驕陽似火的夏天就要到了，擔(dān)心曬黑的小伙伴們出門前又多了一道“防護儀式”——涂抹防曬霜。不過，防曬可不只是為了保持白皙膚色這么簡單。陽光中的紫外線就像看不見的“皮膚殺手”，長期暴露其中不僅會加速皮膚老化，還可能增加患皮膚癌等疾病的風(fēng)險。正因如此，防曬產(chǎn)品早已不再是愛美人士的專屬品，而是逐漸成為每個人夏日戶外活動的“皮膚防護盾”。就像出門要帶手機和鑰匙一樣，防曬正在成為現(xiàn)代人不可或缺的日常防護習(xí)慣。
各式各樣的防曬用品
（圖片來源：veer圖庫）
據(jù)《消費日報》數(shù)據(jù)，2023年中國防曬化妝品市場規(guī)模已達(dá)148億元，并以12.3%的速度持續(xù)增長。預(yù)計到2028年，這一數(shù)字將突破224億元。隨著防曬成為日常護膚的必備步驟，越來越多的人開始好奇：
它們在保護我們的同時，會對環(huán)境造成影響嗎？
防曬霜上演“能量變形記”：抵御紫外線進攻
盡管市面上的防曬產(chǎn)品五花八門，但從作用原理來看，它們主要分為兩大“作戰(zhàn)部隊”：有機防曬劑和無機防曬劑。這兩類防曬劑就像皮膚的不同“防御系統(tǒng)”，各有一套獨特的抗紫外線戰(zhàn)術(shù)。
形形色色的有機防曬劑有著不同的化學(xué)本質(zhì)，可大致分為7類，包括二苯甲酮類、水楊酸酯類、肉桂酸酯類、樟腦衍生物類等。它們的有效成分幾乎都是含有共軛雙鍵的芳香體系，使得這些分子的能級差距適配紫外線的能量范圍。此外，許多起到防曬作用的化學(xué)分子都有連接在苯環(huán)上的羥基，羥基氫可以與相鄰的羰基構(gòu)成分子內(nèi)氫鍵，這賦予它們額外的紫外吸收能力。
常見有機防曬劑的有效成分（紫色表示共軛部分）
（圖片來源：作者）
具體來說，當(dāng)這些有機防曬分子吸收紫外線后，會經(jīng)歷一場精彩的“能量變形記”。分子內(nèi)部的氫鍵首先斷裂，整個分子就像被充了電一樣躍遷到高能狀態(tài)。正如古語所說“高處不勝寒”，這種興奮狀態(tài)難以持久，分子會迅速通過釋放熱量的方式“冷靜”下來，重新恢復(fù)穩(wěn)定。這個過程就像一個個微型的“能量轉(zhuǎn)換站”，周而復(fù)始地將危險的紫外光轉(zhuǎn)化為無害的熱能。
而無機防曬劑則展現(xiàn)了另一種防御策略。它們的主要“武器”是兩種常見的納米材料——二氧化鈦(TiO2)和氧化鋅(ZnO)納米顆粒。這兩類納米材料都屬于N型半導(dǎo)體，當(dāng)紫外線來襲時，它們價帶上的電子會吸收能量躍遷到導(dǎo)帶，同時留下帶正電的“空穴”，形成特殊的電子-空穴對，這種特性使它們成為吸收紫外線的“高手”。另外，這種小粒徑的納米粒子對紫外線的有效散射也對其防曬功能有不可忽視的貢獻(xiàn)。
金紅石型TiO2的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]）
防曬霜值得擔(dān)憂的另一面：海洋污染源之一
當(dāng)你擰開防曬霜的瓶蓋，將乳白色的膏體輕輕涂抹在皮膚上時，可曾思考過這些化學(xué)物質(zhì)的“最終歸宿”？事實上，每一次海浪中的嬉戲，都讓防曬成分隨著水花悄然溶入海洋；而每晚沐浴時，那些被水流沖走的防曬殘余，也正沿著城市地下縱橫交錯的排水管網(wǎng)，最終匯入浩瀚的大海。這些看似微小的個人行為，正在通過聚沙成塔的累積效應(yīng)，悄然改變著海洋的生態(tài)平衡。
防曬劑進入海洋環(huán)境的途徑
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）
大量實驗研究為我們敲響了“警鐘”，常見的無機與有機防曬劑對海洋藻類、貝類、魚類、珊瑚等均具有明顯的毒性效應(yīng)，主要表現(xiàn)為內(nèi)分泌干擾、神經(jīng)毒性、致瘤性和發(fā)育毒性等。其中，雖然珊瑚白化現(xiàn)象備受關(guān)注，但研究事實揭示的危害遠(yuǎn)不止于此。同時，我們也應(yīng)該深刻認(rèn)識到，生態(tài)系統(tǒng)是一個不可分割的整體。因此，這些防曬產(chǎn)品也很有可能經(jīng)過食物鏈的富集，通過海鮮重新回到人類的餐桌上。
防曬霜的“綠色革命”：環(huán)境友好型防曬的科技突圍
對于人們不可回避的防曬需求，盡管傳統(tǒng)防曬劑存在環(huán)境危害，但也不能一禁了之。要破解這個“防曬-環(huán)保”的兩難困局，科技創(chuàng)新是關(guān)鍵突破口。下一代防曬品的開發(fā)思路主要分為兩種，一是從天然產(chǎn)物中提取抗紫外線成分，二是人工合成環(huán)境友好型防曬劑
近年來，研究人員對抗紫外活性天然產(chǎn)物的篩選取得了顯著的進展。研究發(fā)現(xiàn)，植物中的“防曬高手”——黃酮類化合物，不僅能吸收UVA（導(dǎo)致皮膚老化的長波紫外線）和UVB（引發(fā)曬傷的中波紫外線），其抗氧化、抗炎特性還能增強光保護效果。除黃酮類外，某些植物油、類胡蘿卜素、芪類化合物（stilbenes）和阿魏酸（ferulic acid）等天然產(chǎn)物也具備紫外線吸收能力。這些天然成分的防曬原理和人工合成的有機防曬劑有著異曲同工之妙——都是依靠特殊的大共軛面芳香體系來吸收陽光中的紫外線
一種具有抗紫外活性的黃酮類化合物——槲皮素
（圖片來源：veer圖庫）
除了從植物中提取天然防曬成分，科學(xué)家們也在實驗室“定制”新一代防曬分子——既要保持紫外線吸收的能力，又要規(guī)避傳統(tǒng)防曬劑對健康和生態(tài)的雙重威脅。傳統(tǒng)小分子防曬劑因其低分子量的特性，不僅對環(huán)境有潛在危害，還可能經(jīng)透皮吸收對使用者構(gòu)成健康風(fēng)險。因此，研究人員開始聚焦于開發(fā)高分子聚合物防曬劑。
2023年，清華大學(xué)團隊用Biginelli反應(yīng)（一種高效的化學(xué)“分子縫合術(shù)”）設(shè)計出新型防曬單體，再將其與水溶性單體“手拉手”聚合，最終獲得水溶性高分子防曬劑。實驗證明，這種聚合物防曬劑的紫外線吸收能力不輸傳統(tǒng)成分氧苯酮。在小鼠實驗中，它預(yù)防曬傷的效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)防曬劑和市售產(chǎn)品。更讓人驚喜的是，這種“大塊頭”分子既不會穿透皮膚，也不會傷害珊瑚和藻類。這項研究為開發(fā)“人體友好+海洋安全”的防曬劑提供了全新思路。
清華大學(xué)研究團隊開發(fā)的珊瑚友好型高分子防曬劑
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[5]）
對于無機防曬劑，研究人員也來了個“綠色升級”！一項很有趣的研究發(fā)現(xiàn)，用番茄汁代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)溶劑，就能“煮”出多功能氧化鋅納米顆粒（ZnO NPs）。神奇的是，番茄汁在這里竟然“一物分飾三角”——同時扮演溶劑、還原劑和穩(wěn)定劑三種角色。
利用番茄果汁代替?zhèn)鹘y(tǒng)溶劑綠色合成氧化鋅納米顆粒
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[6]）
無獨有偶，另一群科學(xué)家對無機防曬劑玩起了“原料革命”！他們選定兩種綠色溶劑——二甲基異山梨醇（dimethylisosorbide）和異丙叉甘油（isopropylidene glycerol），像調(diào)制魔法藥水一樣，制作出了能批量生產(chǎn)的膠體木質(zhì)素納米顆粒。這種特制“原料”可不簡單，防曬效果顯著，最關(guān)鍵的是完全不含納米金屬，是純天然生物基材料。
利用膠體木質(zhì)素納米顆粒為原料的防曬霜
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[8]）
看似不起眼的防曬霜，在為我們撐起紫外線防護傘的同時，竟悄悄牽動著整個海洋生態(tài)的命運?？茖W(xué)家們正用智慧破解這個“護膚還是護?！钡膬呻y命題——那些正在實驗室孕育的環(huán)境友好型防曬新品，或?qū)崿F(xiàn)“一抹防曬霜，守護人與?！钡拿篮迷妇?。當(dāng)科技與自然和諧共存，我們終能在呵護肌膚的同時，也為這顆藍(lán)色星球的生生不息貢獻(xiàn)一份溫柔力量。
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出品：科普中國
作者：劉煜超（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）
監(jiān)制：中國科普博覽
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