《Chem & Bio Engineering》:Photo and Thermal Stable Lignin-Based Sunscreen Microcapsules
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本研究報道了一種基于酶解木質素(EHL)的防曬微膠囊的制備與優化,該微膠囊封裝了由OMC、DHHB、EHT和BEMT四種新型紫外線吸收劑組成的優化核心配方。通過一步超聲空化法制備的微膠囊粒徑均一(平均383納米),顯著提升了光穩定性與生物相容性。以10 wt%該微膠囊為唯一活性成分的防曬霜,其防曬指數(SPF)可達147,在10小時紫外線(UV)照射后SPF值僅下降14.7%,且在50°C下性能穩定。該研究為開發高效、穩定且安全的天然來源防曬劑提供了新策略。
引言:高效穩定防曬劑的需求與挑戰
過度暴露于紫外線(UV)輻射會導致皮膚曬傷、老化甚至皮膚癌。雖然防曬霜自20世紀30年代起被廣泛使用,但主流化學防曬劑中的小分子活性成分可能存在光降解、滲透皮膚及引發健康風險的潛在問題。因此,開發更安全、高效的防曬技術至關重要。木質素作為自然界最豐富的可再生芳香聚合物,其芳香骨架和共軛結構可吸收紫外線,酚羥基可清除自由基,且其三維網絡結構賦予了優異的光穩定性,是極具潛力的天然防曬材料。然而,單純的木質素防曬性能有限,此前研究曾嘗試將阿伏苯宗(BMDM)與甲氧基肉桂酸辛酯(OMC)封裝于木質素中,但二者配伍時光穩定性不佳的問題限制了其實際應用。
實驗部分:材料與方法
本研究以酶解木質素(EHL)為壁材,將OMC、二乙氨基羥基苯甲酰基苯甲酸己酯(DHHB)、乙基己基三嗪酮(EHT)和雙-乙基己氧基苯酚甲氧基苯基三嗪(BEMT)四種紫外線吸收劑按質量比10:3.5:1:1混合作為油性核心。在堿性水溶液中溶解EHL,加入表面活性劑吐溫80(Tween 80)促進分散與乳化,通過超聲細胞破碎儀(脈沖模式)進行超聲空化處理,離心后得到(OMC+DHHB+EHT+BEMT)/EHL微膠囊。將所得微膠囊與妮維雅(NIVEA)純霜以不同比例混合,制備出木質素微膠囊基防曬霜。
研究對微膠囊的形貌、粒徑、負載量(LC)、包封率(EE)、紫外吸收性能、光穩定性、熱穩定性、抗氧化性、皮膚滲透性、細胞毒性及防曬霜的流變學性能等進行了系統表征。防曬指數(SPF)值采用紫外透射率分析儀測定,光穩定性測試使用氙燈進行紫外線照射,體外皮膚滲透實驗采用Franz擴散池法,細胞毒性通過MTT法在HaCaT細胞上進行評估。
結果與討論
EHL基微膠囊的制備優化及其紫外線阻擋性能
通過系統優化超聲時間、水油比、EHL濃度和表面活性劑用量,獲得了最優制備條件。超聲時間2.5分鐘時,微膠囊平均粒徑最小(296納米),多分散指數(P.D.I.)最低。水油比為8:2、EHL濃度為5 wt%、Tween 80添加量為2 wt%時,所制備的微膠囊具有較小的粒徑、較高的包封率,并以10 wt%添加量制備的防曬霜表現出最優的紫外線阻擋性能,SPF值高達147。這歸因于優化的核心配方中,DHHB、EHT和BEMT等新型紫外線吸收劑自身具有優異的光穩定性,且與EHL產生了協同增強效應。
EHL基微膠囊的結構、顏色與生物相容性
在最優條件下制備的微膠囊呈均勻的球形,平均直徑約383納米。傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析表明超聲空化過程沒有破壞活性成分的分子結構。相較于深棕色的純EHL,微膠囊及其防曬霜的顏色顯著變淺,白度指數(WI)提升了87.6%。體外皮膚滲透實驗顯示,微膠囊的累積滲透量比游離的化學防曬活性物降低了53.4%。細胞毒性實驗進一步證實,在1 g/L濃度下,微膠囊處理組HaCaT細胞存活率為89.52%,而游離化學防曬劑組僅為33.76%,表明微膠囊封裝顯著提高了生物相容性。
EHL微膠囊基防曬霜的性能與穩定性
含有5、10、15 wt%微膠囊的防曬霜SPF值分別為57、147和171,表現出廣譜的紫外線吸收能力。光穩定性測試表明,含有10 wt%微膠囊的防曬霜在10小時連續紫外線照射后,SPF值僅下降14.7%,而含有傳統配方(OMC+BMDM)的防曬霜及一款市售防曬霜的SPF值下降顯著。在50°C下儲存28天后,微膠囊防曬霜的SPF值甚至因水分蒸發導致的微膠囊濃度增加而略有上升,表現出良好的熱穩定性。此外,EHL的酚羥基賦予了微膠囊良好的抗氧化能力,在1 g/L濃度下對DPPH自由基的清除率可達69%。微膠囊在280-380納米波長范圍內的紫外吸收強度高于單獨的EHL或化學防曬劑,證實了協同增強效應。
EHL微膠囊基防曬霜的皮膚應用評價
該微膠囊防曬霜在皮膚上呈近透明的淺膚色,無泛白現象,應用8小時后未觀察到紅斑、腫脹或過敏反應。紫外線敏化測試證實了其有效的紫外線阻擋性能。流變學分析顯示,該防曬霜具有顯著的剪切稀化行為和較高的屈服應力,使用時膚感更清爽、黏膩感更低。其較高的復數粘度表明其具有良好的界面彈性和穩定性,便于輕拍涂抹。經過水抵抗性測試后,其SPF值仍保持在80以上。
結論
通過優化以新型核心材料(OMC、DHHB、EHT、BEMT)制備微膠囊的工藝,本研究成功開發出具有優異光、熱穩定性的木質素基防曬微膠囊。最優條件下制備的微膠囊為平均粒徑383納米的均勻球形顆粒。以其為唯一活性成分(10 wt%)的防曬霜SPF值高達147,顏色淺淡接近膚色。該木質素微膠囊基防曬霜展現出持久的紫外線防護性能、良好的生物相容性與應用膚感,在開發高效、穩定、安全的天然防曬產品方面展現出廣闊的應用潛力。