驕陽似火的夏天就要到了，擔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險。正因如此，防曬產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，防曬正在成為現代人不可或缺的日常防護習慣。

各式各樣的防曬用品

（圖片來源：veer圖庫）

據《消費日報》數據，2023年中國防曬化妝品市場規模已達148億元，并以12.3%的速度持續增長。預計到2028年，這一數字將突破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：

這些涂抹在皮膚上的防曬霜，究竟是如何抵御紫外線的？

它們在保護我們的同時，會對環境造成影響嗎？

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品五花八門，但從作用原理來看，它們主要分為兩大“作戰部隊”：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”，各有一套獨特的抗紫外線戰術。

形形色色的有機防曬劑有著不同的化學本質，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分子都有連接在苯環上的羥基，羥基氫可以與相鄰的羰基構成分子內氫鍵，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，當這些有機防曬分子吸收紫外線后，會經歷一場精彩的“能量變形記”。分子內部的氫鍵首先斷裂，整個分子就像被充了電一樣躍遷到高能狀態。正如古語所說“高處不勝寒”，這種興奮狀態難以持久，分子會迅速通過釋放熱量的方式“冷靜”下來，重新恢復穩定。這個過程就像一個個微型的“能量轉換站”，周而復始地將危險的紫外光轉化為無害的熱能。

而無機防曬劑則展現了另一種防御策略。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型半導體，當紫外線來襲時，它們價帶上的電子會吸收能量躍遷到導帶，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。

金紅石型TiO2的晶體結構參數

（圖片來源：參考文獻[1]）

防曬霜值得擔憂的另一面：海洋污染源之一

當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物質的“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，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，悄然改變著海洋的生態平衡。

防曬劑進入海洋環境的途徑

（圖片來源：參考文獻[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，主要表現為內分泌干擾、神經毒性、致瘤性和發育毒性等。其中，雖然珊瑚白化現象備受關注，但研究事實揭示的危害遠不止于此。同時，我們也應該深刻認識到，生態系統是一個不可分割的整體。因此，這些防曬產品也很有可能經過食物鏈的富集，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，盡管傳統防曬劑存在環境危害，但也不能一禁了之。要破解這個“防曬-環保”的兩難困局，科技創新是關鍵突破口。下一代防曬品的開發思路主要分為兩種，一是從天然產物中提取抗紫外線成分，二是人工合成環境友好型防曬劑

近年來，研究人員對抗紫外活性天然產物的篩選取得了顯著的進展。研究發現，植物中的“防曬高手”——黃酮類化合物，不僅能吸收UVA（導致皮膚老化的長波紫外線）和UVB（引發曬傷的中波紫外線），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，又要規避傳統防曬劑對健康和生態的雙重威脅。傳統小分子防曬劑因其低分子量的特性，不僅對環境有潛在危害，還可能經透皮吸收對使用者構成健康風險。因此，研究人員開始聚焦于開發高分子聚合物防曬劑。

2023年，清華大學團隊用Biginelli反應（一種高效的化學“分子縫合術”）設計出新型防曬單體，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成分氧苯酮。在小鼠實驗中，它預防曬傷的效果顯著優于傳統防曬劑和市售產品。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“人體友好+海洋安全”的防曬劑提供了全新思路。

清華大學研究團隊開發的珊瑚友好型高分子防曬劑

（圖片來源：參考文獻[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現，用番茄汁代替傳統化學溶劑，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、還原劑和穩定劑三種角色。

利用番茄果汁代替傳統溶劑綠色合成氧化鋅納米顆粒

（圖片來源：參考文獻[6]）

無獨有偶，另一群科學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），像調制魔法藥水一樣，制作出了能批量生產的膠體木質素納米顆粒。這種特制“原料”可不簡單，防曬效果顯著，最關鍵的是完全不含納米金屬，是純天然生物基材料。

利用膠體木質素納米顆粒為原料的防曬霜

（圖片來源：參考文獻[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的命運。科學家們正用智慧破解這個“護膚還是護海”的兩難命題——那些正在實驗室孕育的環境友好型防曬新品，或將實現“一抹防曬霜，守護人與海”的美好愿景。當科技與自然和諧共存，我們終能在呵護肌膚的同時，也為這顆藍色星球的生生不息貢獻一份溫柔力量。

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出品：科普中國

作者：劉煜超（中國科學技術大學）

監制：中國科普博覽