Master's Thesis

Distribution and biological activity of inorganic particles in cosmetics

Final Thesis 3.42 MB

Author of thesis: Bc. Natália Boriková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Simona Dzurendová, PhD

Reviewer: Ing. Julie Hoová, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis examines the distribution and biological effects of inorganic particles in cosmetic products. The main objective was to characterize the presence, morphology, and distribution of selected particles and to evaluate their potential impact on cell viability.
The experimental part focused on the analysis of model particles (ZnO, TiO2 and Ag) and selected commercial cosmetic products containing these components. The morphology, size, and distribution of the particles were studied using electron microscopy techniques, namely transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), and scanning transmission electron microscopy (STEM). Chemical characterization was complemented by energy-dispersive spectroscopy (EDS), which, together with the aforementioned modes, was part of the LVEM 25E electron microscope. The biological effects of inorganic particles and selected cosmetic products were evaluated using the MTT assay on the HaCaT keratinocyte cell line. Raman microspectroscopy was used to detect nanoparticles in keratinocytes.
The thesis highlights the importance of a comprehensive evaluation of particles in cosmetic products, which includes not only their physicochemical characterization but also an assessment of their biological effects.

Keywords:

Cosmetic products, inorganic particles, electron microscopy, EDS, HaCaT cell line, MTT assay, cytotoxicity, Raman microspectroscopy

Date of defence

25.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponentky a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Zmínila jste, že se oxid titaničitý ukládá na pokožce, na jak dlouho se ukládá a jak se ho pak z pokožky zbavujeme? Můžete vysvětlit jakým způsobem se oxid titaničitý ukládá v pokožce? doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. Jakým způsobem bylo prováděno mapovaní při Ramanově mikrospektrometrii? Můžete vysvětlit, jakým způsobem jste data vyhodnocovala? prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. Zmínila jste, že při testování cytotoxicity mohlo docházet k interferenci či zkreslení testu, jaký test jste používala? Jaké další testy by bylo možné zvolit na ověření cytotoxicity? Mgr. Ondřej Vašíček, Ph.D. Jaký byla příprava vzorků pro MTT test? Jak docházelo k uvolňování částic do média? V jaké fázi, olejové či vodné, jsou dané částice? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (NPCP_CHMA)

Specialization

Chemistry of Bioactive Substances (CHBL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
Mgr. Ondřej Vašíček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Simona Dzurendová, PhD

Predložená diplomová práca sa zaoberá charakterizáciou anorganických mikro- a nanočastíc (ZnO, TiO2, Ag) v modelových aj komerčných kozmetických systémoch a hodnotením ich cytotoxicity na ľudských keratinocytoch. Kontrola podobnosti pomocou systému Theses.cz vykazuje hodnotu 1.5%, preto je možné prácu považovať za originálnu. Práca úspešne prepojuje fyzikálno-chemické analytické metódy s biologickými testami in vitro, čím boli splnené všetky body zadania. Teoretický úvod poskytuje solídny prehľad o nanotechnológiách, nanočasticiach v kozmetickom priemysle, legislatívnom rámci v EÚ a USA, ako aj o stavbe kože a mechanizmoch transdermálneho prieniku. Študentka poukazuje na legislatívne zmeny, aplikácie nanočastíc v kozmetických prípravkoch a cytotoxicite, s vysvetlením jej mechanizmov a poskytuje taktiež prehľad o analytických metódach stanovenia častíc v kozmetike.  Rešerš je napísaná zrozumiteľne, s logickou nadväznosťou a grafickými ilustráciami. Študentka využila kvalitné literárne zdroje. V experimentálnej časti zvládla prácu s elektrónovým mikroskopom v módoch TEM, SEM a STEM, prvkovú mikroanalýzu EDS, ako aj prácu s bunkovými kultúrami (línia HaCaT, MTT test). Metodika je opísaná presne a detailne. Výsledková časť ponúka bohatý súbor experimentálnych dát v prehľadnom spracovaní, avšak ich interpretácia a prepojenie s kontextom by si zaslúžili hlbšiu diskusiu. V závere práce svoje poznatky študentka zhrnula a zasadila do širšieho kontextu hodnotenia bezpečnosti anorganických častíc v biologickom prostredí. Z hľadiska formálnej úrovne je v práci len minimum preklepov. Študentka preukázala schopnosť samostatnej vedeckej práce, zvládla široké spektrum techník a organizáciu experimentov. Zhromaždila hodnotné dáta, ktoré demonštrujú, že hodnotenie bezpečnosti častíc v kozmetike vyžaduje simultánne posudzovanie fyzikálno-chemických aj biologických vlastností. Študentka vedela identifikovat metodické limitácie, správne interpretovať namerané data a nájst súvislosti medzi jednotlivými výstupmi. 

Diplomovú prácu  doporučujem k obhajobe a hodnotím známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Julie Hoová, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Natálie Borikové, která je zaměřená na sledování distribuce a biologických účinků vybraných anorganických nanočástic obsažených zejména v kosmetických produktech, je díky nově vznikajícím regulacím nanočástic v kosmetickém a potravinářském průmyslu zajímavým a aktuálním tématem. V rámci této práce bylo použito nespočet analytických metod jako TEM, SEM, elektronová mikroskopie v kombinaci s EDS, Ramanova mikrospektroskopie a cytotoxický MTT test. Pro nastavení přístrojů a prvotní screening povahy částic, byly připraveny také modelové vzorky, které byly porovnávány s komerčními kosmetickými produkty obsahující deklarované množství vybraných nanočástic, a to ZnO, TiO2 a Ag.
V teoretické části se studentka podrobně věnuje jednotlivým analytickým metodám a zároveň se vhodně zaměřuje na aktuální situaci ohledně legislativy nanočástic v kosmetickém průmyslu, kde je nutná jejich regulace a hledá se vhodné řešení pro metodiky jejich stanovení.
Experimentální část již popisuje chování nanočástic v připravených vzorcích pomocí vybraných analytických metod. Studentka vhodně interpretuje a diskutuje výsledky. Z poznatku poměrně časté agregace částic by bylo vhodné se do budoucna zaměřit na sledování dalších biologických účinků a bezpečnosti při prostupu částic kůží.
Práci Bc. Natálie Borikové hodnotím známkou „A“ a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 5.1.1.2. jsou u kosmetického krému Mádara deklarované částice ZnO. Jak si vysvětlujete stanovenou přítomnost TiO2, kterou jste stanovila pomocí EDS?
  2. V kapitole 5.1.3.3 tvrdíte: „Takéto usporiadanie môže mať významný vplyv na optické vlastnosti prípravku, ako aj na jeho interakciu s povrchom kože.“ O jaké interakce s povrchem kůže se může jednat?
  3. Na základě vašich naměřených výsledků a závěrů, který typ nanočástic byste vybrala do kosmetického přípravku a jakou formu aplikace byste doporučila (doba expozice, množství, oplachová/bezoplachová kosmetika apod.).

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová