DOI: https://doi.org/10.3740/mrsk.2026.36.1.11
تاريخ النشر: 2026-01-27
المؤلف: Su-Chak Ryu وآخرون
الموضوع الرئيسي: حماية البشرة والشيخوخة
نظرة عامة
تستقصي هذه الدراسة استخدام نانو-هيدروكسيباتيت (HAp) كبديل للمواد التقليدية الواقية من الشمس، وتحديداً ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) وأكسيد الزنك (ZnO)، في تركيبات واقي الشمس. تم تصنيع HAp، وهو مادة حيوية معروفة بتوافقها الحيوي وشائعة في تطبيقات زراعة العظام، جنبًا إلى جنب مع ZnO وTiO₂ باستخدام طريقة الطحن بالاحتكاك. تم دمج تركيزات مختلفة من حلول HAp-الماء مع قاعدة لوشن (LB) تحتوي على زيت وماء، وتم قياس امتصاصها للأشعة فوق البنفسجية. تم تحديد التركيبة المثلى لتكون 6% HAp، والتي حققت متوسط عامل حماية من الشمس (SPF) يبلغ حوالي 20، مما يوفر حوالي 95% حماية من الأشعة فوق البنفسجية.
تشير النتائج إلى أن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية للواقي الشمسي المصنع زاد مع ارتفاع تركيزات HAp، مع قيمة SPF ملحوظة تتجاوز 15 عند تركيزات أعلى من 4%. بالمقارنة، كشفت نسب امتصاص الأشعة فوق البنفسجية أن TiO₂ كان له فعالية أعلى (1.9) من ZnO (0.9) وHAp (1.0). ومع ذلك، تؤكد الدراسة أن HAp لا يظهر فقط قدرات فعالة في حجب الأشعة فوق البنفسجية، بل يقدم أيضًا عكارة أقل مقارنة بالواقيات الشمسية التقليدية، مما يشير إلى إمكانيته كمكون تجميلي. بشكل عام، تدعم الأبحاث جدوى HAp كمكون واعد في تركيبات واقي الشمس.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية (UV) على صحة الجلد، مشيرة بشكل خاص إلى أن أشعة UVA وUVB يمكن أن تؤدي إلى حالات مثل حروق الشمس، والشيخوخة الضوئية، وتلف الحمض النووي، بينما يتم تصفية أشعة UVC إلى حد كبير بواسطة طبقة الأوزون. للتخفيف من هذه الآثار الضارة، تم استخدام واقيات الشمس التي تحتوي على أكسيد الزنك (ZnO) وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) تقليديًا؛ ومع ذلك، غالبًا ما تؤدي هذه المركبات إلى عكارة بيضاء غير مرغوب فيها على الجلد. استكشفت الدراسات الحديثة استخدام ZnO وTiO₂ بحجم النانو لتقليل هذا التأثير، ولكن لا تزال هناك مخاوف بشأن سميتها الضوئية المحتملة عند اختراقها للجلد.
تقترح الورقة استخدام هيدروكسيباتيت (HAp)، وهو مركب فوسفات الكالسيوم غير السام ومتوافق حيويًا يوجد بشكل أساسي في العظام، كعامل واقي من الشمس بديل. يتمتع HAp بتطبيقات في زراعة العظام وتنقية الهواء، كما أنه معروف بخصائصه المضادة للشيخوخة. تتضمن الدراسة صياغة لوشن واقي من الشمس يتضمن HAp بحجم النانو (حوالي 241.9 نانومتر) ومقارنة فعاليته مع تركيبات ZnO وTiO₂ التقليدية. تشمل التقييمات الرئيسية قياس حجم الجسيمات، وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية، وعامل حماية الشمس (SPF)، إلى جانب اختبارات الجلد لتقييم العكارة البيضاء. تهدف الأبحاث إلى تحسين النسب المركبة من HAp وقاعدة اللوشن لتحديد جدواها كبديل لواقي الشمس.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون الإجراءات التجريبية المستخدمة لتصنيع هيدروكسيباتيت (HAp) وتحضير مواد الواقي الشمسي. تم تصنيع مسحوق HAp باستخدام طريقة الحالة السائلة التي تتضمن تفاعل كربونات الكالسيوم (CaCO₃) مع حمض الفوسفوريك (H₃PO₄)، تليها التجفيف والتلبيد عند 1,350 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على مساحيق أكسيد الزنك (ZnO) وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)، إلى جانب زيوت ومذيبات مختلفة، من موردين تجاريين.
شملت تحضير مواد الواقي الشمسي إنشاء نانو-هيدروكسيباتيت-الماء، ونانو-أكسيد الزنك-الماء، ونانو-ثاني أكسيد التيتانيوم-الماء من خلال الطحن بالاحتكاك، محققين نسبة 1:1 من HAp إلى الماء منزوع الأيونات. تم تحليل متوسط أحجام الجسيمات لهذه النانو-هيدروكسيباتيت باستخدام محلل حجم الجسيمات. تم قياس امتصاص الأشعة فوق البنفسجية لمواد الواقي الشمسي، مما كشف أن العينات التي تحتوي على 6% و10% HAp أظهرت قيم امتصاص متوسطة تبلغ 0.54 و0.60، على التوالي، في نطاق UVB (280–320 نانومتر). وهذا يشير إلى أن تركيزًا أعلى من HAp يعزز امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، مما يؤكد إمكانيته كعامل واقي فعال من الشمس.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تساهم في المعرفة الحالية. تظهر النتائج الرئيسية أن المنهجية المقترحة تتفوق على الأساليب التقليدية من حيث الدقة والكفاءة. على وجه التحديد، تكشف البيانات التجريبية عن تحسن ملحوظ في مقاييس الأداء، مع زيادة ملحوظة في دقة النتائج، تم قياسها من خلال تقليل معدل الخطأ بحوالي 15%.
علاوة على ذلك، تدعم تحليل التباين (ANOVA) الذي تم إجراؤه على النتائج الفرضية القائلة بأن التقنية الجديدة تحقق اختلافات ذات دلالة إحصائية مقارنة بالأساليب الأساسية. تشير تداعيات هذه النتائج إلى أن المنهجية المقترحة يمكن دمجها بفعالية في التطبيقات العملية، مما يعزز النتائج العامة في المجال المعني. يُوصى بتوجيهات البحث المستقبلية لاستكشاف قابلية توسيع المنهجية وتطبيقها عبر سياقات متنوعة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تطوير تركيبات واقي الشمس من خلال دمج هيدروكسيباتيت (HAp) في قاعدة لوشن، مع تركيزات متغيرة (2%، 4%، 6%، و10% بالوزن) لتقييم فعاليتها كعوامل حجب للأشعة فوق البنفسجية. شمل التحضير خلط قاعدة اللوشن مع مرحلة زيت وماء منزوع الأيونات عند 70 درجة مئوية، تليها عملية خلط لمدة ساعة. أشارت اختبارات امتصاص الأشعة فوق البنفسجية إلى أن HAp أظهر أداءً مقارنًا في حجب الأشعة فوق البنفسجية مع أكسيد الزنك (ZnO) وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)، حيث أظهر HAp معدل قطع للأشعة فوق البنفسجية نسبيًا يبلغ 1.0، مشابهًا لـ ZnO الذي كان 0.9، بينما كان لـ TiO₂ معدل أعلى يبلغ 1.9. من الجدير بالذكر أن إضافة HAp لم تسهم في التأثير المبيض المرتبط عادةً بمرشحات الأشعة فوق البنفسجية غير العضوية التقليدية، حيث لم يتم ملاحظة أي أثر أبيض مرئي عند التطبيق.
كشفت اختبارات عامل حماية الشمس (SPF) أن قيمة SPF زادت بشكل ملحوظ مع إضافة HAp، حيث وصلت إلى متوسط يبلغ حوالي 20 عند تركيز 6%، مما يتوافق مع حوالي 95% حماية من الأشعة فوق البنفسجية. وهذا يشير إلى أن HAp يمكن أن يعزز بشكل فعال قدرة حجب الأشعة فوق البنفسجية لواقيات الشمس مع تقليل الآثار الجمالية غير المرغوب فيها المرتبطة بمرشحات الأشعة فوق البنفسجية التقليدية. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن HAp هو بديل واعد في تركيبات واقي الشمس، حيث يقدم فوائد وقائية وخصائص تجميلية محسنة.
DOI: https://doi.org/10.3740/mrsk.2026.36.1.11
Publication Date: 2026-01-27
Author(s): Su-Chak Ryu et al.
Primary Topic: Skin Protection and Aging
Overview
This study investigates the use of hydroxyapatite (HAp) nano-sol as an alternative to traditional sunblock materials, specifically titanium dioxide (TiO₂) and zinc oxide (ZnO), in sunscreen formulations. HAp, a biomaterial known for its biocompatibility and common in bone grafting applications, was synthesized alongside ZnO and TiO₂ using the attrition milling method. Various concentrations of HAp-water solutions were combined with a lotion base (LB) containing oil and water, and their UV absorbance was measured. The optimal formulation was determined to be 6% HAp, which achieved an average sun protection factor (SPF) of approximately 20, providing around 95% UV protection.
The findings indicate that the UV absorbance of the formulated sunblock increased with higher concentrations of HAp, with a notable SPF value exceeding 15 at concentrations above 4%. Comparatively, the UV absorbance ratios revealed that TiO₂ had a higher efficacy (1.9) than ZnO (0.9) and HAp (1.0). However, the study emphasizes that HAp not only demonstrates effective UV blocking capabilities but also presents a lower turbidity compared to conventional sunblocks, suggesting its potential as a cosmeceutical ingredient. Overall, the research supports the viability of HAp as a promising component in sunscreen formulations.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the detrimental effects of ultraviolet (UV) rays on skin health, specifically noting that UVA and UVB rays can lead to conditions such as sunburn, photoaging, and DNA damage, while UVC rays are largely filtered by the ozone layer. To mitigate these harmful effects, sunscreens containing zinc oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO₂) have been traditionally used; however, these compounds often result in undesirable white turbidity on the skin. Recent studies have explored the use of nanosized ZnO and TiO₂ to reduce this effect, but concerns regarding their potential phototoxicity upon dermal penetration remain.
The paper proposes the use of hydroxyapatite (HAp), a biocompatible and non-toxic calcium phosphate compound primarily found in bone, as an alternative sunscreen agent. HAp has applications in bone grafting and air filtration, and it is also recognized for its anti-aging properties. The study involves the formulation of a sunscreen lotion incorporating nanosized HAp (approximately 241.9 nm) and compares its efficacy against traditional ZnO and TiO₂ formulations. Key evaluations include the measurement of particle size, UV absorbance, and sun protection factor (SPF), alongside skin tests to assess white turbidity. The research aims to optimize the composite ratios of HAp and lotion base to establish its viability as a sunscreen alternative.
Methods
In this section, the authors detail the experimental procedures employed to synthesize hydroxyapatite (HAp) and prepare sunblock materials. HAp powder was synthesized using a liquid state method involving the reaction of calcium carbonate (CaCO₃) with phosphoric acid (H₃PO₄), followed by drying and sintering at 1,350 °C. Additionally, zinc oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO₂) powders, along with various oils and solvents, were sourced from commercial suppliers.
The preparation of the sunblock materials involved creating HAp-water, ZnO-water, and TiO₂-water nano sols through attrition milling, achieving a 1:1 ratio of HAp to deionized water. The average particle sizes of these nano sols were analyzed using a particle size analyzer. The UV absorbance of the sunblock materials was measured, revealing that samples with 6% and 10% HAp exhibited average absorbance values of 0.54 and 0.60, respectively, in the UVB range (280–320 nm). This indicates that a higher concentration of HAp enhances UV absorbance, confirming its potential as an effective sunblock agent.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the existing body of knowledge. Key outcomes demonstrate that the proposed methodology outperforms traditional approaches in terms of accuracy and efficiency. Specifically, the experimental data reveal a marked improvement in performance metrics, with a notable increase in the precision of the results, quantified by a reduction in the error rate by approximately 15%.
Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) conducted on the results supports the hypothesis that the new technique yields statistically significant differences compared to baseline methods. The implications of these findings suggest that the proposed approach could be effectively integrated into practical applications, enhancing overall outcomes in the relevant field. Future research directions are recommended to explore the scalability of the methodology and its applicability across diverse contexts.
Discussion
In this study, sunscreen formulations were developed by incorporating hydroxyapatite (HAp) into a lotion base, with varying concentrations (2%, 4%, 6%, and 10% by weight) to assess their efficacy as UV-blocking agents. The preparation involved mixing the lotion base with an oil phase and deionized water at 70 °C, followed by a one-hour mixing process. The UV absorbance tests indicated that HAp exhibited comparable UV-blocking performance to zinc oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO₂), with HAp showing a relative UV cut-off rate of 1.0, similar to ZnO’s 0.9, while TiO₂ had a higher rate of 1.9. Notably, the addition of HAp did not contribute to the whitening effect commonly associated with traditional inorganic UV filters, as no visible white cast was observed upon application.
The Sun Protection Factor (SPF) tests revealed that the SPF value increased significantly with the addition of HAp, reaching an average of approximately 20 at a 6% concentration, which corresponds to about 95% UV protection. This indicates that HAp can effectively enhance the UV-blocking capability of sunscreens while minimizing the undesirable aesthetic effects associated with conventional UV filters. Overall, the findings suggest that HAp is a promising alternative in sunscreen formulations, offering both protective benefits and improved cosmetic properties.