Даже после многократного применения солнцезащитных кремов наночастицы, экранирующие УФ радиацию, не проходят вглубь ткани, а локализуются в приповерхностных слоях нашей кожи и способствуют образованию незначительного количества свободных радикалов. Алексей Попов (Alexey Popov) из Университета Оулу (University of Oulu), Финляндия делится важными результатами исследований, которые опубликованы на сайте SPIE

С утоньшением озонового слоя, к которой приводит все возрастающая промышленная активность человечества, с одной стороны, и усиливающееся желание растущего населения планеты проводить все больше времени «на свежем воздухе», с другой стороны, очень важной проблемой становится защита от ультрафиолетовой (УФ) радиации – причем в дополнение к той, что уже естественным образом дает наша кожа. Это и есть основные причины использования солнцезащитных кремов. Защитные свойства таких кремов основаны на поглощении и рассеянии падающего солнечного излучения их составляющими (УФ фильтрами). Часть из них является некоторыми химическими и физическими соединениями, хорошо поглощающими оптическое излучение в УФ области спектра. В состав многих солнцезащитных кремов входят также наночастицы минеральных веществ, которые обладают высоким поглощением и рассеивающими свойствами.

Однако, здесь существует множество ограничений. Далеко не все размеры частиц одинаково эффективны для защиты от УФ излучения. Высокие требования к солнцезащитным кремам, которые должны и выглядеть красиво и удовлетворять соответствующим характеристикам ослабления солнечной радиации. В последнее время, выдвинут ряд серьезных сомнений в безопасности наночастиц, в частности, имеет место опасение того, что такие частицы могут проходить не только через верхний грубый слой кожи, но и проникать в клетки тканей. Образование вредоносных свободных радикалов, которое происходит под воздействием УФ радиации в присутствии некоторых наночастиц, является не последним в этом ряду.

Изображение 25– нанометровых частиц диоксида титана (TiO₂) в разбавленном креме. (Просвечивающий электронный микроскоп, деление шкалы 0,2 мкм)

С привлечением добровольцев были проведены исследования, имитировавшие поведение отпускников, загорающих под солнцем. После многочисленного наложения солнцезащитных кремов, содержавших наночастицы диоксида титана (TiO₂), через четыре дня после начала эксперимента «stratum corneum» (грубый верхний слой кожи) был последовательно удален с помощью липкой ленты. Анализы этой ленты, содержавшей клетки кожи, проводились методом рентгеновской флуоресцентной спектроскопии и показали содержание наночастиц диоксида титана в каждом из образцов и позволили восстановить картину распределения этих наночастиц по глубине. Было установлено, что концентрация наночастиц – приповерхностная, не более 1–3 мкм по глубине, что подтверждает результаты исследований других авторов.

Влияние размера частиц на фильтрацию УФ излучения рассматривалось на основе теории рассеяния Ми. При этом, предполагалось, что наночастицы диоксида титана представляют собой правильные диэлектрические сферы. В расчетах перемещения фотонов внутри слоя кожного покрова использовали метод Монте-Карло. Результаты показали, что для более коротких длин волн падающего излучения наибольшее ослабление радиации дают частицы меньшего размера, например, при длине волны 400 нм наибольшее ослабление дают частицы диаметром 122 нм, в то время как с уменьшением длины волны до 310 нм, наибольшая эффективность ослабления излучения получена при характерном размере наночастиц 62 нм. Такой разброс объясняется различными механизмами ослабления солнечного излучения. Более коротковолновое излучение, в основном, поглощается наночастицами, в то время как для более длинноволнового излучения работают механизмы и поглощения и отражения.

Группа ученых Университета Оулу исследовала также и образование свободных радикалов на стеклянных подложках и на образцах свиной кожи in vitro в присутствии наночастиц диоксида титана из минерала анатаз (одна из трёх природных полиморфных модификаций диоксида титана), в составе солнцезащитного крема. В экспериментах использовали частицы диаметром 25 и 400 нм. Для регистрации образующихся свободных радикалов ученые использовали методы электронной парамагнитно-резонансной спектроскопии. Частицы меньшего размера были более фотоактивны, чем большие частицы. Это было хорошо заметно на экспериментах с плацебо (солнцезащитный крем без УФ фильтров, нанесенный на стеклянные подложки). Теория Ми объясняет разницу в поглощении, исходя из размеров частиц, а как следствие этого, выявлены и различия в количестве образовавшихся свободных радикалов. Однако, в том случае, когда частицы нанесены на свиную кожу, особой разницы в ослаблении излучения не обнаружено. Это и объясняется участием свиной кожи в процессе образования свободных радикалов, по сравнению с которыми наночастицы перестают играть существенную роль (в использованных концентрациях солнцезащитного крема – 2 мг/см²)

Некоторые выводы в заключение. Исследования, фокусируясь на взаимодействии наночастиц с кожей, позволили установить следующее. Минеральный состав солнцезащитных кремов, по крайней мере, в настоящее время не представляет собой опасности. Даже многократное использование, при котором наночастицы остаются локализованными вблизи поверхности кожи, и их возможности способствовать образованию свободных радикалов не выходят за пределы того количества, что было получено на экспериментах со свиной кожей in vitro. Тем не менее, можно допустить, что последний эффект может оказаться более сильным in vivo: применимость данных результатов к человеческой коже должна быть тоже подтверждена.

Евгений Биргер