자외선 차단제는 어떻게 우리의 피부를 보호할까?



햇빛이 쨍쨍한 여름, 우리들은 무더운 여름 날씨에 고생을 합니다. 하지만 햇빛이 우리를 고생하게 하는 것은 더위 때문만이 아닙니다. 햇빛에 장시간 노출되면 피부가 그을리고 심각한 경우에는 세포의 DNA가 손상되어 암으로까지 이어질 수 있습니다. 이는 햇빛에 포함된 자외선 때문인데 그렇다면 자외선은 무엇일까요? 자외선은 가시광선보다 파장이 짧아 눈에 보이지 않는 빛으로 10~400nm의 파장 영역을 포함합니다. 그리고 파장에 따라 UVA (315~400nm), UVB (280~315nm), UVC (100~280nm)로 나뉘기도 합니다. 자외선이 피부에 가해지면 DNA의 사슬을 끊어 돌연변이를 일으킬 수 있고 피부 노화를 일으키거나 피부 화상을 일으키기도 합니다. 이렇게 자외선이 피부에 일으키는 많은 피해를 방지하기 위해 사람들은 자외선 차단제를 사용하는데, 도대체 어떻게 사람의 세포에 피해를 줄 정도로 강력한 자외선을 얇은 막의 자외선 차단제가 막을 수 있는 것일까요?


<화학적 자외선 차단제와 물리적 자외선 차단제>


자외선 차단제는 자외선을 차단하는 원리에 의해 크게 두 종류로 구분할 수 있는데, 첫 번째는 자외선을 흡수해 열에너지로 전환시키는 화학적 자외선 차단제이고 두 번째는 자외선을 단순히 반사시키는 물리적 자외선 차단제입니다.


화학적 자외선 차단제는 유기계 자외선 차단제라고도 불리는데, 분자가 자외선의 에너지를 흡수하고, 에너지에 의해 분자가 진동하고, 에너지가 무해한 적외선으로 방출되는 방식으로 자외선을 차단합니다. 화학적 자외선 차단제의 종류는 옥시벤존, 아보벤존, 에틸헥실메톡시신나메이트 등이 있습니다. 화학적 자외선 차단제는 얼굴에 잘 스며드는 느낌이 들고 발랐을 때 얼굴이 하얗게 변하지도 않습니다. 그리고 물리적 자외선 차단제보다 차단력이 좋은 편입니다. 하지만 햇빛에 노출되기 30분 전에 발라야 효과가 있고 피부가 예민한 사람에게는 자극적일 수 있습니다. 또한 화학적 자외선 차단제로 사용되는 화학물질들이 호르몬과 구조가 비슷해 체내 내분비계 교란을 일으키는 경우도 있습니다.


물리적 자외선 차단제는 무기계 자외선 차단제라고도 불리는데, 피부로 향해오는 자외선들을 반사시켜 피부를 보호하는 방식으로 자외선을 차단합니다. 그리고 표면에서 난반사가 일어나면 여러 지점에 반사되어 산란되어 퍼집니다. 물리적 자외선 차단제의 종류는 이산화티타늄, 산화아연 등이 있습니다. 물리적 자외선 차단제는 얼굴에 발랐을 때 스며드는 느낌이 없고 뻑뻑한 느낌이 들며 발랐을 때, 얼굴이 하얗게 보입니다. 하지만 자외선 차단제를 바를 직후부터 자외선을 차단하고 피부에 오래 남으며 화학적 자외선 차단제보다 넓은 범위의 자외선을 차단시켜줍니다. 물리적 자외선 차단제는 입자의 크기에 비례한 크기의 파장을 가진 빛을 반사시키는데 따라서 입자가 큰 물리적 자외선 차단제는 자외선뿐만 아니라 가시광선 영역의 빛도 산란시켜 얼굴의 희게 보이는 백탁현상이 나타나게 됩니다. 따라서 나노 입자의 물리적 자외선 차단제를 만듦으로서 백탁현상을 예방할 수 있습니다. 나노 입자를 만드는 방법은 아연 또는 티타늄 전구체를 이용해서 다른 여러 화합물과 반응을 시키고 오랜 시간동안 가열을 함으로서 만들 수 있습니다. 그리고 물리적 자외선 차단제는 물질의 구조에 따라 자외선을 산란시키는 정도가 달라질 수 있기 때문에 TiO2(ZnO) 결정 중 일부 Ti(Zn)을 N이나 B 등의 다른 원소로 대체시켜서 물질의 구조를 변화시키면 자외선을 차단시키는 효율이 더 높아질 수 있습니다. 이를 도핑이라고 하는데 물리적 자외선 차단제에 다른 원소로 도핑을 하는 방법은 나노 입자를 만드는 과정 중에 도핑을 하고자 하는 원소를 포함하는 화합물을 넣어주어 결정 중 일부가 다른 원소로 바뀔 수 있도록 해주면 됩니다. 도핑을 하고자 하는 화합물을 넣어주는 비율을 조절하면 원래의 결정 중 새로운 원소로 대체되는 비율을 조절할 수 있고 이로 인해 자외선 차단의 효율도 조절할 수 있습니다. 따라서 다양한 비율의 화합물을 다양한 조건(온도, 시간 등)에서 도핑시켜주어 최상의 효율을 갖는 물리적 자외선 차단제를 찾을 수 있습니다.


<SPF 지수와 PA 지수>



자외선 차단제의 효율을 나타낼 때에는 흔히 SPF 지수와 PA 지수를 사용하는데 SPF는 Sun Protection Factor로 UVB를 차단하는 효과를 뜻합니다. SPF 1당 피부를 태우지 않고 햇빛에 15분 동안 노출될 수 있다는 뜻인데, 그렇다고 SPF가 크다고 무조건 좋다고만 할 수는 없습니다. SPF가 크다는 것은 다양한 화학 성분이 들어있다는 뜻으로 피부에 좋지 않을 수 있다는 것입니다. 따라서 SPF30 정도의 자외선 차단제를 자주 발라주는 것이 좋다고 합니다. 또한 SPF가 2배가 되면 피부가 흡수하는 자외선의 양이 절반이 되어 SPF50 이상의 자외선 차단제는 성능에서 의미 있는 차이를 보이지 않습니다. PA는 Protection grade of UVA의 약자로 UVA의 차단효과를 나타내는 지수입니다. PA는 차단효과에 따라 + 또는 ++ 또는 +++로 나타내는데, +는 차단제를 사용하지 않은 경우보다 2~4배의 차단효과를 갖고, ++는 4~8배, +++는 8배 이상의 차단효과를 갖는다는 뜻입니다. 이처럼 SPF와 PA는 항상 크다고 좋은 것이 아니므로 상황에 맞는 SPF와 PA 값을 갖는 자외선 차단제를 사용하는 것이 적합합니다.

우리가 평소에 흔하게 사용하는 자외선 차단제도 바르게 알고 사용하면 그 효과를 더 크게 얻을 수 있고 부작용도 피할 수 있습니다. 자외선 차단제를 사용하기 전에 포함된 물리적 자외선 차단제와 화학적 자외선 차단제를 살펴보고 그 물질들이 인체에 유해하지는 않은지, 효과가 있는지를 판단해서 사용하고 상황에 맞는 SPF지수와 PA지수의 자외선 차단제를 사용한다면 가장 안전하고 효과적으로 자외선 차단제를 사용할 수 있을 것입니다.



ⓒ 2018학년도 2학기 원하던Chemi

<작성자> 18-055 배현빈

<분야> 분광화학

<참고 문헌>

1. 조춘구, 권혜진, 안선례, 이산화티탄 분체의 광학적 특성과 자외선 차단효과, 2010

2. 자외선, 위키백과

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9E%90%EC%99%B8%EC%84%A0

3. 자외선, 나무위키

https://namu.wiki/w/%EC%9E%90%EC%99%B8%EC%84%A0

4. 물리적 자외선차단제 vs 화학적 자외선차단제, 헬스조선

http://health.chosun.com/site/data/html_dir/2017/06/21/2017062101205.html

5. 자외선차단제, SPF지수 높은 것 쓰면 안심해도 될까?, 중앙일보

https://news.joins.com/article/21691561

<이미지>

1. http://health.chosun.com/site/data/html_dir/2017/06/21/2017062101205.html

2. http://www.aktv.co.kr/news/articleView.html?idxno=19185

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