本文探討了防曬劑的失效原因，更重要的是，提出了解決這個(gè)問題的辦法。

防曬產(chǎn)品是護(hù)膚產(chǎn)品中一個(gè)特殊分支。在美國(guó)，食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）要求任何宣稱防曬的產(chǎn)品需含有一種或多種法規(guī)所準(zhǔn)許的防曬劑名單中的成分。這些成分包括化學(xué)防曬劑和物理防曬劑，且須在產(chǎn)品標(biāo)簽上標(biāo)注。在上市前，產(chǎn)品還需要進(jìn)行人體測(cè)試以驗(yàn)證其防曬效果。不光是美國(guó)，全球許多國(guó)家都有類似的法規(guī)要求。如果某款產(chǎn)品宣稱任何涉及保護(hù)皮膚免受陽光侵襲的詞句，則屬于防曬產(chǎn)品。

將防曬產(chǎn)品涂抹到皮膚上會(huì)改變皮膚對(duì)紫外光線的反應(yīng)。在幕幣中程度上講，防曬產(chǎn)品就像是藥品一樣用以保持皮膚健康。

本篇論文主要關(guān)注防曬技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)方面——光穩(wěn)定，近些年來，行業(yè)內(nèi)關(guān)于防曬劑穩(wěn)定性方面的新聞越來越多。為什么大家突然開始強(qiáng)調(diào)或者留意光穩(wěn)定性了？很簡(jiǎn)單，光穩(wěn)定對(duì)于防曬劑的作用效果有著深遠(yuǎn)的影響，但它通常不易被大多數(shù)消費(fèi)者察覺。幾十年來，消費(fèi)者已經(jīng)逐漸信任了防曬系數(shù)（SPF）所告訴他們的可以在日曬下一段時(shí)間而不被曬傷?，F(xiàn)在已經(jīng)有確鑿的證據(jù)證實(shí)，盡管沒有發(fā)生曬傷，慢性光照也能夠造成其他更大的長(zhǎng)期危害，包括能夠造成皮膚皺紋、變硬、色斑甚至是某些癌癥的皮膚早衰。這就是為什么在科學(xué)工作者、醫(yī)學(xué)家和法規(guī)制定者中普遍認(rèn)同SPF是防曬效果的不全面指示，甚至可能是一個(gè)誤導(dǎo)。

由此，光穩(wěn)定劑應(yīng)運(yùn)而生了。從19世紀(jì)70年代大家就知道了曬傷主要是紫外光中的一小部分——UVB波段所造成的。SPF主要指示的是產(chǎn)品對(duì)于UVB波段紫外光的防護(hù)能力。在20世紀(jì)80年代初期，歐洲防曬市場(chǎng)開始添加一種新的防曬劑——阿伏苯宗，它被認(rèn)為能夠提高產(chǎn)品的SPF（UVB波段）并能夠防護(hù)UVA波段的紫外光。不幸的是其效果遠(yuǎn)低于預(yù)期。后來發(fā)現(xiàn)，由于阿伏苯宗缺乏光穩(wěn)定性才造成了這個(gè)現(xiàn)象。具有諷刺意味的是，這種提供防護(hù)紫外光功效的成分卻會(huì)被紫外光本身所損害！

防曬劑的保護(hù)

為了了解造成阿伏苯宗失效的化學(xué)反應(yīng)過程，我們先來簡(jiǎn)略地說下防曬劑的光化學(xué)性質(zhì)。圖1中用簡(jiǎn)單的術(shù)語闡釋了防曬劑的工作機(jī)理。

簡(jiǎn)單地說，紫外光中的單個(gè)粒子稱為光子，光子會(huì)與防曬劑分子中的一對(duì)電子相撞。在這個(gè)相互作用前，分子處于基態(tài)能級(jí)狀態(tài)。光子將其能量傳遞給電子并導(dǎo)致其躍遷至更高的能級(jí)狀態(tài)，擺脫了原子的束縛。最初的躍遷使得分子到達(dá)了單線激發(fā)態(tài)，這時(shí)分子可能很快回歸到基態(tài)，并可能在這個(gè)過程中釋放出一個(gè)光子。但通常來說，激發(fā)的分子會(huì)衰退至較不活躍的三線激發(fā)態(tài)。在這個(gè)激發(fā)態(tài)下分子會(huì)停留一段時(shí)間然后回歸至基態(tài)，回歸基態(tài)前分子會(huì)通過將能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬确绞结尫诺糇陨砟芰俊?/p>

防曬劑分子正是通過這種方式來吸收和釋放光子的能量，并防止皮膚吸收能量。一個(gè)防曬系數(shù)為30的防曬霜在正確試用下，能夠在大約97%的UVB光子到達(dá)皮膚前將它們吸收掉。_--

在整個(gè)循環(huán)中，從吸收光子開始到回歸基態(tài)結(jié)束，一個(gè)分子通常需要幾千分

秒來完成。如果一切正常，循環(huán)結(jié)束后的分子可以再次吸收另一個(gè)光子。但一切不總是那么順利。認(rèn)識(shí)DEXSTER

為了幫助了解分子在能級(jí)間的躍遷過程中所發(fā)生的各個(gè)方面，我們創(chuàng)建了DEXSTER（圖2）——用以圖形化地描述受光子激發(fā)的分子通過回歸基態(tài)或猝滅的途徑來減少自身能量的過程。DEXSTER是“激發(fā)態(tài)的非反應(yīng)性猝滅途徑（Deactivation of EXcited STates by Emissions and Radiationless pathways）”的首字母縮寫組合。

將圖中藍(lán)色、紫色和黃色的部分想象為儲(chǔ)藏著處在各種能級(jí)下分子的容器：基態(tài)，單線激發(fā)態(tài)和三線激發(fā)態(tài)。出門前剛剛涂抹到皮膚上的防曬劑分子處于最初的基態(tài)。

防曬劑暴露于日照下時(shí)，紫外光的能量能將防曬劑分子從基態(tài)激發(fā)到單線激發(fā)態(tài)。連接各激發(fā)態(tài)的綠色框體代表猝滅激發(fā)態(tài)的物理途徑，就如同房間中的下水管道。每種途徑的物理和化學(xué)機(jī)理各不相同，簡(jiǎn)單起見在本文中我們不會(huì)對(duì)它們作太多介紹，各種途徑的名稱請(qǐng)見圖片中的注釋。

在吸收光子和釋放能量的過程中，少量防曬劑分子的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，其吸收光子的能力將會(huì)永久喪失，同時(shí)也失去了防曬效果。隨著結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的分子數(shù)量逐漸增多，具有保護(hù)功能的分子數(shù)量相應(yīng)下降，防曬劑的防曬功效也相應(yīng)減弱。此外，另一個(gè)需要注意的地方是光化學(xué)反應(yīng)大都發(fā)生在三線激發(fā)態(tài)分子中。

保持防曬劑有效

當(dāng)談到光穩(wěn)定性時(shí)，我們實(shí)際上是在討論有效防曬劑分子中的消減部分——有效的分子越多則意味著防曬劑穩(wěn)定性越好，那么，有效的分子越少則意味著穩(wěn)定性越差。光穩(wěn)定性的損失并不是全部發(fā)生在一刻，而會(huì)呈“衰減曲線”發(fā)生。圖3為實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定的吸光度衰減曲線，可以看到，隨著紫外光劑量的增加，吸光度相應(yīng)減少。曝露于日光下時(shí)，理想上的防曬劑吸光度不發(fā)生改變，換句話說，沒有發(fā)生任何可能導(dǎo)致防曬劑分子失去吸收光子能力的反應(yīng)，防曬劑在這種情況下就是光穩(wěn)定的。

好了，現(xiàn)在我們清楚了什么是光穩(wěn)定性，也了解到是什么造成了防曬劑損失：簡(jiǎn)單的答案就是紫外光中的能量造成了一些防曬劑分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而這個(gè)反應(yīng)不可逆地改變了它們的性質(zhì)。由于光子的參與，這些反應(yīng)被稱為光化學(xué)反應(yīng)。表面上看，這些反應(yīng)不會(huì)造成防曬劑分子結(jié)構(gòu)太大的變化，但不幸的是，甚至是很小的結(jié)構(gòu)變化也能在吸收更多光子或基本的保護(hù)能力等方面上產(chǎn)生巨大差異。

圖4就是一個(gè)例證。圖中是阿伏苯宗分子的兩種形態(tài)。左邊的分子能夠吸收UVC波段的紫外光，而右側(cè)的則能夠吸收UVA波段。UVC波段的紫外光會(huì)被臭氧層所阻攔掉，因此對(duì)這個(gè)波段的紫外光吸收沒有太大的意義。真正有用的結(jié)構(gòu)是右側(cè)的分子，它具有出色的防護(hù)UVA的功效，UVA能夠造成皮膚老化并與多種癌癥有關(guān)。但問題是，當(dāng)它吸收光子時(shí)（如圖中所示），它有可能轉(zhuǎn)變?yōu)樽髠?cè)的形態(tài)，致使防護(hù)作用喪失。

圖5是另一個(gè)例證，顯示了當(dāng)阿伏苯宗和最常使用的UVB防曬劑甲氧基肉桂酸辛酯復(fù)配時(shí)的情形。這時(shí)，一分子阿伏苯宗會(huì)與一分子甲氧基肉桂酸辛酯發(fā)生2+2環(huán)化加成，生成新的復(fù)雜的成分。在這個(gè)反應(yīng)中，兩種防曬劑的防曬效果都被破壞了。

光穩(wěn)定劑的角色

還有許多本文不會(huì)提及的事情在防曬過程中也會(huì)發(fā)生，簡(jiǎn)單來說這些事情越少發(fā)生，那么防曬劑就能更好地保護(hù)皮膚。為了幫助防曬劑更好地發(fā)揮效果，防曬劑生產(chǎn)商們已經(jīng)學(xué)會(huì)了使用光穩(wěn)定劑。

光穩(wěn)定劑是一類化學(xué)物質(zhì)的通稱，它們有著令人驚訝的保護(hù)作用。例如，它們能夠在分子發(fā)生可怕的光化學(xué)反應(yīng)前減少其具有的激發(fā)態(tài)能量。由此，光穩(wěn)定劑分子能夠安全地釋放能量。

為了更好地了解這個(gè)過程，現(xiàn)在我們來看圖6。在發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)前，大多數(shù)當(dāng)下使用的光穩(wěn)定劑能夠猝滅處于三線激發(fā)態(tài)的防曬劑分子。如果您下次購(gòu)買防曬產(chǎn)品時(shí)留意標(biāo)簽上成分的話，只要上面有阿伏苯宗這個(gè)成分，那么您肯定還能發(fā)現(xiàn)這三個(gè)光穩(wěn)定劑之中的一個(gè)。這些“三線激發(fā)態(tài)猝滅劑”在許多產(chǎn)品中有著出色的表現(xiàn)，但是，在一些特定的配方中，光化學(xué)反應(yīng)發(fā)生得非常快，三線激發(fā)態(tài)猝滅劑來不及進(jìn)行保護(hù)。

最近，HallStar公司研發(fā)出了一款新型的光穩(wěn)定劑，它能夠?qū)μ幱趩尉€激發(fā)態(tài)下的分子進(jìn)行猝滅。這在以前被認(rèn)為是不可能的，因?yàn)榉肿釉趩尉€激發(fā)態(tài)下停留的時(shí)間極短。例如，阿伏苯宗分子只在單線激發(fā)態(tài)下停留一萬億分之十三秒。但新型光穩(wěn)定劑——SolaStay S1（INCl名稱：Ethylhexyl methoxycrylene）能夠做到。它是一款單線激發(fā)態(tài)分子的猝滅劑，如圖7所示。因?yàn)樗诜罆駝┓肿犹幱趩尉€激發(fā)態(tài)時(shí)就能對(duì)其猝滅，這些分子甚至都不會(huì)轉(zhuǎn)化到三線激發(fā)態(tài)。這些回歸基態(tài)的分子

由于它的作用速度如此之快，這款新型光穩(wěn)定劑能夠保證防曬劑生產(chǎn)商和配方師使用之前被認(rèn)為是光穩(wěn)定性極差而難以起效的防曬劑組合。因此，它們可以減少防曬劑的用量并能達(dá)到更強(qiáng)的防曬效果。

在本文最開始，我形容防曬劑就像藥品一樣，涂抹到