紫外线（UVA，320–400 nm；UVB，290–320 nm）的过度暴露会导致皮肤色素沉着、加速老化甚至增加皮肤癌风险，因此有效的防晒霜至关重要。

防晒霜分为物理防晒和化学防晒两类：物理防晒（如氧化锌、二氧化钛）通过反射和散射紫外线发挥作用，但需厚涂且可能产生有害活性氧；化学防晒（如阿伏苯宗，AVO）直接吸收紫外线并转化为低害能量，质地透明但易渗透皮肤、引发敏感，且AVO在紫外线照射下结构不稳定，长期效果受限。

为解决这些问题，广东工业大学轻工化工学院邱学青教授、陈理恒副教授等人开发了一种绿色策略：首先利用碳酸二甲酯/乙醇共溶剂体系对碱木质素进行分馏，获得了浅色、低异质性的木质素；进而采用乳液溶剂蒸发法，将阿伏苯宗封装于木质素微球，显著提升了其光稳定性和安全性。相关研究以“Green encapsulation of avobenzone in lignin microspheres: A promising approach for enhanced UV protection and photostability”为题目，发表于期刊《Industrial Crops and Products》。

本文要点：

1、为解决化学防晒剂阿伏苯宗（AVO）光稳定性差的问题，本研究开发了一种基于木质素的绿色包封策略。

2、首先，利用碳酸二甲酯/乙醇共溶剂体系对碱木质素（AL）进行分馏，获得低异质性、浅色木质素（OAL）。随后，采用乳液溶剂蒸发法（ESE），以OAL为壁材成功制备了包封AVO的木质素微球（LM/AVO）。优化条件下，AVO负载量高达70%。

3、所得LM/AVO微胶囊表现出优异的广谱抗紫外线性能（覆盖UVA和UVB）。关键突破在于显著提升了光稳定性：在持续紫外照射下，其防护效能可维持长达12小时。

4、此外，LM/AVO还具备强抗氧化性，且得益于木质素包封和微米级尺寸，皮肤渗透性极低，安全性良好。该研究为开发高效、稳定且安全的创新防晒配方提供了极具前景的新途径。

木质素微球包裹AVO（LM/AVO）的防晒机制主要基于木质素与AVO的协同作用及微胶囊结构的保护，具体如下：

1、广谱紫外线防护：木质素微球自身富含苯环和酚羟基结构，对UVB（290–320nm）有较强吸收；而AVO是高效的UVA（320–400nm）吸收剂，其特征吸收峰位于363nm。二者通过包裹结合后，LM/AVO微胶囊可同时覆盖UVA和UVB波段，形成广谱防护。

2、π-π堆积与电荷转移增强吸收效率：密度泛函理论（DFT）计算表明，木质素（以GGE为模型）与AVO之间存在显著的π-π堆积作用，形成更大的共轭结构；同时，木质素富电子芳香环与AVO缺电子芳香环形成电荷转移复合物，显著降低HOMO-LUMO能隙，减少电子跃迁所需能量，从而增强紫外线吸收强度。

3、微胶囊结构提升光稳定性：木质素微球的包裹可物理保护AVO，减少其直接暴露于紫外线的机会；同时，木质素的酚羟基具有强抗氧化性，能清除紫外线照射产生的自由基，抑制AVO的光降解（如避免AVO的烯醇式结构不稳定降解）。这使得LM/AVO在连续12小时紫外照射下仍能维持有效防护，而未包裹的AVO在7小时内即完全降解。

Scheme 1. LM/AVO 微胶囊的制备流程（AL：碱木质素；DMC：碳酸二甲酯；EtOH：乙醇；AVO：阿伏苯宗；PVA：聚乙烯醇；LM/AVO：木质素基防晒微胶囊）。

图 1. 不同有机溶剂-水比例制备的木质素微球的粒径分布（a）和扫描电镜图像（b-j）。比例依次为 1:19（b）、1:9（c）、1:8（d）、1:7（e）、1:6（f）、1:5（g）、1:4（h）、1:3（i）、1:2（j）。

图 2. 以 1:4 有机溶剂-水比例制备的 LM/AVO 的粒径分布（a）和扫描电镜图像（b-f）。依次为 LM/AVO-1（b）、LM/AVO-2（c）、LM/AVO-3（d）、LM/AVO-4（e）和 LM/AVO-5（f）。

图 3. AL、OAL、LM、AVO、LM+AVO 及 LM/AVO 的傅里叶变换红外光谱（a）和 X 射线衍射图谱（b）。

图 4. 浓度为 0.01 mg/mL 的 LM、AVO 及 LM/AVO 在二甲基亚砜中的紫外吸收光谱（a），以及 LM 和 LM/AVO 的 DPPH 自由基抑制率（b）。

图 5. 含 LM（a）、AVO（b）和 LM+AVO（c）的乳膏在不同紫外线照射时间下的紫外透射率，及其防晒系数（SPF）值变化（d），以及 LM 和 AVO 在紫外线照射过程中的结构变化机制（e）。

图 6. 含 LM/AVO-1（a）、LM/AVO-2（b）、LM/AVO-3（c）、LM/AVO-4（d）和 LM/AVO-5（e）的乳膏在不同紫外线照射时间下的紫外透射率，及其防晒系数（SPF）值变化（f）。

图 7. 最佳 GGE 与 AVO 相互作用的等值面图（值= 0.005）和散点图（a 和 b）（模型：CPK 模型，C：青色，H：白色，O：红色）。

图 8. GGE（a）、AVO（b）、GGE-GGE（c）、AVO-AVO（d）和 GGE-AVO（e）的最高占据分子轨道 - 最低未占据分子轨道（HOMO-LUMO）能级及能隙（单位：eV）。

图 9. 化学防晒剂在猪皮中的累积渗透量。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.120404

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