Тканевые маски из бактериальной целлюлозы

Тканевая маска — устройство доставки с двумя переменными: насколько плотно она держит контакт с кожей и что успевает отдать за это время. Бактериальная целлюлоза — плёнка, выращиваемая уксуснокислыми бактериями рода Komagataeibacter, — необычна по первой переменной и ограничена по второй, причём оба свойства следуют из одной и той же структуры.

Как строится плёнка#

Бактерия забирает глюкозу или фруктозу из богатой сахарами среды — часто это кокосовая вода и другие фруктовые субстраты — и полимеризует УДФ-глюкозу в β-1,4-глюкановые цепи, выдавливая их через терминальные синтазные комплексы, выстроенные рядом вдоль клетки. Цепи из соседних участков кристаллизуются вместе прямо на выходе, поэтому клетка укладывает ленту шириной в десятки нанометров, а не отдельные молекулы. Организм строго аэробный, так что рост сосредоточен на границе воздух — жидкость, и ленты накапливаются там в связную плёнку. Эта плёнка и есть материал: случайная трёхмерная сетка нанофибрилл высокой кристалличности, удерживающая до примерно 99 % своей влажной массы в виде воды.

Химически это тот же полимер, что и растительная целлюлоза, но отложен он без лигнина, гемицеллюлоз и пектина. Делигнификация не нужна — достаточно щелочной отмывки от клеток и среды, — и потому чистота бактериальной целлюлозы задана происхождением, а не очисткой.

Почему она садится по лицу#

Влажная плёнка ведёт себя как податливый гидрогель с крайне мелким рельефом поверхности, поэтому она укладывается в складки у носа и вокруг глаз и держит сплошной контакт, а не натягивается поверх них. Сплошной контакт и есть смысл: он создаёт окклюзию, трансэпидермальная потеря воды падает, и роговой слой набирает воду снизу. Гидратированный роговой слой более проницаем, так что окклюзия одновременно увлажняет и облегчает прохождение того, что маска несёт. Большая часть немедленного видимого эффекта любой тканевой маски — именно это увлажнение, и оно кратковременно: корнеоциты отдают воду обратно за считанные часы.

Где структура ставит потолок#

Та же плотная сетка нанофибрилл ограничивает загрузку и высвобождение. Поры мелкие, путь сквозь них извилист, поэтому крупные молекулы выходят медленно и не полностью; сетка гидрофильна и практически незаряжена, так что водорастворимые активные вещества она несёт хорошо, а липофильные плохо — масляную сыворотку приходится эмульгировать, иначе маска её осмысленно не удержит.

Высыхание почти необратимо. При сушке целлюлозного гидрогеля капиллярные силы стягивают соседние фибриллы, и те смыкаются водородными связями — бумажники называют это ороговением; исходный объём и драпируемость полотно уже не восстанавливает. Поэтому продукт поставляют влажным, а отсюда второе ограничение: богатый питательными веществами гель с высокой активностью воды — хорошая среда для роста. Его нужно консервировать и стерилизовать, а стерилизация, достаточная для субстрата, способна разрушить те самые активные компоненты.

Производство к тому же ограничено границей раздела. В статической культуре плёнка растёт на поверхности, поэтому выход масштабируется площадью сосуда, а не объёмом, и толщина набирается медленно. Перемешиваемая культура быстрее, но даёт гранулы и нерегулярную сетку фибрилл вместо связного драпирующегося полотна.