidade destas amostras.
Com relação às amostras que possuíram em sua composição 10% de TiO2, a
amostra de encapsulado/incorporado SBA-15 + TiO2 10% foi a que apresentou
maior valor de FPS (15,0 ± 1,0). O acréscimo de FPS para essa amostra foi
significativo em relação à amostra de TiO2 10% isolado (FPS = 10,0 ± 1,7). A
Figura 4.1 ilustrou que a amostra encapsulada/incorporada a 10% apresentou maior
absorção na região do UVB (290 - 320 nm) e UVA-1 (320-340 nm) em comparação
com TiO2 10% isolado.
Considerando os perfis de absorção das formulações de TiO2 5% e 10%, nas
Figuras 4.1 a 4.3, foi possível observar, corroborado com dados da literatura
(MORLANDO et al., 2016; RIBEIRO, 2006), que TiO2 possui melhor absorção na
região UVB em relação ao UVA. Ademais, pode-se constatar que TiO2 10% isolado
não foi considerado um filtro solar de amplo espectro. Porém, quando o filtro foi
encapsulado/incorporado na SBA-15, a amostra conferiu proteção de amplo
espectro, visto que possuiu FPS igual a 15,0 e λ𝑐𝑟𝑖𝑡 acima de 370 nm (COSMETICS
EUROPE, 2006; 2011).
A formulação contendo SBA-15 e a formulação base apresentaram valor de
FPS próximo a 1,0, assim, verificou-se que a SBA-15 não contribuiu para o aumento
do FPS. Ademais, o λ𝑐𝑟𝑖𝑡 destas amostras foi considerado como não aplicável, pois
suas curvas de absorbância se aproximam da linha base (Figura 4.1), deslocando-o
para valores elevados que não refletem a absorção real. As amostras base e SBA-
15 não apresentaram eficiência na fotoproteção UVA.
19
4.3. Fotoestabilidade
A fotoestabilidade das amostras foi determinada por meio da comparação
entre os resultados da eficácia fotoprotetora in vitro obtidos antes e após a irradiação
das amostras em câmara de fotoestabilidade. Os resultados estão descritos na
Tabela 4.3, enquanto as Figuras 4.2 e 4.3 ilustram as curvas de absorbância pré e
pós-irradiação da formulação base, de filtro solar encapsulado/incorporado na sílica
SBA-15, de filtro solar isolado e da sílica SBA-15 isolada.
Tabela 4.3. Caracterização funcional in vitro das formulações fotoprotetoras, antes e após irradiação UV artificial
Formulação
(F2, F3, F5, F6)
Irradiação FPS
Valor de p
λcrit (nm) Valor de
p
𝐓𝐢𝐎𝟐 5% NI 4,7 ± 0,6
0,184 384,3 ± 0,6
0,423 IR 5,3 ± 0,6 384,0 ± 0,0
SBA-15+ 𝐓𝐢𝐎𝟐 𝟓%
(encapsulado/Incorporado)
NI 5,3 ± 0,6 0,184
384,0 ± 0,0 0,423
IR 4,7 ± 0,6 384,3 ± 0,6
𝐓𝐢𝐎𝟐 10% NI 10,0 ± 1,7
0,667 382,7 ± 0,6
* IR 9,7 ± 1,5 382,7 ± 0,6
SBA-15+ 𝐓𝐢𝐎𝟐𝟏𝟎%
(encapsulado/Incorporado)
NI 15,0 ± 1,0 0,118
381,7 ± 0,6 0,423
IR 12,7 ± 2,5 382,0 ± 0,0
Legenda: FPS = Fator de Proteção Solar Estimado; λc (nm) = comprimento de onda crítico; NI = amostra pré-irradiação; IR = amostra pós-irradiação; N.A. = não aplicável. Resultados expressos como média ± desvio padrão. Valores de p<0,05 representam diferenças estatisticamente significativas entre as amostras irradiadas e não irradiadas. Os resultados foram avaliados de acordo com o teste t de Student pareado (nível de significância = 0,05).
20
Figura 4.2. Curvas de absorbância das amostras de formulação base, filtro solar isolado 5% e de filtro solar 5% encapsulado/incorporado na sílica SBA-15, mensuradas entre 290 e 400nm (UVB e UVA), antes e após a irradiação.
Figura 4.3. Curvas de absorbância das amostras de formulação base, sílica SBA-15 isolada
10%, filtro solar isolado 10% e de filtro solar 10% encapsulado/incorporado na sílica SBA-15,
mensuradas entre 290 e 400nm (UVB e UVA), antes e após a irradiação.
De acordo com os resultados da Tabela 4.3 e das Figuras 4.2 e 4.3,
verificou-se que as amostras encapsuladas/incorporadas e as amostras de TiO2
-0,1000
0,0000
0,1000
0,2000
0,3000
0,4000
0,5000
0,6000
0,7000
0,8000
290 310 330 350 370 390 410
Ab
sorb
ânci
a
λ (nm)
Base
Base_IR
TiO2 5%
TiO2 5%_IR
SBA-15 + TiO2 5%(Encapsulado)
SBA-15 + TiO2 5%(Encapsulado)_IR
-0,2000
0,0000
0,2000
0,4000
0,6000
0,8000
1,0000
1,2000
1,4000
290 310 330 350 370 390 410
Ab
sorb
ânci
a
λ (nm)
Base
Base_IR
SBA-15
SBA-15_IR
TiO2 10%
TiO2 10%_IR
SBA-15+ TiO2 10%(Encapsulado)
SBA-15+TiO2 10%(Encapsulado)_IR
21
isolado não sofreram alterações após a etapa de irradiação, apresentando-se
fotoestáveis.
Contudo, observou-se que a etapa de irradiação causou diminuição nos
valores de FPS in vitro das duas amostras encapsuladas/incorporadas e de TiO2
10% isolado, e aumento de FPS na amostra de TiO2 5% isolado. No entanto, tais
alterações não foram relevantes. Pelo exposto, a eficácia fotoprotetora da região do
UVB foi mantida para as quatro formulações após a irradiação.
Com relação ao λ𝑐𝑟𝑖𝑡, os acréscimos ou decréscimos apresentados pelas
amostras encapsuladas/incorporadas e de TiO2 isolado após a etapa de irradiação
não apresentaram diferença significativa.
5. CONCLUSÃO
De acordo com os resultados e condições experimentais adotadas, foi
possível concluir que a encapsulação/incorporação de TiO2 em SBA-15 resultou em
diferença no valor de FPS apenas quando TiO2 foi empregado a 10% na formulação.
Ademais, o encapsulado/incorporado SBA-15 + TiO2 10% proporcionou fotoproteção
de amplo espectro (FPS igual a 15,0 e λc acima de 370 nm), o que não ocorreu com
o encapsulado/incorporado SBA-15 + TiO2 5% e TiO2 isolado nas duas
concentrações apresentadas. A amostra de SBA-15 isolada não apresentou eficácia
fotoprotetora.
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Prisci la da Silva Marcelino
25/04/2017
Prof. Dr. Andre Rolim Baby