将抗菌对羟基苯甲酸酯固定在TiO2纳米颗粒表面，以降低皮肤吸收风险

《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Surface immobilization of antimicrobial parabens on TiO 2 nanoparticles for reduced dermal absorption risk

将防腐剂对羟基苯甲酸酯固定于二氧化钛纳米颗粒表面，通过羟基、羧基等官能团与颗粒形成共价键或氢键，结合实验证明该修饰体系可提升吸附效率160%，同时经细胞毒性测试证实皮肤吸收风险显著降低，在保留抗菌性能的同时满足化妆品安全标准。

　　近年来，随着人们对健康和安全的关注不断上升，化妆品和药品行业中的某些成分受到了越来越多的审视。其中，对羟基苯甲酸酯类化合物——通常称为对羟基苯甲酸酯（parabens）——的关注尤为突出。这些化合物因其强大的抗菌性能和成本效益，被广泛用于护肤品和药品的防腐剂。然而，随着研究的深入，人们对它们可能对内分泌系统产生干扰的担忧也逐渐增加，从而导致一些国家对它们实施了监管限制。这一研究正是在这样的背景下开展的，旨在通过一种创新的方法减少对羟基苯甲酸酯的皮肤吸收，同时保留其抗菌功能。

对羟基苯甲酸酯在化妆品和药品中广泛应用，主要是因为它们能有效抑制微生物的生长，延长产品的保质期。这些化合物通常作为防腐剂，被添加到含有水分和脂质成分的产品中，以防止微生物的繁殖。然而，一些研究表明，对羟基苯甲酸酯可以通过皮肤吸收进入人体，这引发了关于其潜在健康影响的担忧。例如，有研究指出，对羟基苯甲酸酯可能引起过敏反应、干扰内分泌系统，甚至影响生殖功能。因此，一些国际机构如欧盟的消费者安全科学委员会（SCCS）在2013年建议对某些类型的对羟基苯甲酸酯实施限制或禁止使用。随后，美国和加拿大的化妆品成分审查组织也采取了相应的监管措施。鉴于这些法规的实施，包括日本和韩国在内的主要出口国也调整了对羟基苯甲酸酯的使用标准，从而推动了消费者对“无对羟基苯甲酸酯”产品的需求，并促使行业寻找替代的防腐方法或技术，以减少对羟基苯甲酸酯的皮肤吸收。

针对这一问题，本研究提出了一种新的策略，即将对羟基苯甲酸酯固定在紫外线过滤的无机颗粒表面，从而降低其皮肤吸收的风险。钛酸盐（TiO?）是一种广泛使用的紫外线阻隔剂，因其宽的禁带宽度和良好的化学稳定性而受到青睐。在防晒产品中，TiO?作为物理型紫外线过滤剂的关键成分，因其优异的紫外线反射和散射能力而被广泛应用。与化学型紫外线过滤剂不同，物理型紫外线过滤剂通常保留在皮肤表面，不会被吸收，因此降低了系统性暴露或皮肤刺激的风险。由于TiO?颗粒的粒径通常在10-50纳米之间，它们不容易通过完整的皮肤吸收，因此将对羟基苯甲酸酯固定在TiO?表面可以有效限制其自由扩散或渗透。通过这种方法制备的对羟基苯甲酸酯固定颗粒（paraben-immobilized particles, PiPs）可以在保留抗菌功能的同时，显著减少对羟基苯甲酸酯的皮肤吸收。

为了提高对羟基苯甲酸酯在TiO?颗粒上的吸附效率，本研究选择三种类型的连接分子，它们能够作为对羟基苯甲酸酯与TiO?颗粒之间的桥梁。这些连接分子被设计成能够与TiO?表面和对羟基苯甲酸酯分子形成特定的相互作用。其中，两种连接分子是多酚类化合物——槲皮素和单宁酸——它们的羟基可以与TiO?表面的羟基化部分通过多齿氢键进行结合。同时，连接分子上的其他官能团能够通过共价键、多齿氢键或表面配位作用，与TiO?颗粒形成稳定的连接。这种表面修饰方法能够有效提高对羟基苯甲酸酯在TiO?颗粒上的吸附能力。

本研究通过多种分析手段验证了TiO?颗粒的表面修饰效果。首先，使用zeta电位分析和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）确认了连接分子在TiO?表面的吸附情况。zeta电位分析可以评估颗粒表面的电荷特性，从而判断连接分子是否成功结合。而FT-IR则可以检测连接分子与TiO?表面之间形成的化学键，进一步确认修饰的有效性。此外，使用热重分析（TGA）对连接分子的负载量进行了定量分析，通过测量颗粒在加热过程中的质量变化，可以确定连接分子的吸附程度。这些分析结果表明，连接分子成功地结合在TiO?颗粒表面，并且在一定程度上提高了对羟基苯甲酸酯的吸附能力。

为了进一步量化对羟基苯甲酸酯在TiO?颗粒上的吸附情况，本研究使用高效液相色谱（HPLC）对每种连接分子修饰的TiO?样品进行了分析。HPLC可以分离和检测不同类型的对羟基苯甲酸酯，从而评估它们在颗粒表面的吸附效率。结果显示，连接分子修饰后的TiO?颗粒能够吸附比原始TiO?颗粒高出160%的对羟基苯甲酸酯。这一结果表明，通过连接分子的引入，对羟基苯甲酸酯在TiO?颗粒上的吸附能力得到了显著增强。

此外，为了评估对羟基苯甲酸酯固定颗粒（PiPs）的生物相容性，本研究进行了体外皮肤细胞培养实验。实验中使用了人皮肤成纤维细胞，以检测PiPs是否对细胞产生毒性。结果显示，PiPs表现出极低的细胞毒性，说明它们在保持抗菌功能的同时，对皮肤细胞的伤害非常小。这一结果对于化妆品和药品的安全性评估具有重要意义，表明这种新型的防腐方法不仅有效，而且对人体安全。

为了进一步验证PiPs的抗菌性能，本研究还进行了对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌测试。金黄色葡萄球菌是一种常见的皮肤病原体，其对皮肤感染的威胁较大。实验结果显示，PiPs表现出增强的抗菌活性，这归因于连接分子提高了对羟基苯甲酸酯的负载量。连接分子通过增强对羟基苯甲酸酯与TiO?颗粒之间的相互作用，使得更多的对羟基苯甲酸酯能够被有效吸附并释放，从而提高了其抗菌效果。这一结果表明，通过连接分子的引入，对羟基苯甲酸酯在TiO?颗粒上的抗菌性能得到了显著提升。

综上所述，本研究开发了一种新型的对羟基苯甲酸酯固定颗粒系统，该系统通过引入连接分子，将对羟基苯甲酸酯固定在TiO?颗粒表面，从而降低了其皮肤吸收的风险，同时保留了其抗菌功能。通过多种分析手段，包括zeta电位分析、FT-IR光谱、TGA和HPLC，本研究验证了连接分子的吸附效果和对羟基苯甲酸酯的负载情况。体外细胞培养实验和抗菌测试进一步证明了该系统的生物相容性和抗菌性能。这些结果表明，对羟基苯甲酸酯固定在TiO?颗粒表面的策略，为化妆品和药品行业提供了一种有效的防腐方法，同时降低了对羟基苯甲酸酯的皮肤吸收风险，具有广阔的应用前景。

在实际应用中，这种新型的对羟基苯甲酸酯固定颗粒系统可以被用于各种含有水分和脂质成分的化妆品和药品中。通过将对羟基苯甲酸酯固定在TiO?颗粒表面，不仅可以有效抑制微生物的生长，延长产品的保质期，还能显著降低对羟基苯甲酸酯的皮肤吸收，从而减少其潜在的健康风险。此外，由于TiO?颗粒本身具有良好的紫外线阻隔能力，这种系统还可以作为多功能的紫外线过滤剂和防腐剂，提高产品的综合性能。

在未来的研发方向上，这种对羟基苯甲酸酯固定颗粒系统可以进一步优化，以提高其抗菌效率和生物相容性。例如，可以通过调整连接分子的类型和数量，进一步增强对羟基苯甲酸酯的负载能力。此外，还可以研究不同类型的对羟基苯甲酸酯在TiO?颗粒上的吸附行为，以确定最佳的防腐方案。同时，为了确保该系统的安全性和有效性，还需要进行更广泛的临床测试和长期安全性评估，以验证其在实际应用中的表现。

总之，本研究通过引入连接分子，将对羟基苯甲酸酯固定在TiO?颗粒表面，为化妆品和药品行业提供了一种新的防腐策略。该策略不仅能够有效抑制微生物的生长，延长产品的保质期，还能显著降低对羟基苯甲酸酯的皮肤吸收，从而减少其潜在的健康风险。通过多种分析手段的验证，该系统的可行性得到了充分的证明，具有广阔的应用前景。未来的研究可以进一步优化该系统，以提高其抗菌效率和生物相容性，为化妆品和药品行业提供更安全、更有效的防腐方案。