落單的戀人最怕過節，選擇一款防曬霜或美白精華作為新年禮物，當然是機智的選擇。幸運的是，在坑底的化學家們早已掌握了讓人類皮膚保持白皙的秘方，幫助戀人們順利過節，是的，情人節也用得上。
01為什麽會曬黑？
首先開門見山，在日曬強烈時人們選擇防曬霜並不只是為了防止曬黑，而且不要認為冬季就不需要防曬。1999年【柳葉刀】的一篇論文
[1]
透過系統的隨機對照試驗，證實了塗抹防曬霜可以有效阻止人類被紫外線灼傷，但是否可以預防皮膚癌尚不得而知。需要註意的是，曬黑並不等同於曬傷。所以如果面臨暴曬，那麽強烈建議塗抹防曬霜以預防潛在的皮膚曬傷。
太陽除了發出人們可見的紅橙黃綠青藍紫等可見光之外，同時還會發射波長更短的紫外線：波長越短，光子所攜帶的能量就會越高，照射到人體皮膚，就越容易破壞人體細胞——甚至細胞中的DNA [2] 。人們按照紫外線的波長將其細分為三種：UV-A，UV-B，UV-C，其中UV-C波長最短，能量最高；UV-A波長最長，能量較低。幸運的是，對人體傷害最大的UV-C會被平流層的臭氧層所阻隔，難以到達地面。
圖1 紫外線的被細分為三種：UV-A，UV-B，UV-C。UV-C波長最短，能量最高，但很難到達地面。而即使波長較長、能量較低的UV-A，也會對人體皮膚造成傷害。
事實上，一部份UV-A並不會對人體皮膚造成明顯傷害——只有波長小於330nm的UV-A和UV-B才會引發皮膚紅疹。而波長大於330nm的、能量相對較低的這部份UV-A，不會引發皮膚紅疹，卻也可以被皮膚細胞微弱的吸收。這部份吸收的能量，可以激發位於皮膚基質底層的黑色素細胞合成黑色素體，催化人體必須的酪胺酸生成黑色素蛋白，並將之運輸到外層的皮膚角質細胞。黑色素可以吸收紫外線，防止人體皮膚被進一步曬傷。
沒錯，黑色素是為了保護皮膚而產生的。因此日光較為強烈的地區，人類皮膚會偏向於深色或黑色；而有些皮膚白皙難以被曬黑的人群，由於合成黑色素較少，反而容易被曬傷。這時就需要防曬霜登場了。
02防曬霜原理
如前所述，防曬霜最需要阻止的是波長315-280 nm的UV-A與UV-B到達人類皮膚。防曬霜品牌很多，但作用原理無外乎如圖2所示的三種，可分為兩大類：①化學吸收；②③奈米化無機物UV吸收與大顆粒無機物UV吸收。
圖2 防曬霜的三種作用機制
① 化學吸收 。化學吸收是所有防曬霜都會采用的一類基礎策略。透過引入具有吸收紫外線作用的有機物，將紫外線能量吸收掉，就可以顯著避免皮膚細胞被紫外線傷害。如果仔細研究防曬霜的有效成分，會發現起到化學吸收作用的物質往往具有苯環——盡管苯環在群眾中的聲譽不好，但許多含有苯環的物質是安全而可靠的。值得一提的是，單一有機分子的往往只能吸收一部份紫外線，需要多種紫外吸收分子才能實作較好的防曬效果。
吸收紫外線的有機分子必須保持足夠的穩定性。如果有機物吸收紫外線發生分解，則有可能產生自由基，而自由基本身有很強的氧化性，會對皮膚產生次級傷害，甚至引發皮膚病變。
② 奈米化無機物UV吸收 。氧化鋅、二氧化鈦等無機物同樣可以有效吸收紫外線。同時，UV在顆粒之間發生多次反射，一定程度上將被耗散掉。並且對這些無機物進行充分粉碎至奈米顆粒，一方面可以顯著增加防曬霜中的無機物表面積，提升吸收效果；另一方面可以增加無機物對紫外線的漫反射效果，因此它們是諸多防曬霜廠家選擇配方的關鍵組成成分以及工藝策略。
同樣需要註意的是，被防曬霜中無機成分所吸收的紫外線的能量並不會憑空消失，這部份能量如果被傳遞給皮膚周圍的氧氣分子或者皮膚細胞的分子，將會對皮膚造成傷害。奈米粒子本身粒徑很小，也有學者擔心其可能滲透入皮膚細胞造成後續影響。因此現有防曬霜中的奈米顆粒都已經被聚乙二醇等高分子所包裹，反應活性大大下降，可以比較放心的使用（反正不放心也沒得選）。
此外，考慮到有些人群反而希望曬黑一些，但又不希望被曬傷，一些廠家的防曬霜（尤其是歐美廠家）會將成分進行調控，以實作只吸收波長小於330nm的這部份紫外線的效果。被漏掉的部份紫外線則用以刺激黑色素的形成——健康的古銅色皮膚從而有機會實作。
03 美 白
如前所述，黑色素的形成與沈澱是皮膚變黑的關鍵所在。因此想要皮膚保持白皙首先要註意防曬。但如果已經有了較深的膚色呢，有沒有可能變白呢？那些美白化妝品的廣告真的那麽有效嗎？
圖3 美白思路：黑色素生成前幹擾黑素體或酶功能；黑色素生成中抑制其合成；黑色素生成後，阻止色素沈澱（黑色素轉移或分散黑色素）。
當然。如圖3所示，化學家與生物學家透過認識和理解黑色素的生成-轉移-沈澱過程，已經掌握了多種阻止皮膚變黑的策略。而其中最被廣泛套用的美白方案，是由於科學家們敏銳的認識到，黑色素的生成過程，是酪胺酸逐步被酪胺酸酶 氧化 的過程。
那麽主流的抑制黑色素生成的思路就已經可以建立了：①阻止絡胺酸被氧化；②阻止絡胺酸酶的生成或生效。
① 阻止絡胺酸被氧化 。既然絡胺酸被最終氧化為黑色素，那麽使用或者服用還原劑是最為直接的思路。許多美白或淡斑產品所使用的抗壞血酸（維生素C）或者其衍生物，其淡斑機制就是利用維生素C的還原性來阻止酪胺酸的氧化過程。
註意！許多美容機構聲稱可以快速美白，這時候請務必小心：他們往往會使用有毒的強效還原劑氫醌（對二苯酚，hydroquinone）來達到快速美白效果。氫醌可以將酪胺酸的氧化中間產物多巴醌還原，阻止黑色素的形成，同時氫醌自身也可以霸占酪胺酸酶，催化自身氧化[3]。遺憾的是，盡管氫醌美白效果極好，但它是有毒的！請務必不要使用！
圖4 氫醌阻止黑色素形成的原理
② 阻止絡胺酸酶的生成或生效 。除了阻止酪胺酸被氧化之外，另一種更底層的美白策略是直接阻止絡胺酸酶的生成，或者阻止其生效。酪胺酸酶是一類含有銅離子的有機物，化學家們透過選擇一些可以與銅離子結合的物質，就有機會顯著降低絡胺酸酶的活性。比如近年來較為熱門的天然美白成分曲酸（Kojic acid），以及某日系品牌常用的4-甲氧基水楊酸鉀（4-MSK），他們的功效往往被歸功於其分子與銅離子的配位對酪胺酸酶活性的抑制。
目前而言，對於已經變黑的皮膚，大多數的「淡斑」護膚品采取雙管齊下的策略：一方面采用上述幹擾新的黑色素生成的策略來阻止後續變黑，另一方面則會添加酸性物質，加速皮膚表皮細胞更新，逐漸用黑色素較少的新細胞替換掉黑色素較多的舊細胞。這也是眾多美白護膚品會添加有機酸的原因。
04 結 語
防曬霜與美白精華背後都有著有趣的化學知識。提前了解這些知識，在送出禮物的時候故作輕松的告訴TA這些神秘而精妙的化學機理，一定可以讓你們的感情更進一步。
相信我。
參考文獻
[1] Green A, Williams G, Nèale R, et al. Daily sunscreen application and betacarotene supplementation in prevention of basal-cell and squamous-cell carcinomas of the skin: a randomised controlled trial[J]. The Lancet, 1999, 354(9180): 723-729.
[2] Setlow R B. The wavelengths in sunlight effective in producing skin cancer: a theoretical analysis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1974, 71(9): 3363-3366.[3] Palumbo A, d'Ischia M, Misuraca G, et al. Mechanism of inhibition of melanogenesis by hydroquinone[J]. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects, 1991, 1073(1): 85-90.本文圖片由作者提供
