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江南大學東為富教授團隊：防曬“黑”科技——無滲透高效防曬霜，實現千萬級轉化！

文章出處：新聞動態 網責任編輯：慈康妝品 閱讀量： 發表時間：2021-11-09 10:19:11

紫外線可分為長波UVA (320~400 nm)、中波UVB (280~320 nm) 和短波UVC (190~280 nm)，過量的UV輻射可能會對人體產生巨大危害，引起皮膚紅斑、灼傷、老化以及其他皮膚疾病，甚至導致皮膚癌。大部分UVC會被地球周圍的平流層和臭氧層阻擋，然而到達地面的UVA和UVB也會損傷人體皮膚，所以防曬顯得尤為重要。

使用防曬霜有助于防止紫外線輻射的潛在損害，是我們對抗紫外線的主要途徑之一，但目前商業化的有機小分子防曬劑如包括阿伏苯酮、氧苯酮等極有可能滲透到皮膚甚至血液中，帶來健康隱患。2019年5月6日《美國醫學會雜志》（JAMA）刊載了一份研究報告：Effect of Sunscreen Application Under Maximal Use Conditions on Plasma Concentration of Sunscreen Active Ingredients，志愿者分別接受不同的防曬產品連續4天每天使用4次防曬產品，覆蓋全身75%的皮膚。研究發現，志愿者使用防曬產品一天，其血液中二苯酮等3種化學成分水平都超出FDA所規定的每毫升0.5納克（上限閾值）的水平，而且隨著防曬產品的重復使用，這些化學成分在血液中的濃度持續增加。

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（上圖來自David Andrews高級研究員采訪截圖及上述文獻）

近日，由江南大學東為富教授團隊報道了一種無皮膚滲透的高效防曬劑。該團隊受貽貝粘附蛋白的結構和功能的啟發，提出了一種簡單易行的多巴胺在二氧化鈦的表面氧化聚合策略，獲得黑色素/二氧化鈦 (Melanin/TiO₂) 納米粒子防曬劑。制備的Melanin/TiO₂納米粒子具有協同增強的優異抗紫外能力，當作為唯一防曬成分配制得到的防曬霜具有高SPF值；該新型防曬劑安全無毒，不滲透皮膚，可以有效降低防曬霜使用過程中的潛在風險。

圖1. 含Melanin/TiO₂納米粒子的防曬霜照片；有機小分子防曬劑易滲透表皮， Melanin/TiO₂納米粒子防曬劑可避免皮膚滲透示意圖；Melanin/TiO₂納米粒子的協同增強紫外吸收能力機理以及能量轉化形式。

該團隊以市售金紅石型為TiO₂原料，在溫和環境下讓多巴胺在其表面原位氧化聚合，形成完整的納米級包覆層，得到包覆厚度可調的，具有協同增強紫外吸收的，無皮膚滲透的Melanin/TiO₂納米粒子，如圖1所示。Melanin/TiO₂的有機相和無機相在原位包覆過程中協同增強，賦予所得納米粒子更好的抗紫外性質。二氧化鈦提供了優異的UVB和部分UVA吸收率，而黑色素可以廣譜吸收紫外線，提高粒子紫外線防護和光穩定性。另外，黑色素具有光熱轉化和自由基捕獲作用，作為二氧化鈦的表面包覆層，產生新的雜化特性，改變了粒子防曬劑的能量耗散形式：Melanin/TiO₂納米粒子可以吸收紫外光的能量，并迅速將吸收的能量轉化為熱量；同時黑色素可以捕獲自由基，降低二氧化鈦的光電特性，避免一些潛在的危害。Melanin/TiO₂納米粒子的微觀形貌如圖2所示，制備過程可靈活調控黑色素包覆層厚度。

圖2. 不同Melanin包覆厚度Melanin/TiO₂納米粒子的TEM圖像。

該團隊將Melanin/TiO₂納米粒子 (接枝熒光基團) 涂抹在豬皮上，通過體外透皮實驗評估其皮膚滲透性。圖3顯示了有機小分子防曬劑二苯甲酮和Melanin/TiO₂納米粒子在光學和熒光顯微鏡下的外觀。可以看到二苯甲酮完全滲透了豬皮，證明有機小分子防曬劑很容易穿透皮膚上的毛孔到達表皮和真皮，甚至滲透到血管中，影響人體內正常的生理代謝。而Melanin/TiO₂幾乎沒有滲透皮膚，這證明Melanin/TiO₂納米粒子是安全的。這是由于Melanin/TiO₂納米粒子的粒徑要遠高于有機小分子防曬劑，而且黑色素的生物粘附性會使得納米粒子只粘附在皮膚表面，阻止其滲入皮膚。

圖3. 光學顯微鏡和熒光顯微鏡下豬皮的橫截面圖像：(a) 二苯甲酮防曬劑，(b) Melanin/TiO₂ (包覆厚度7 nm)，(c) Melanin/TiO₂ (4 nm)，(d) Melanin/TiO₂ (1 nm)。

該研究致力于開發新型無皮膚滲透的高效防曬劑，通過簡便溫和的方法用黑色素包覆無機防曬粒子表面，這種有機-無機雜化的體系具有協同高效抗紫外效果，而且不會滲透皮膚，讓人們在防曬的同時也能排除其他可能存在的生理隱患和體內環境問題，更全面地保護健康。該工作以題為“Skin Bioinspired Anti?ultraviolet Melanin/TiO₂ Nanoparticles without Penetration for Efficient Broad?spectrum Sunscreen”發表在《Colloid and Polymer Science》（2021, 299:1797-1805），論文通訊作者為江南大學化學與材料工程學院東為富教授和汪洋副教授，第一作者為江南大學的碩士生黎賽瑤。該研究得到了國家自然科學基金 (21975108, 22005122) 的支持與資助。該結果已申請國家發明專利10余件，并授權化妝品知名企業廣州慈康生物科技有限公司開發新一代安全高效防曬霜。

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