Các chất lọc tia cực tím (UV) vô cơ trong kem chống nắng

Ngày nay, mối quan tâm về ung thư da ngày càng tăng, đặc biệt là ở các nước nhiệt đới, nơi tỷ lệ chiếu sáng của tia UVA/B cao hơn. Việc sử dụng kem chống nắng đúng cách là cách hiệu quả nhất để ngăn ngừa sự phát triển của bệnh này. Thành phần có trong kem chống nắng có thể là các chất lọc tia UV hữu cơ và/hoặc vô cơ.

Chất lọc tia UV hữu cơ và vô cơ

Có hai nhóm các phân tử hoạt tính có thể hoạt động là các chất lọc tia UV: hữu cơ và vô cơ. Các chất lọc tia UV vô cơ như kẽm oxit, titan dioxit, oxit sắt, kaolin, ichthammol, ret vet pet, bột tan, calamin, photphat và cacbonat dựa trên vật liệu nano và phân tán hydroxyapatite dạng tinh khiết và hỗn hợp, phản xạ và/hoặc hấp thụ bức xạ mặt trời chiếu đến da. Các chất lọc tia UV hữu cơ thường là các hợp chất thơm có một nhóm carbonyl. Khi tiếp nhận năng lượng của các photon UV, các chất lọc tia UV hữu cơ có thể hoạt động theo ba cách: (i) biến đổi cấu trúc phân tử, (ii) phát bức xạ ở bước sóng cao hơn hoặc (iii) giải phóng năng lượng chiếu tới dưới dạng nhiệt. Cơ chế hoạt động của các phân tử bảo vệ hữu cơ có tính thuận nghịch, do đó cùng một phân tử có thể hoạt động lặp đi lặp lại. Ví dụ về các chất lọc tia UV hữu cơ là salicylat, cinnamat, benzophenone, anthranilat, dibenzoylmetan và paminobenzoat. Hình 1 minh hoạ các cơ chế hoạt động khác nhau của các chất lọc tia UV hữu cơ và vô cơ.

Hình 1: Cơ chế hoạt động của các chất lọc tia uv hữu cơ và vô cơ (Nguồn internet)

Cả hai loại chất lọc tia UV vô cơ và hữu cơ đều có thể bảo vệ da khỏi tia UVA và UVB. Tuy nhiên, không phải tất cả các chất lọc tia UV hữu cơ đều hấp thụ toàn bộ tia UV và nhiều chất chỉ hấp thụ tia UVB.

Các chất lọc tia UV vô cơ có một số ưu điểm so với các chất lọc tia UV hữu cơ: chúng cho phép bảo vệ dải quang phổ rộng hơn (bao gồm UVA và UVB) và ổn định trước ánh sáng trong khi một số chất lọc tia UV hữu cơ (ví dụ như avobenzone) không ổn định trước ánh sáng, gây dị ứng thấp và làm cho da bị nhạy cảm. Yếu tố cuối cùng này giải thích vì sao chúng được sử dụng rộng rãi trong kem chống nắng cho trẻ em, có xu hướng gây kích ứng da ít hơn các chất lọc tia UV hữu cơ. Hơn nữa, khi hấp thụ các photon UV, các chất lọc tia UV hữu cơ có thể giải phóng các gốc tự do và do đó phá hủy collagen, elastin hoặc ADN của tế bào da. Vì vậy, việc sử dụng thường xuyên các chất lọc tia UV hữu cơ có thể bị nghi ngờ vì lý do an toàn bởi việc sử dụng chúng gây ra các phản ứng phụ không thể bỏ qua được.

Các chất lọc tia cực tím vô cơ: TiO2 VÀ ZnO

Titan dioxit là một chất lọc tia cực tím vô cơ hoạt động bằng cách tán xạ, phản xạ và/hoặc hấp thụ tia UV, bảo vệ ADN của tế bào da không bị hủy hoại bởi bức xạ này. TiO2 được cả ANVISA và USP (United States Pharmacopeia) công nhận là an toàn với nồng độ lên tới 25% trọng lượng.

Oxit kẽm cũng có hoạt tính xúc tác quang học. Có nhiều nghiên cứu đánh giá cả TiO2 và ZnO đều có khả năng hoạt động như một chất diệt khuẩn. Chúng đã được chứng minh có hiệu quả chống lại các loại vi khuẩn Bacillus subtilis, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa và Streptococcus aureus. Một cách để giết chết vi khuẩn là sự cạn kiệt lớp lipid kép của một số vi khuẩn thông qua các dạng oxy hoạt tính được hình thành bởi các hạt nano oxi.

TiO2 có ba dạng tinh thể là anatase, rutile và brookite, nhưng chỉ anatase và rutile là hữu ích đối với các sản phẩm chống nắng. Anatase là dạng đa hình có hoạt tính quang học nhất của TiO2, có hoạt tính quang xúc tác cao hơn rutile. Cấu trúc của các hạt nano, đặc biệt là bề mặt của chúng, đóng vai trò nổi bật trong phản ứng hóa học của chúng và các tính chất khác. Người ta đã gợi ý rằng các tổn hại oxy hoá gây ra bởi bức xạ UV trong quá trình quang xúc tác bị ảnh hưởng mạnh bởi hạt titan nano đa hình và các chất hoạt hóa được hình thành bởi tinh thể nano có tác động làm phá vỡ chức năng của tế bào.

Phạm vi bảo vệ khỏi tia cực tím của TiO2 rất rộng, trải dài từ vùng UVA II đến UVB, trong khi phạm vi bảo vệ của ZnO cao nhất đối với phổ UVA. Như vậy, ZnO được sử dụng là một chất bổ sung cho chất làm suy giảm UVB, cho phép tạo ra các chế phẩm bảo vệ trên vùng phổ rộng trong suốt cả ngày. Tuy nhiên, TiO2 có thể được sử dụng một mình vì nó giúp bảo vệ trên toàn bộ quang phổ. Hình 2 cho thấy phổ hấp thụ của TiO2 và ZnO.

Những thách thức khi tạo ra kem chống nắng với các chất lọc tia cực tím vô cơ

Một trong những đặc điểm không thuận lợi của các oxit này trong các công thức kem chống nắng là khả năng tạo ra một lớp màng phim trắng. Điều này là do hai tính chất đặc biệt của các vật liệu này: thứ nhất là kích thước lớn của các hạt (trên 200 nm), cho phép phản xạ không chỉ tia UV mà còn cả ánh sáng nhìn thấy (bước sóng từ 400 đến 700 nm) và tính chất thứ hai, không thay đổi, là chỉ số khúc xạ cao (TiO2 là 2,6 và ZnO là 1,9). Vì vậy, nhiều nhà sản xuất đang tạo ra các chất lọc tia UV vô cơ có kích thước micromet hoặc dưới micromet (các hạt có kích thước nanno) bởi vì việc giảm kích thước hạt cải thiện vẻ ngoài của kem chống nắng thương mại và tăng cường hấp thụ bức xạ, cho phép sử dụng chúng trong các công thức chống nắng dạng lotion và nhũ tương. Kích cỡ hạt từ 15 đến 50 nm có thể cho vẻ ngoài mờ do khả năng phản xạ tia UV-VIS thấp.

Một thách thức nữa là các chất lọc tia UV vô cơ rất khó kết hợp và đòi hỏi nhiều kỹ thuật hơn để duy trì sự ổn định. Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này đang liên tục tìm kiếm các cải tiến về công thức kem chống nắng như các phân tử hoạt tính mới và/hoặc các cách kết hợp mới có thể có cũng như phát triển các hệ mỹ phẩm mới. Đối với TiO2 thì silica, alumina hoặc chất bao phủ polyme đã được sử dụng để tăng tính ổn định trong lotion và kem. Các hạt nano có vẻ ngoài trong suốt ở nhiệt độ dao động từ 25 đến 60oC nên rất hấp dẫn đối với thị trường mỹ phẩm. Hơn nữa, có thể kết hợp các hạt nano này vào các hệ tinh thể lỏng mà không ảnh hưởng đến cấu trúc có trật tự của các công thức này.