분자 동역학과 거대 입자 시뮬레이션은 친환경적인 새로운 화장품 제형 설계를 돕습니다.

요약

• 모발 표면 모형을 활용하여 샴푸 제형의 응결 거동에 대한 새로운 통찰력을 얻었다.
• 고분자 토폴로지가 미치는 영향을 입증하고, 관찰된 고분자 상호작용을 실험적 관측값과 연관지었다
• 분자동역학 시뮬레이션을 활용하여 생체모방 표면과 접촉하는 복잡한 제형을 연구하기 위한 프레임워크를 구축하였다
• 친환경 화장품 제형의 신속한 합리적 설계

과제

소비자 행동의 변화로 인해 화장품 업계에서 친환경 제품에 대한 수요가 증가하고 있다. 소비자용 제형에서 석유화학 유래 성분을 천연 및 바이오 기반 고분자로 대체하는 것이 활발한 연구 분야로 부상했다. 그러나 계면활성제, 염류, 고분자가 혼합된 형태로 이루어진 이러한 제형의 복잡성 때문에, 특정 성분을 대체하고 그로 인한 제품 특성에 미치는 영향을 예측하는 일은 결코 쉬운 일이 아니다.

기존 제품과 동등한 성능을 유지하면서도 효과적이고 효율적인 재제형을 위해서는 고분자 간의 거동 차이에 대한 깊은 이해가 필요하지만, 기존의 실험적 접근 방식을 사용할 경우 시간과 자원이 많이 소요될 수 있습니다.

접근 방식

로레알(L’Oreal)과 캘리포니아 대학교 버클리( Schrödinger )의 과학자들은 복잡한 제형과 모발 표면의 현실적인 모델을 구축하여, 모발 제형에서 합성 고분자와 친환경 고분자의 거동적 차이를 탐구했습니다. 모든 모델링 및 시뮬레이션은 다음 절차에 따라 Schrödinger 의 재료과학 제품군과 분자동역학 의 분자 동역학(MD) 시뮬레이션을 위한 Desmond 를 사용하여 수행되었습니다:

결과

본 연구는 분자 동역학(MD) 시뮬레이션을 통해 복합 고분자/계면활성제 제형과 생물학적 기질 간의 상호작용을 연구하는 접근법을 제시한다. 표면 장력( coarse-grained ) 시뮬레이션을 매개변수화하여 표면 장력 변화( 응결 ) 및 흡착 거동을 재현할 수 있도록, 실험 결과를 바탕으로 한 상세한 원자 단위 분자 모델이 사용되었다. 이 분야의 지속적인 발전은 입자 기반 시뮬레이션을 새로운 친환경 제형을 설계하기 위한 실용적인 기법으로 확립할 것이다.

요약

• 고분자(M100, M2003 및 PS)는 각각의 화학적 구조에 따라 뚜렷한 행동 양상을 보인다. 이 세 가지 고분자 모두에 공통적으로 존재하는 4급 암모늄기는 벌크 내 응결 뿐만 아니라 계면활성제로 코팅된 건강한 모발 표면과의 상호작용에서도 중요한 역할을 한다.
• M2003의 경우, 친수성 블록은 응집체에 포함되지는 않지만 손상된 표면에 부착되는데, 이는 다른 고분자에서는 나타나지 않는 특성이다.
• PS의 경우, 고도로 분지된 탄수화물 골격이 계면활성제에 유리한 환경을 제공하며, 계면활성제의 용해도 을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. 각 단량체에서 분지된 12탄소 알칸 사슬 덕분에, PS는 건강한 모발 표면과 직접 접촉하는 유일한 고분자입니다.
• 이 데이터에 따르면, 고분자 사슬의 길이가 윤활 특성에 영향을 미칠 수 있는 것으로 보인다.

다음은 무엇일까요?

본 연구에서 수행된 탐색적 측정 결과는 복잡한 조성물에 대한 모발의 마찰 계수를 정량화할 수 있음을 보여준다. 관심 대상인 고분자들 간의 보다 상세한 비교를 가능하게 하는 대규모의 체계적인 연구는 이 연구 분야를 발전시키기 위한 분명한 다음 단계이다. 향후 연구에서는 조성물 구성, 고분자 사슬 길이, 모발 표면 토폴로지, 전단 속도 및 모발 표면 간 거리의 변화에 따른 마찰을 조사할 계획이다.