通过物理技术评估防晒霜的光学和结构性能，重点关注氧化锌：一项关键综述

《Applied Radiation and Isotopes》：Optical and structural properties of sunscreens evaluated by physical techniques with emphasis on zinc oxide: A critical review

本文综述了ZnO基防晒剂的物理化学特性及评估技术，指出其广谱防晒效果与光稳定性，但存在标准化不足、UVA评估差异及长期毒性数据缺乏等问题，提出表面修饰和封装策略以改善安全性和应用效果。

　　锌氧化物（ZnO）作为一种重要的无机紫外线过滤剂，近年来在防晒产品领域得到了广泛关注。由于其广泛的光谱保护能力、光化学稳定性和良好的生物相容性，ZnO被广泛应用于皮肤护理和化妆品配方中。本文旨在全面回顾ZnO基防晒产品的研究进展，重点探讨其在结构、形态和功能评估方面的物理技术应用，同时分析当前存在的挑战和未来的发展方向。

紫外线（UV）辐射是太阳电磁波谱的一部分，通常被划分为三个波段：UVC（100–280纳米）、UVB（280–320纳米）和UVA（320–400纳米）。其中，UVC由于其高能量，被认为对生物材料具有最大的潜在危害。然而，在自然条件下，UVC几乎完全被臭氧层和大气中的高浓度氧气所吸收，因此不会到达地球表面。相比之下，UVB和UVA则更容易穿透大气层，对人类皮肤造成伤害。长期暴露于UV辐射可能导致一系列不良后果，包括皮肤红斑、免疫抑制、光老化以及皮肤癌风险的增加。因此，防晒产品在日常护肤中扮演着至关重要的角色，旨在通过物理或化学手段有效阻挡或吸收紫外线，以减少其对皮肤的伤害。

当前，防晒产品主要分为有机和无机两大类。有机防晒剂通过吸收紫外线并将其转化为热能，从而起到保护作用。而无机防晒剂，如二氧化钛（TiO?）和ZnO，则主要通过反射和散射紫外线实现防护，同时对紫外线的吸收程度较低。这种物理性保护机制的优势在于其安全性较高，且不易引起过敏或刺激反应。相比之下，有机防晒剂可能在某些情况下导致皮肤不适，甚至引发过敏症状。因此，无机防晒剂在近年来受到越来越多的关注，尤其是在纳米技术发展的推动下，其应用范围和性能得到了显著提升。

随着纳米技术的进步，ZnO纳米颗粒被广泛研究并应用于现代防晒配方中。这些纳米颗粒相较于传统的大颗粒ZnO，具有更好的透明度，从而减少了使用时常见的“白色涂层”现象。此外，ZnO纳米颗粒能够提供更广泛的光谱保护，覆盖UVA和UVB辐射，使其成为一种多功能的紫外线过滤剂。这种特性使得ZnO在防晒产品中的应用更具优势，尤其是在追求高防晒指数和良好皮肤适配性的市场中。

然而，尽管ZnO纳米颗粒在性能和安全性方面表现出色，其在实际应用中仍面临一些挑战。其中，最显著的问题之一是“白色涂层”现象，这不仅影响产品的美观性，还可能降低消费者的接受度。此外，ZnO在强光照射下可能表现出一定的光催化活性，从而引发自由基的生成。这种自由基的产生可能对皮肤细胞造成额外的损伤，进而影响防晒产品的安全性。因此，为了克服这些问题，研究者们正在探索多种改进策略，如对ZnO表面进行改性处理，或将其封装在生物相容性较高的材料中，以提高其在实际使用中的稳定性和安全性。

为了更全面地评估防晒产品的性能，研究者们依赖于多种物理技术手段。这些技术包括紫外-可见光谱分析（UV–Vis spectrophotometry）、热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射分析（XRD）以及荧光成像等。这些方法在分析防晒产品的结构、形态和功能特性方面发挥着重要作用，有助于理解其在不同使用条件下的表现。例如，UV–Vis光谱分析可以用于评估防晒产品对不同波长紫外线的吸收能力，从而确定其防晒指数（SPF）和光谱覆盖范围。TGA则可以分析防晒产品在不同温度下的热稳定性，为产品的安全性提供依据。电子显微镜技术可以用于观察ZnO纳米颗粒的表面形貌和分散情况，从而评估其在皮肤上的覆盖效果。XRD则可以用于确定ZnO的晶体结构，为研究其物理和化学性质提供支持。

尽管这些物理技术在防晒产品的评估中具有重要作用，但目前仍然存在一些标准化方面的问题。例如，现有的SPF评估方法在实验室条件和实际使用条件之间存在一定的差异，这可能导致防晒产品的实际防护效果与测试结果不一致。此外，关于UVA防护能力的评估也存在一定的争议，不同的研究方法可能得出不同的结论，从而影响防晒产品的市场定位和消费者选择。因此，为了提高防晒产品的科学性和实用性，有必要推动更严格的标准化方法，以及更深入的研究来弥合实验室数据和实际数据之间的差距。

此外，ZnO纳米颗粒的长期毒性和环境影响也是当前研究中的一个重要方向。尽管ZnO在短期内被认为是安全的，但其在长期使用中的潜在影响仍需进一步研究。例如，ZnO纳米颗粒是否会对皮肤细胞造成慢性损伤，或者是否会对环境中的生物体产生影响，都是值得关注的问题。因此，研究者们正在探索更全面的评估方法，以确保ZnO纳米颗粒在使用过程中不会对环境或人体健康造成负面影响。

在防晒产品的发展过程中，除了提高ZnO的性能和安全性，还应关注其在配方设计中的优化。例如，如何通过合理的配方设计，使ZnO纳米颗粒在皮肤上形成稳定的保护层，同时保持良好的透明度和延展性。此外，如何通过与其他材料的结合，如天然生物聚合物或金属结构，来提高防晒产品的稳定性和生物相容性，也是研究的重点。这些创新策略不仅有助于提高防晒产品的性能，还能够减少其对环境和人体的潜在影响。

总之，ZnO作为一种无机紫外线过滤剂，具有广泛的应用前景。然而，为了充分发挥其潜力，仍需克服一系列挑战，包括标准化评估方法的缺乏、UVA防护能力的不一致、长期毒性和环境影响的不确定性，以及“白色涂层”现象等问题。通过不断改进配方设计和应用物理技术手段进行深入研究，有望开发出更安全、更有效且更环保的防晒产品。这不仅对消费者的健康至关重要，也对整个化妆品行业的发展具有重要意义。