分子動力学シミュレーションおよび粗視化シミュレーションは、環境に優しい新しい化粧品処方の設計を促進する

ロレアルとSchrödinger の科学者たちは、生体模倣表面における合成ポリマーと多糖類ポリマーのせん断挙動の違いについて、より深い理解を得た。

要約

モデル毛髪表面を用いたシャンプー製剤の凝集挙動について、新たな知見を得た
高分子のトポロジーが及ぼす影響を実証し、観察された高分子間の相互作用を実験的に観測された量と関連付けた。
分子動力学シミュレーションを用いて、生体模倣表面と接触する複雑な製剤を研究するための枠組みを確立した
環境に優しい化粧品処方の合理的な設計の迅速化

分子動力学および粗視化シミュレーションが、環境に優しい新しい化粧品処方の設計を促進する_figure0 — 本研究で検討した、シャンプーの分子モデル系が毛髪表面と相互作用する典型的な様子を簡略化した図。¹

課題

消費者の行動の変化により、化粧品業界では環境に配慮した製品の需要が高まっています。消費者向け製品の配合において、石油化学由来の成分を天然由来やバイオ由来のポリマーに置き換えることは、現在活発に研究されている分野となっています。しかし、これらの配合は通常、界面活性剤、塩、ポリマーの混合物であり、その複雑さゆえに、特定の成分を置き換え、それが製品の特性に及ぼす影響を予測することは容易ではありません。

既存製品と同等の性能を維持しつつ、効果的かつ効率的な再配合を行うには、ポリマー間の挙動の違いを深く理解する必要がありますが、従来の実験的手法を用いると、これには多大な時間とリソースを要する場合があります。

アプローチ

ロレアルとSchrödinger の科学者たちは、複雑な配合や毛髪表面の現実的なモデルを構築することで、ヘアケア製品における合成ポリマーと環境に優しいポリマーの挙動の違いを調査しました。すべてのモデルおよびシミュレーションは、Schrödinger のMaterials Science Suiteおよび分子動力学（MD）解析用のDesmond を用いて、以下の手順に従って実施されました。

**図1：**本研究で使用したポリマーの構造：（a）Merquat^M100TM、（b）Merquat^M2003TM、および（c）多糖類 PS.¹

結果

本研究では、分子動力学（MD）シミュレーションを用いて、複雑なポリマー／界面活性剤配合物と生物学的基質との相互作用を研究する手法を提示する。凝集や吸着挙動を再現できる粗視化シミュレーションをパラメータ化するために、実験結果に基づいた詳細な全原子分子モデルが用いられた。この分野での継続的な進展により、粒子ベースのシミュレーションは、新しい環境に優しい配合物を設計するための実用的な手法として確立されるだろう。

概要

ポリマー（M100、M2003、PS）の間では、その化学構造の違いにより、それぞれ異なる挙動が観察される。これら3つのポリマーに共通する第四級アンモニウム基は、バルク凝集において重要な役割を果たすだけでなく、界面活性剤でコーティングされた健康な毛髪の表面との相互作用においても重要な役割を果たしている。
M2003では、親水性ブロックは凝集体には組み込まれないが、損傷した表面には付着する。これは他のポリマーには見られない特性である。
PSでは、高度に分岐した炭水化物の主鎖が界面活性剤にとって好ましい環境を提供し、界面活性剤の溶解度を高める一助となる可能性があります。各モノマーから分岐する12炭素のアルカン鎖により、PSは健康な髪の表面と直接接触する唯一のポリマーとなっています。
このデータは、ポリマー鎖の長さが潤滑特性に影響を及ぼす可能性があることを示唆している

次は？

本研究における予備的な測定結果から、複雑な配合物に対する毛髪の摩擦係数を定量化することが可能であることが示された。この研究分野をさらに前進させるためには、対象となるポリマー間のより詳細な比較を可能にする、大規模かつ体系的な研究が次の明確なステップとなる。今後の研究では、配合組成、ポリマー鎖長、モデル毛髪表面のトポロジー、せん断速度、および毛髪表面間の距離の変化に伴う摩擦の挙動を調査する予定である。