每年年底大概是節(jié)日氣息最濃的時(shí)候，餃子、圣誕老人、新年接踵而至。不管你住的城市下不下雪，白色應(yīng)是冬天的主題色：與天使羽毛一樣的顏色。 落單的戀人最怕過節(jié)，選擇一款防曬霜或美白精華作為新年禮物，當(dāng)然是機(jī)智的選擇。幸運(yùn)的是，在坑底的化學(xué)家們早已掌握了讓人類皮膚保持白皙的秘方，幫助戀人們順利過節(jié)，是的，情人節(jié)也用得上。

01為什么會(huì)曬黑？

首先開門見山，在日曬強(qiáng)烈時(shí)人們選擇防曬霜并不只是為了防止曬黑，而且不要認(rèn)為冬季就不需要防曬。1999年《柳葉刀》的一篇論文[1]通過系統(tǒng)的隨機(jī)對照試驗(yàn)，證實(shí)了涂抹防曬霜可以有效阻止人類被紫外線灼傷，但是否可以預(yù)防皮膚癌尚不得而知。需要注意的是，曬黑并不等同于曬傷。所以如果面臨暴曬，那么強(qiáng)烈建議涂抹防曬霜以預(yù)防潛在的皮膚曬傷。

太陽除了發(fā)出人們可見的紅橙黃綠青藍(lán)紫等可見光之外，同時(shí)還會(huì)發(fā)射波長更短的紫外線：波長越短，光子所攜帶的能量就會(huì)越高，照射到人體皮膚，就越容易破壞人體細(xì)胞——甚至細(xì)胞中的DNA[2] 。人們按照紫外線的波長將其細(xì)分為三種：UV-A，UV-B，UV-C，其中UV-C波長最短，能量最高；UV-A波長最長，能量較低。幸運(yùn)的是，對人體傷害最大的UV-C會(huì)被平流層的臭氧層所阻隔，難以到達(dá)地面。

圖1 紫外線的被細(xì)分為三種：UV-A，UV-B，UV-C。UV-C波長最短，能量最高，但很難到達(dá)地面。而即使波長較長、能量較低的UV-A，也會(huì)對人體皮膚造成傷害。

事實(shí)上，一部分UV-A并不會(huì)對人體皮膚造成明顯傷害——只有波長小于330nm的UV-A和UV-B才會(huì)引發(fā)皮膚紅疹。而波長大于330nm的、能量相對較低的這部分UV-A，不會(huì)引發(fā)皮膚紅疹，卻也可以被皮膚細(xì)胞微弱的吸收。這部分吸收的能量，可以激發(fā)位于皮膚基質(zhì)底層的黑色素細(xì)胞合成黑色素體，催化人體必須的酪氨酸生成黑色素蛋白，并將之運(yùn)輸?shù)酵鈱拥钠つw角質(zhì)細(xì)胞。黑色素可以吸收紫外線，防止人體皮膚被進(jìn)一步曬傷。

沒錯(cuò)，黑色素是為了保護(hù)皮膚而產(chǎn)生的。因此日光較為強(qiáng)烈的地區(qū)，人類皮膚會(huì)偏向于深色或黑色；而有些皮膚白皙難以被曬黑的人群，由于合成黑色素較少，反而容易被曬傷。這時(shí)就需要防曬霜登場了。

02防曬霜原理

如前所述，防曬霜最需要阻止的是波長315-280 nm的UV-A與UV-B到達(dá)人類皮膚。防曬霜品牌很多，但作用原理無外乎如圖2所示的三種，可分為兩大類：①化學(xué)吸收；②③納米化無機(jī)物UV吸收與大顆粒無機(jī)物UV吸收。

圖2 防曬霜的三種作用機(jī)制

①化學(xué)吸收?；瘜W(xué)吸收是所有防曬霜都會(huì)采用的一類基礎(chǔ)策略。通過引入具有吸收紫外線作用的有機(jī)物，將紫外線能量吸收掉，就可以顯著避免皮膚細(xì)胞被紫外線傷害。如果仔細(xì)研究防曬霜的有效成分，會(huì)發(fā)現(xiàn)起到化學(xué)吸收作用的物質(zhì)往往具有苯環(huán)——盡管苯環(huán)在群眾中的聲譽(yù)不好，但許多含有苯環(huán)的物質(zhì)是安全而可靠的。值得一提的是，單一有機(jī)分子的往往只能吸收一部分紫外線，需要多種紫外吸收分子才能實(shí)現(xiàn)較好的防曬效果。

吸收紫外線的有機(jī)分子必須保持足夠的穩(wěn)定性。如果有機(jī)物吸收紫外線發(fā)生分解，則有可能產(chǎn)生自由基，而自由基本身有很強(qiáng)的氧化性，會(huì)對皮膚產(chǎn)生次級傷害，甚至引發(fā)皮膚病變。

②納米化無機(jī)物UV吸收。氧化鋅、二氧化鈦等無機(jī)物同樣可以有效吸收紫外線。同時(shí)，UV在顆粒之間發(fā)生多次反射，一定程度上將被耗散掉。并且對這些無機(jī)物進(jìn)行充分粉碎至納米顆粒，一方面可以顯著增加防曬霜中的無機(jī)物表面積，提升吸收效果；另一方面可以增加無機(jī)物對紫外線的漫反射效果，因此它們是諸多防曬霜廠家選擇配方的關(guān)鍵組成成分以及工藝策略。

同樣需要注意的是，被防曬霜中無機(jī)成分所吸收的紫外線的能量并不會(huì)憑空消失，這部分能量如果被傳遞給皮膚周圍的氧氣分子或者皮膚細(xì)胞的分子，將會(huì)對皮膚造成傷害。納米粒子本身粒徑很小，也有學(xué)者擔(dān)心其可能滲透入皮膚細(xì)胞造成后續(xù)影響。因此現(xiàn)有防曬霜中的納米顆粒都已經(jīng)被聚乙二醇等高分子所包裹，反應(yīng)活性大大下降，可以比較放心的使用（反正不放心也沒得選）。

此外，考慮到有些人群反而希望曬黑一些，但又不希望被曬傷，一些廠家的防曬霜（尤其是歐美廠家）會(huì)將成分進(jìn)行調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)只吸收波長小于330nm的這部分紫外線的效果。被漏掉的部分紫外線則用以刺激黑色素的形成——健康的古銅色皮膚從而有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)。

03 美 白

如前所述，黑色素的形成與沉淀是皮膚變黑的關(guān)鍵所在。因此想要皮膚保持白皙首先要注意防曬。但如果已經(jīng)有了較深的膚色呢，有沒有可能變白呢？那些美白化妝品的廣告真的那么有效嗎？

圖3 美白思路：黑色素生成前干擾黑素體或酶功能；黑色素生成中抑制其合成；黑色素生成后，阻止色素沉淀（黑色素轉(zhuǎn)移或分散黑色素）。

當(dāng)然。如圖3所示，化學(xué)家與生物學(xué)家通過認(rèn)識(shí)和理解黑色素的生成-轉(zhuǎn)移-沉淀過程，已經(jīng)掌握了多種阻止皮膚變黑的策略。而其中最被廣泛應(yīng)用的美白方案，是由于科學(xué)家們敏銳的認(rèn)識(shí)到，黑色素的生成過程，是酪氨酸逐步被酪氨酸酶氧化的過程。

那么主流的抑制黑色素生成的思路就已經(jīng)可以建立了：①阻止絡(luò)氨酸被氧化；②阻止絡(luò)氨酸酶的生成或生效。

①阻止絡(luò)氨酸被氧化。既然絡(luò)氨酸被最終氧化為黑色素，那么使用或者服用還原劑是最為直接的思路。許多美白或淡斑產(chǎn)品所使用的抗壞血酸（維生素C）或者其衍生物，其淡斑機(jī)制就是利用維生素C的還原性來阻止酪氨酸的氧化過程。

注意！許多美容機(jī)構(gòu)聲稱可以快速美白，這時(shí)候請務(wù)必小心：他們往往會(huì)使用有毒的強(qiáng)效還原劑氫醌（對二苯酚，hydroquinone）來達(dá)到快速美白效果。氫醌可以將酪氨酸的氧化中間產(chǎn)物多巴醌還原，阻止黑色素的形成，同時(shí)氫醌自身也可以霸占酪氨酸酶，催化自身氧化[3]。遺憾的是，盡管氫醌美白效果極好，但它是有毒的！請務(wù)必不要使用！

圖4 氫醌阻止黑色素形成的原理

②阻止絡(luò)氨酸酶的生成或生效。除了阻止酪氨酸被氧化之外，另一種更底層的美白策略是直接阻止絡(luò)氨酸酶的生成，或者阻止其生效。酪氨酸酶是一類含有銅離子的有機(jī)物，化學(xué)家們通過選擇一些可以與銅離子結(jié)合的物質(zhì)，就有機(jī)會(huì)顯著降低絡(luò)氨酸酶的活性。比如近年來較為熱門的天然美白成分曲酸（Kojic acid），以及某日系品牌常用的4-甲氧基水楊酸鉀（4-MSK），他們的功效往往被歸功于其分子與銅離子的配位對酪氨酸酶活性的抑制。

目前而言，對于已經(jīng)變黑的皮膚，大多數(shù)的“淡斑”護(hù)膚品采取雙管齊下的策略：一方面采用上述干擾新的黑色素生成的策略來阻止后續(xù)變黑，另一方面則會(huì)添加酸性物質(zhì)，加速皮膚表皮細(xì)胞更新，逐漸用黑色素較少的新細(xì)胞替換掉黑色素較多的舊細(xì)胞。這也是眾多美白護(hù)膚品會(huì)添加有機(jī)酸的原因。

04 結(jié) 語

防曬霜與美白精華背后都有著有趣的化學(xué)知識(shí)。提前了解這些知識(shí)，在送出禮物的時(shí)候故作輕松的告訴TA這些神秘而精妙的化學(xué)機(jī)理，一定可以讓你們的感情更進(jìn)一步。

相信我。

參考文獻(xiàn)

[1] Green A, Williams G, Nèale R, et al. Daily sunscreen application and betacarotene supplementation in prevention of basal-cell and squamous-cell carcinomas of the skin: a randomised controlled trial[J]. The Lancet, 1999, 354(9180): 723-729.

[2] Setlow R B. The wavelengths in sunlight effective in producing skin cancer: a theoretical analysis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1974, 71(9): 3363-3366.[3] Palumbo A, d'Ischia M, Misuraca G, et al. Mechanism of inhibition of melanogenesis by hydroquinone[J]. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects, 1991, 1073(1): 85-90.本文圖片由作者提供