Safer sunscreens, formulated with UV filters encapsulated thanks to tailored batch and microfluidic processes

Des crèmes solaires plus sûres, formulées à partir de filtres solaires encapsulés à façon grâce à des procédés en batch et microfluidiques

• Auteur / Autrice : Pablo Canamas
• Direction : Pierrette Guichardon, Jiupeng Du
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Génie des procédés
• Date : Soutenance le 28/09/2023
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence) - Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres
• Jury : Président / Présidente : Véronique Schmitt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Brémond, Susanne Muschert, Marc Leonetti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Brémond, Susanne Muschert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Encapsulation (chimie)

Filtres solaires (cosmétologie)

Mots clés libres

Polymérisation Interfaciale

Microcapsules de polyurée

Procédé Batch

Microfluidique

Cinétique

Filtre Solaire

Interfacial Polymerization

Polyurea Microcapsules

Batch Process

Microfluidics

Kinetics, Release

Sun Filter

Résumé

Le but de cette thèse est de proposer un protocole chimique pour encapsuler durablement des filtres anti-UV organiques. En effet, on veut éviter que ces molécules présentes dans les crèmes solaires puissent pénétrer la barrière cutanée des utilisateurs. Pour cela on réalise des microcapsules en polyurée en adaptant et en optimisant des techniques de synthèse préexistantes. La première partie du travail réalisé est de définir une taille optimale pour les capsules. En effet, si elles sont trop petites (< 200 nm), les capsules risquent de pénétrer à travers les pores de la peau et si elles sont trop grosses (> 500 µm) elles peuvent gêner lors de l'étalement de la crème. Pour réaliser des microcapsules de diamètre et d'épaisseur contrôlée, deux protocoles de synthèse sont utilisés. D'une part un protocole en batch pour une forte production, et d'autre part un protocole microfluidique qui permet de former une quantité plus faible de capsules mais monodisperses. Dans cette thèse, un nouveau monomère non toxique contenant des fonctions isocyanates est testé, le biuret HDB-LV. Sa polymérisation interfaciale avec des diamines comme l'ethylenediamine, l'hexamethylenediamine et la guanidine permet d'encapsuler de l'octyl salycilate, un filtre solaire modèle. Etant donné la faible réactivité du biuret, une étude cinétique de la réaction de polymérisation interfaciale est proposée afin d’optimiser l’industrialisation de la réaction. Pour finir, une étude de l'étanchéité des microcapsules permet de vérifier qu'il n'y a pas de relargage d'octyl salicylate dans les milieux riches en eau (comme la majorité des crèmes solaires). Grâce à la microfluidique, des capsules sur mesure permettent de déterminer quels paramètres sont susceptibles de causer un relargage dans d’autres milieux types comme l’éthanol.

This thesis proposes a chemical solution for the long lasting encapsulation of organic UV filters. The aim is to prevent these molecules (that are present in sunscreens) from penetrating the user's skin barrier. To achieve this target, polyurea microcapsules are produced by adapting and optimising pre-existing synthesis techniques. The first part of the work is to define an optimal size for the capsules. If they are too small (< 200 nm), the capsules risk penetrating through the pores of the skin, and if they are too large (> 500 µm) they may interfere with the spreading of the cream. Two synthesis protocols are used to produce microcapsules of controlled diameter and thickness. On the one hand, a batch protocol allows high productivity, and on the other a microfluidic protocol forms a smaller quantity of capsules but they are monodisperse. In this thesis, a new non-toxic monomer (HDB-LV biuret) containing isocyanate functions was tested. Its interfacial polymerisation with diamines such as ethylenediamine, hexamethylenediamine and guanidine enables the encapsulation of octyl salycilate, a model sun filter. Given the low reactivity of the biuret, a kinetic study of the interfacial polymerisation reaction is proposed in order to optimise the industrialisation of the reaction.Finally, a study of the sealing of the microcapsules demonstrates that there is no release of octyl salicylate in water-rich media (such as most sunscreens). Thanks to microfluidics, tailored capsules can be used to determine which parameters are likely to cause release into other typical media, such as ethanol.