本文来自微信公众号：把科学带回家（ID：steamforkids），作者：Mirror，来源：万物，头图来自：东方IC
在马路可煎蛋的天气里，恨不得天天宅在空调房里足不出户，但口粮不能不挣，暑假不能不浪，还是免不了直面炽热的阳光。
这时候，你就需要一款给力的防晒霜为你打响美白保卫战。糙汉子们可别以为这都是精致妹子的事，其实防晒霜的作用并不仅限于对外表的保护，一款合格的防晒霜还应该为你的皮肤健康提供保障。
然而，一些研究却报道了某些防晒成分对人体和环境的潜在影响。那么，到底该不该用防晒霜？又该如何科学地防晒？相信看完这篇，你就心里有数了。
一、防晒霜原理
在了解防晒霜之前，我们需要先摸清“敌情“。这个“敌人”并不是所有阳光，而是其中的紫外线（UV）。紫外线按照波长主要分为三类：长波紫外线UVA（315-400 nm）、中波紫外线UVB（280-315 nm）和短波紫外线UVC（100-280 nm）。（注：非标准划分中也有将UVA划分为320-400 nm的情况）
波长越长的紫外线穿透力越强，而波长最长的UVA能够穿透表皮层到达真皮层，激活黑色素细胞使其合成黑色素以抵御紫外线，但过量的照射就可能损伤DNA引发恶性黑色素瘤、鳞状细胞癌等皮肤癌。这也是缺乏黑色素却喜欢美黑的白种人皮肤癌高发的原因之一。
长时间的UV照射会损伤DNA
UVA除了会使你的皮肤晒黑，还会加快皮肤老化、松弛，形成皱纹和老年斑，可以说是皮肤的死敌了。
UVB虽然一般停留在表皮层，杀伤力却也不小。导致皮肤晒红甚至晒伤的罪魁祸首就是它。
而最后一种波长最短的UVC，虽然能量也最高，但在经过大气这层防护罩时已经被大大削弱，即使有少量能够到达人体，也多被皮肤的角质层吸收。
不同紫外线穿过大气层被削减的程度
现在我们已经明确了“敌方的主力军”（UVA和UVB），那么接下来就该见招拆招选择“防御装备”。就先从防晒霜包装上最常见的参数说起，即防晒指数SPF（sun protection factor）。我们都知道这个指数越大，防晒能力越强。但这些数字的具体含义又是什么呢？
举个例子你就能明白：“SPF 15”表示的是按照推荐剂量使用该防晒霜后，造成晒伤的紫外线（UVB）到达你的皮肤时会被削弱为原来的1/15（即阻挡约93%的UVB）。也就是说原本可能10分钟就会造成的晒伤，使用推荐剂量的防晒霜会为你延长保护至150分钟。一般SPF 15就能满足日常通勤的防晒需求。
值得注意的是，高SPF值的防晒霜并不会比低SPF值的防晒霜在你的皮肤上维持得更久，都需要大约两小时补充一次。而且，高于50的SPF值很可能是夸大宣传，因为还没有足够证据证明现有的防晒霜能达到比“SPF 50”更好的防晒效果。美国食品和药物管理局（FDA）已禁止商家标注高于60的SPF值，所以没必要为追求不切实际的SPF值花冤枉钱。
根据SPF的定义你会发现，这仅仅是评估UVB防护效果的指标，因为早期防晒霜的使用就是为了防止晒伤。随着人们意识到UVA的危害，能同时阻挡UVA和UVB的广谱（Broad Spectrum）防晒霜开始被推广开来。就在今年，FDA刚提出SPF大于15的防晒霜必须为广谱的新规。
目前还并没有评估UVA防护效果的统一标准。除了美国使用的“广谱”（Broad Spectrum）标注，还有亚洲例如日本防晒霜的PA分级系统（Protection Grade of UVA）【“+”越多（1-4个），防护越强】，以及英国和爱尔兰使用的星级评估系统【⭐越多（3-5颗），防护越强】。
各国使用的UVA防护效果评估系统
只知道防晒指数当然还不够，市面上五花八门的防晒霜还是会令人眼花缭乱。你可能在商场热情的导购员那里听过防晒霜主要分为两种：物理防晒和化学防晒。它们俩又有什么不同呢？
物理防晒：反射或散射UV，一般为无机成分，如氧化锌（ZnO）、二氧化钛（TiO2）。这类成分较为稳定，不易被光降解，因此可维持较长时间。
化学防晒：吸收UV，一般为有机成分，如二苯甲酮-3（oxybenzone）、阿伏苯宗（avobenzone）。吸收UV后会开始降解，因此这类防晒霜中一般会添加化学稳定剂来放慢其降解速度。
目前看来物理防晒比化学防晒更稳定，那么吸收UV的效果又如何呢？
下面这张表格列出了常见防晒物质对UV的阻挡情况，可以看到氧化锌在常用防晒成分中防护能力最强，但还是没有衬衫强。（不怕热的，考虑一下穿长袖衬衫出门？）
不同防晒物质的UV防护情况，图表来源：美国环境工作组（EWG）
二、安全隐患？
提到化学成分，大家最关心的一定是它们会不会对健康造成影响。这也是研究者们关心的问题。下面我们就来列举一下目前的防晒成分可能存在的问题。注意这里的可能仅仅是基于现有的研究，希望大家能够辩证地看待。
进入人体？
今年有一项关于防晒霜进入人体的研究结果备受关注，引起了大家对防晒霜的质疑。研究中使用的防晒成分主要为有机化合物，包括阿伏苯宗（avobenzone）、二苯甲酮-3（axybenzone）、奥克立林（octocrylene）和依茨舒（ecamsule）。24名受试者每天四次将防晒霜涂抹于75%皮肤，并坚持了4天，结果在停止使用三天后，血液中依然检测出了高水平的防晒成分。
另外，美国环境工作组（Environmental Working Group ，EWG）也曾在尿液中检测出二苯甲酮-3。目前还不清楚这些成分渗入血液会对人体造成怎样的影响。不过也有人指出，实验中使用的大剂量平常一般不会用到。
呼吸道癌？
2009年的一项研究显示二氧化钛纳米微粒可能引起小鼠的呼吸道癌。而国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer，IARC）也的确将其归为2B类致癌物质，即可能致癌，但对人类致癌的证据并不充分。
并且可能致癌的前提是将颗粒物吸入，并非皮肤接触。使用防晒喷雾时就要注意避免吸入。但对此更需要引起重视的是长期与二氧化钛纳米微粒打交道的工业生产者，因为在许多需要亮白的生活用品中，二氧化钛都被作为常用的添加剂。
威胁海洋生态？
防晒霜和海洋听起来可能有些遥远，但是想想夏日的海滩你就能理解为什么二者会发生联系了。没错，正是海滩游客身上大面积的防晒霜会进入海水。
研究者已经在许多水域中检测到了防晒霜中的成分，有些甚至还出现在了鱼类中。某些防晒成分，尤其是二苯甲酮-3会在水中反应产生过氧化氢等物质，浓度过高时就会对浮游生物包括珊瑚虫的幼体（浮浪幼虫）产生毒性。也有研究报道称二氧化钛纳米微粒会减少珊瑚的内共生藻从而导致珊瑚白化走向死亡。
失去共生藻的白化珊瑚
不过这些实验中所采用的防晒成分浓度是否与海水中的实际浓度一致仍旧存疑。实际上，今年刚发表的一项研究发现海水中二苯甲酮-3的浓度比之前报道的要少，且低于毒害环境的阈值。美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）也指出相比防晒霜的危害，珊瑚的白化更多的是受气候变化、过度捕捞、废水污染等的影响。
但这并不代表着我们就可以无所顾忌地在海边使用过量的防晒霜，毕竟某些成分也可能通过食物链积累，最终危害我们自身。目前，夏威夷已经立法禁止销售含有二苯甲酮-3和桂皮酸盐的防晒霜。
看了上面这些，你可别对防晒霜产生阴影，与不确定的危害相比，还是UV确定能引起的皮肤癌更可怕。除了利用遮蔽物（防晒衣、遮阳伞等），你还可以在防晒霜成分上下点功夫，留意下令人头疼的成分表。目前还尚未发现防晒霜中的氧化锌对人体或环境有负面影响。
三、新型防晒产品
未来，科学家们也许会研发出新型防晒产品为我们免除上述隐患。
防止渗入细胞
上文我们提到许多防晒成分都有进入细胞的风险，为了解决这一问题，研究者用牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）等成分制成了一种生物粘性纳米微粒（bioadhesive nanoparticles，BNPs），它能够作为载体包裹防晒成分使其无法进入细胞，同时还能增强防晒效果。
包裹BNPs后，防晒霜被阻挡在细胞外（右），图片来源 Deng, Y. et al . (2015)
以防晒成分padimate-O为例，使用这种纳米微粒将其包裹后，只需要添加原先5%的量就能达到相同的防晒效果。
修复DNA
这听起来就像是某种伪科学的广告宣传，但实验证明DNA修复酶的确可以做到这一点。它们就是紫外核酸内切酶和光解酶。前者主要来源于藤黄微球菌（Micrococcus luteus），而后者来源于浮游生物和某些藻类。其中光解酶需要光激活后才能修复由UVB造成的DNA损伤。目前该产品研发成本较高，还并未推广开来。如果大家在市场上看到类似产品时还是多留个心眼，哦，不，先问候下自己的钱包。
紫外线检测贴纸
涂个防晒霜就够麻烦的了，你还要我用贴纸检测紫外线？听起来是有些鸡肋，但其实很多人都没意识到自己并没有充分利用好防晒霜。有调查显示大多数人都只用了推荐剂量的1/4到1/2。说推荐剂量是2毫克每平方厘米你可能没什么概念，具体说就是：一张平均大小的脸大约需要1/4到1/3茶匙（或一个硬币大小）的防晒霜。
就算你用够了推荐剂量，没有及时补充（大约两小时一次），防晒霜的效力还是会被削弱。所以发明紫外线检测贴纸的目的就是提醒你及时补充防晒霜。
紫外线检测贴纸日晒前后颜色变化 ，图片来源 Hacker, E. et al. (2019)
这种原本透明的贴纸中含有光致变色分子，在接收的紫外线强度增加时会变为紫色。
使用生物材料
很久以前科学家就好奇为什么浅海的珊瑚不怕晒？
后来他们发现原来珊瑚拥有一种天然活体“防晒霜”——与它们共生的藻类。这些藻类能够释放一种物质传递给珊瑚虫，令其进一步加工为具有防晒效果的物质，并且鱼类在吃下这些珊瑚虫后也能够更好地抵御阳光。
研究者从这些藻类和鱼类的粘液中提取出了菌胞素和类菌胞素氨基酸（MAAs），将它们与壳聚糖（Chitosan）结合制成了一种高效且广谱的防晒成分（在310-360 nm的波段吸收最强）。
壳聚糖就来源于虾、蟹和昆虫等动物的外壳。而菌胞素和类菌胞素氨基酸则广泛存在于藻类和浮游生物中，尤其在红藻门中含量最高，我们平常吃的紫菜就属于红藻门。
这种由纯生物材料制成的防晒霜具有良好的生物相容性、可生物降解，甚至还有抗菌作用。未来还可能通过基因工程改造细菌来进行大量生产。
传统防晒霜
其实古时候的人类就已经懂得利用天然材料来防晒。例如，古埃及人会用大米提取物、茉莉和羽扇豆来制作“防晒霜”，某些配方仍沿用至今。生活于东南亚的海上游牧民族——巴瑶族（Bajau）会以水草、大米和香料为原料制成一种叫作“burak”的传统“防晒霜”。
而在缅甸，用黄香楝树干研磨的粉浆被广泛地用于日常防晒。
或许新型的防晒成分也可以从这些传统的原料中获得灵感。
最后友情提醒各位，今天，你防晒了吗？
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