Ежедневно человек подвергается воздействию ультрафиолетового (УФ) излучения, обладающего способностью поражать клетки и ткани на генетическом уровне, провоцирующего серьезные ожоги, онкологические заболевания, дерматит, фотостарение, а также фототоксикоз. В 2020 г. из-за чрезмерного воздействия УФ-излучения произошло около 64 000 случаев преждевременной смерти от немеланомных опухолей кожи и 57 000 случаев смерти от меланомы [11].
Ультрафиолетовое излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное невидимое глазом излучение, обладающий способностью нарушать состав клеток и тканей на генетическом уровне.
Для решения данной проблемы были созданы солнцезащитные кремы, в состав которых входят химические (хромофорные группы, поглощающие УФ-излучение) или физические фильтры (мелкодисперсные системы на основе диоксида титана или оксида цинка, рассеивающие, поглощающие и отражающие УФ-излучение. Однако, у всех фильтров имеется ряд недостатков. Так, химические фильтры не экологичны и вредят окружающей среде, часто вызывают аллергию и раздражение на коже, а также имеют возможность проникновения в кровоток через кожу. Физические фильтры на основе оксида титана фотокаталитически активны и вызывают побочные химические реакции на поверхности кожи, фильтры на основе оксида цинка, обладающие амфотерными свойствами, приводят к гидролизу и высвобождению ионов цинка, вызывая сухость кожи. Все вышеперечисленное вызывает необходимость появления нового типа солнцезащитных фильтров, безвредных для организма и природы. Такими фильтрами могут являются материалы на основе наночастиц кремния. Кремний не является фотокатализатором, биоразлагаем, биосовместим с
кожей и имеет высокий коэффициент поглощения в ультрафиолетовой области спектра.
В работах Ищенко А.А., Фетисова Г.В., Асланова Л.А. “Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля” и Т Никитина и Л. Хрячева “Оптические и структурные свойства
нанокристаллов Si в пленках SiO2”. подробно рассмотрены свойства и методы синтеза наночастиц кремния, описаны их электронные и оптические свойства, и впервые высказана идея об использовании нанокремния в составе солнцезащитных средств. Однако, исследованные в данных работах частицы, которые поглощают в области 300-400 нм, имеют малый размер (до 10 нм). При нанесении на кожу в составе наружного средства они способны проникать через мембраны клеток и накапливаться в организме. Именно поэтому они запрещены к применению в косметике. Кроме того, методики их синтеза не позволяют получать материал в большом объеме.
Отличие данной научной работы заключается в использовании частиц кремния, полученных механическим измельчением в шаровой мельнице в среде этанола. Размер таких частиц достаточно велик, но термическая обработка может привести к образованию слоя оксида, внутри которого сохраняется кремниевое ядро, активно поглощающее УФ-лучи. Нами было предложено использовать частицы кремния большого размера, с последующим их окислением и травлением в качестве солнцезащитных фильтров. Работа рассматривает оптические и структурные свойства кремния и посвящена актуальной теме - защита кожи человека от опасного УФ- излучения, путем введения частиц кремния в состав солнцезащитных фильтров.
В связи с этим целью работы является исследование влияния способов обработки на оптические и структурные свойства кремния и возможность использования кремния, полученным методом механического измельчения, в качестве физического фильтра от ультрафиолетового излучения
Для достижения поставленной цели были выполнены такие задачи, как:
1. Получение частиц кремния путем помола кристаллического материала и исследование их свойства.
2. Исследование влияния термообработки на оптические свойства частиц кремния
3. Исследование влияния травления в растворе аргинина на оптические свойства частиц кремния
4. Исследовать оптические свойства эмульсий с частицами кремния
Данная исследовательская работа посвящена изучению влияния способов обработки на оптические и структурные свойства кремния, полученного механическим измельчением в шаровой мельнице в среде этанола. Изучены химические и физические свойства частиц кристаллического кремния и наночастиц кремния.
Кремний является один из наиболее привлекательных материалов для использования в составах солнцезащитных кремов. Наночастицы кремния (от 5 нм и меньше) обладают эффектом размерного квантования, что дает возможность контролирования и управления оптических свойств в УФ- области спектра. С увеличением температуры прокаливания увеличивается размер частиц, в следствии энергии термического расширения, это способствует увеличению ширины запрещенной зоны кремния, что ведет к смещению края поглощения наночастиц кремния в видимую и ультрафиолетовую области спектра. Данный эффект приводит к активному поглощению УФ-излучения.
Ультрафиолетовое излучения можно разделить на три основных областей по степени воздействия на кожу:
1. лучи с длинами волн 200-290 нм (УФ-C);
2. лучи с длинами волн 290-320 нм (УФ-B);
3. лучи с длинами волн 320-400 нм (УФ-A).
УФ-С лучи практически полностью задерживаются в атмосфере Земли и не несут опасности излучения для человека, 90% УФ-В и 10% УФ-А лучи. Поэтому главным образом, химические фильтры должны поглощать и защищать кожу от УФ-В и УФ-А лучей (280-400 нм).
Солнцезащитные фильтры подразделяются на:
1. Химические фильтры: органические соединения, поглощающие УФ- излучение. Однако, данные фильтры опасны для организма и окружающей среды
2. Физические фильтры: TiO2 (дорог и фотоактивен без покрытия) и ZnO (подвергается гидролизу с выделением ионов цинка). Оставляют белый след на коже.
Так как, широко применяемые солнцезащитные фильтры имеют ряд недостатков, было предложено использовать кремний, в качестве активного поглощающего агента в составе солнцезащитных кремов.
Преимущества использования кремния в качестве физического фильтра:
1. Дешевизна
2. Инертность
3. Безопасность для организма человека
4. Безопасность для окружающей среды
В ходе выпускной квалификационной работе была достигнута цель исследовательской работы - исследована возможность использования частиц кремния, полученных механическим помолом, для защиты от УФ-А излучения. Для достижения цели работы были выполнены поставленные задачи и сделаны конкретные выводы по проделанной работе.
