유기자차에 사용되는 아보벤존 등의 성분이 자외선을 차단하는 원리가 무엇인가요?

Question

유기자차에 사용되는 아보벤존 등의 성분이 자외선을 차단하는 원리를, 분자 내 긴 콘쥬게이션 구조가 자외선 에너지를 흡수하여 들뜬 상태가 된 후, 이를 상대적으로 무해한 열에너지로 방출하며 바닥 상태로 돌아오는 과정으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

유기자차의 핵심 성분인 아보벤존은 탄소 원자들이 단일 결합과 이중 결합을 교대로 형성하는 긴 콘쥬게이션 구조를 지니고 있습니다. 이러한 구조적 특징은 분자 내 전자들이 넓은 범위에서 자유롭게 움직일 수 있게 하며, 전자가 안정된 바닥 상태에서 높은 에너지 준위인 들뜬 상태로 올라가는 데 필요한 에너지 격차를 줄여줍니다.

​태양으로부터 강력한 에너지를 가진 자외선이 피부에 닿으면, 아보벤존 분자의 콘쥬게이션 체계 내 전자들이 이 에너지를 흡수하여 순식간에 들뜬 상태가 됩니다. 이는 유해한 자외선 에너지가 피부 세포를 직접 타격하기 전에 분자 내부의 전자 에너지로 전환되어 붙잡히는 과정입니다.

​들뜬 상태가 된 분자는 본래의 안정한 상태로 돌아가려는 성질이 있는데, 이때 흡수했던 자외선 에너지를 한꺼번에 방출하는 대신 분자 전체의 미세한 진동이나 회전 운동을 통해 여러 단계에 걸쳐 나누어 내보냅니다. 이 에너지는 인체에 영향을 주지 않을 만큼 미미한 수준의 열에너지 형태로 소산되며, 에너지를 모두 방출한 분자는 다시 바닥 상태로 복귀하여 다음 자외선을 흡수할 준비를 마칩니다. 결과적으로 높은 에너지를 가진 자외선이 낮은 에너지의 열로 바뀌어 사라짐으로써 우리 피부를 보호하게 되는 메커니즘입니다.

Answer 2

안녕하세요.

유기자차에 들어있는 아보벤존과 같은 성분이 자외선을 차단할 수 있는 원리는 분자 구조 안에 존재하는 긴 콘쥬게이션 구조 때문인데요, 콘쥬게이션 구조란 단일 결합과 이중 결합이 번갈아 연결되어 있어 전자들이 특정 원자에만 국한되지 않고 분자 전체에 걸쳐 비교적 자유롭게 퍼져 있는 전자 구조를 말합니다. 이런 구조를 가진 유기 분자들은 빛 에너지를 매우 효율적으로 흡수할 수 있습니다. 아보벤존 같은 분자에 자외선이 닿을 경우 자외선의 광자 에너지가 분자 내 π전자에 흡수되면서, 원래 낮은 에너지 상태에 있던 전자들이 더 높은 에너지 준위로 이동하게 되는데, 이를 들뜬 상태라고 합니다. 즉, 자외선이 피부 세포의 DNA나 단백질에 직접 도달하기 전에, 먼저 자외선 차단제 분자가 그 에너지를 가로채는 것입니다. 하지만 분자가 계속 들뜬 상태로 머무를 수 없는데요, 불안정한 들뜬 상태의 분자는 곧 원래의 안정한 상태, 즉 바닥 상태로 돌아가려고 합니다. 이 과정에서 흡수했던 에너지를 다시 방출하게 됩니다. 이때 유기자차 성분들은 이 에너지를 분자 내부 진동이나 회전 운동으로 전환하여 열에너지 형태로 분산시키는 경향이 있습니다. 즉 강한 자외선 에너지를 피부에 해로운 광화학 반응으로 전달하지 않고, 상대적으로 무해한 미세한 열로 바꾸어 주변으로 흩어버리는 것입니다. 아보벤존은 특히 긴 파장의 자외선인 UVA 영역을 잘 흡수하도록 설계된 공액 구조를 가지고 있어서, 피부 깊숙이 침투하여 광노화나 DNA 손상을 일으킬 수 있는 자외선을 효과적으로 차단합니다. 감사합니다.