解释:防晒霜如何安全保护我们的皮肤?

今年夏天，英国和世界许多地方的气温都打破了纪录，数百万人涌向海滩、公园和其他开放空间。如果他们遵循公共卫生建议，他们会涂防晒霜。但是，没有阳光，地球上的生命就不可能存在，阳光怎么会是危险的呢?洒落在无处不在的白色(或有色)物质上又如何能保证我们的安全呢?

阳光为什么有害?

所有物体都发射出宽频率的光子谱，这一过程被称为黑体辐射。在室温下，这些光子主要落在红外线中。然而，当物体变暖时，光谱的波长会变短——这就是为什么热的物体会发光。太阳的表面温度约为5500°C，太阳的辐射在可见光中达到峰值，但它的光谱也包含紫外线光子。它们有足够的能量来破坏化学键，导致我们的皮肤发生光降解。

防晒霜对UVA和UVB有什么保护作用?

科学家把紫外线分为三类。UVA光子的能量最小，波长在315纳米到400纳米之间。它们会深入皮肤，破坏皮肤细胞中的DNA和发色团，导致过早衰老和黑色素瘤的发展。到达地球表面的太阳紫外线中约95%是长波紫外线。

然而，令人惊讶的是，防晒霜的“防晒系数”是由它阻挡较短波长(280-315nm)中波紫外线(UVB)的能力来定义的——在英国和欧盟，对长波紫外线(UVA)的保护是由背面的星级给出的。中波紫外线比长波紫外线更容易被臭氧层吸收，如果它到达我们的皮肤，也会被皮肤的上层吸收。这会导致明显的(而且痛苦的)晒伤。UVB光子比UVA光子更具致癌性，因为它们能够激发更广泛的dna破坏反应。

理论上，能量最高的紫外线，低于280nm，应该是最具破坏性的，但幸运的是，基本上所有这些都被臭氧层吸收了，所以只要你不玩弧焊炬，就不会有问题。

那么防晒霜是如何阻挡有害紫外线的呢?

一般来说，它们会在紫外线光子撞击细胞之前拦截紫外线光子。有两种类型的防晒霜，但与公认的观点相反，它们的作用并没有太大区别。无机或矿物防晒霜含有陶瓷色素，附着在皮肤表面。目前仅有的两种被批准的是氧化锌和氧化钛，前者在阻止UVA方面略胜一筹，后者在保护UVB方面更胜一筹。有机防晒霜是各种共轭芳香分子的溶液或悬浮液(美国食品和药物管理局目前允许有14种)。它们可以稍微深入皮肤。有些防晒霜两者都含有。

一种常见的解释是，无机防晒霜会附着在皮肤上，阻挡光线进入皮肤，而有机防晒霜则会浸入皮肤，吸收紫外线——尽管实际情况比这要复杂一些。这导致人们习惯把无机防晒霜称为物理防晒霜，把有机防晒霜称为化学防晒霜(偶尔也会把无机防晒霜称为“有机”——有时还声称它们不含化学物质)。

事实上，尽管氧化锌和二氧化钛在可见频率上散射强烈，这解释了它们在白色涂料中的流行2015年的一项研究表明氧化锌和二氧化钛的半导体带隙正好落在近UVA区域。因此，在波长较短的地方，太阳的能量会被电子提升到激发态而被吸收。

其次，虽然有机防晒霜更容易被皮肤吸收，但这并不是它们存在的原因être。紫外线光子不会选择它的目标，所以防晒霜分子在光子到达皮肤细胞分子的过程中没有阻碍它的作用。相反，有机分子在表皮上形成了一层薄薄的保护膜。当它们吸收紫外线光子时，其中一个共轭π电子会被激发，就像无机防晒霜中的金属氧化物中的单电子一样。

激发态必须衰变。这是通过非辐射的“内部转换”发生的，其中电子激发被转换为化学键的振动激发，并消散到周围的皮肤，产生少量的热量。或者至少是这样的想法:有机防晒分子也可能会分解，使其无法阻挡进一步的紫外线。如果光子将一个电子促进到激发态，其中一个键具有反键的特性，或者如果，按照内部转换过程，足够的振动能量集中在一个地方，在它消散之前打破键，就会发生这种情况。使防晒霜具有光稳定性的诀窍是制造能够避免这两种键解离途径的分子。

有什么风险吗?

对人类来说可能不是。氧苯酮——最初的有机防晒霜之一——一直是争议的主题。它被归类为内分泌干扰物，应用于人体皮肤后在血液中被检测到。2001年，研究人员发现，将氧苯酮喂给雌性大鼠后，它们的子宫会变大。然而在2010年一份报告计算出，持续使用防晒霜可能需要277年以达到在大鼠体内产生这些效果的等效全身剂量。此外，许多防晒霜不再使用氧苯酮或另一种内分泌干扰物——桂皮酸盐——部分是因为这些发现，部分是因为有证据表明这两种分子都会导致珊瑚白化夏威夷和岛国帕劳禁止销售含有这两种分子的防晒霜）.

然而，负责将防晒霜作为外用药物进行监管的美国食品和药物管理局(fda)要求对所有已获批准的有机防晒霜分子进行进一步的安全性试验。此前有研究发现，有机防晒霜进入血液的水平比之前认识的要高。2021年9月，FDA发布了一项“最终行政命令”，宣布在此类测试结束之前，任何有机防晒霜都不能被认为是“普遍公认的安全有效的”，并威胁要吊销化妆品公司在其产品中使用这些分子的许可证。

一些制造商在市场上销售无机防晒霜，称其对使用者和环境都更安全，但人们也对氧化锌和二氧化钛表示担忧，因为这两种防晒霜都是光催化剂。一些研究表明，它们会产生活性氧，可能会损伤皮肤。然而，防晒霜制造商已经研究了各种策略，比如在纳米颗粒上涂一层来防止这种情况。然而，具有讽刺意味的是，一些“天然”防晒霜的生产商不使用这些合成涂层，这可能会使他们的防晒霜更容易产生有害的自由基。此外，一些研究表明氧化锌对珊瑚礁也是有毒的．

有什么新的计划吗?

人们总是在寻找。如果一家公司有一款革命性的产品即将上市，他们可能不会说出来，但近年来，一些有趣的想法已经出现在科学期刊上。一种是羟基磷灰石——一种构成人类骨骼和牙齿的矿物质——作为防晒霜的基础。它本身不能很好地吸收紫外线，但当掺杂锌、铁和铬时能吸收整个紫外光谱．另一个原因是将有机防晒成分加入无机层状双氢氧根基质中比如天然水镁石粘土来增强它们的光稳定性。最后，一些研究人员研究了在防晒霜中加入氧化铈纳米颗粒．氧化锌和二氧化钛可能会产生自由基，而氧化锌和二氧化钛实际上可以清除皮肤细胞中uva诱导的自由基。

这些防晒霜中是否有一种能做成试管，谁也说不准，但不管你怎么看，最好的防晒霜是你涂的那种。