Der weiße Schleier mineralischer Sonnencreme ist kein kosmetisches Detail, sondern ein messbares Hindernis für den Sonnenschutz. Ein Team der University of California, Los Angeles, hat Zinkoxid deshalb in eine ungewöhnliche Geometrie gebracht, die aus vier abstehenden Armen besteht. Im Vergleich mit herkömmlichen runden Partikeln erreichte die Rezeptur einen ähnlichen Lichtschutzfaktor, erschien auf der Haut jedoch deutlich näher am natürlichen Hautton. Entscheidend ist dabei nicht die Chemie des Wirkstoffs, sondern was die Partikel in der Creme miteinander anstellen.
Mineralische UV-Filter arbeiten anders als organische Filter, die Strahlung chemisch absorbieren und in Wärme umwandeln. Zinkoxid und Titandioxid absorbieren einen Teil der UV-Strahlung ebenfalls, streuen und reflektieren aber zusätzlich einen erheblichen Anteil des einfallenden Lichts. Genau dieser Streumechanismus ist die Ursache des Problems, denn er wirkt nicht nur im unsichtbaren Ultraviolettbereich, sondern reicht bis in den kurzwelligen sichtbaren Bereich hinein. Das Auge nimmt diesen zurückgeworfenen Lichtanteil als weißen oder gräulichen Belag wahr. Wie stark der Effekt ausfällt, hängt maßgeblich von der Partikelgröße und der Verteilung der Teilchen im Film auf der Haut ab. Herkömmliche Nanopartikel aus nasschemischer Synthese sind annähernd kugelförmig und neigen dazu, sich beim Auftragen zu dichten Klumpen zusammenzulagern. Diese Agglomerate streuen besonders effektiv und verstärken den sichtbaren Belag zusätzlich.
Für Menschen mit mittleren und dunklen Hauttönen ist das kein Randproblem, sondern der zentrale Grund, mineralische Produkte zu meiden. Dermatologische Empfehlungen zum täglichen Auftragen laufen damit an einem praktischen Hindernis auf, das nichts mit der Schutzwirkung zu tun hat. Übermäßige UV-Strahlung gilt als der am besten vermeidbare Auslöser von Hautkrebs, und die Häufigkeit des Auftragens beeinflusst den tatsächlichen Schutz stärker als kleine Unterschiede im nominellen Lichtschutzfaktor. Dass die Vorgänge in der Haut komplexer sind als lange angenommen, zeigte zuletzt auch die Erkenntnis, dass Sonnenbrand einen anderen Auslöser hat als das lange vermutete DNA-Signal. Ein Produkt, das gern und regelmäßig benutzt wird, schützt in der Praxis besser als ein theoretisch überlegenes, das im Schrank bleibt.
Die Arbeitsgruppe um Ajoa J. Addae und Paul S. Weiss stellte Zinkoxid nicht nasschemisch her, sondern über ein patentiertes Hochtemperatur-Flammenverfahren. Dabei entstehen deutlich größere Strukturen mit vier abstehenden Armen, sogenannte Tetrapoden. Ihre Geometrie verhindert, dass sie sich beim Verreiben dicht aneinanderlegen, weil die Arme wie Abstandshalter wirken. Statt kompakter Klumpen bildet sich ein poröses, offenes Netzwerk, in dem die Teilchen gleichmäßig über die Fläche verteilt bleiben, wie die Mitteilung der UCLA Health zu der Arbeit ausführt. Weniger Agglomerate bedeuten weniger Streuung im sichtbaren Bereich, während die Absorption im UVB-Bereich erhalten bleibt. Der Ansatz kommt damit ohne zusätzliche Pigmente, ohne Farbanpassung und ohne Spezialbeschichtungen aus, mit denen der Belag sonst überdeckt wird.
Verglichen wurden Testrezepturen mit identischer Wirkstoffmenge, einmal mit den Tetrapoden, einmal mit konventionellem Zinkoxid aus Sol-Gel-Synthese. Die tetrapodische Variante erreichte einen Lichtschutzfaktor von etwa 30 und lag damit im Bereich des Vergleichsprodukts. Bei der farbmetrischen Auswertung erschien der Film wärmer und näher an natürlichen Hauttönen, sowohl in der Laboranalyse als auch bei kontrollierten Auftragungen. Zusätzlich zeigte die Rezeptur eine bessere kolloidale Stabilität, sie neigte im beschleunigten Alterungstest weniger zum Entmischen und zum Andicken. Damit adressiert die Arbeit gleich zwei Schwächen mineralischer Produkte, die im Alltag zusammenhängen. Dass die Partikelgröße das Verhalten mineralischer Filter grundlegend bestimmt, hatte bereits eine chinesische Entwicklung gezeigt, bei der eine Sonnencreme mit angepassten Nanopartikeln zusätzlich kühlt.
Die Ergebnisse stammen aus einer materialwissenschaftlichen Untersuchung mit Synthese, optischer Charakterisierung und kontrollierten Auftragungen, nicht aus einer klinischen Prüfung an einem großen Probandenkollektiv. Der ermittelte Lichtschutzfaktor bezieht sich auf Testformulierungen im Labor, nicht auf ein zugelassenes Marktprodukt, und Angaben zu UVA-Schutz, Wasserfestigkeit und Langzeitstabilität unter realen Bedingungen stehen noch aus. Für die industrielle Umsetzung ist zudem offen, wie gut sich das Flammenverfahren in großem Maßstab und zu vertretbaren Kosten betreiben lässt. Bemerkenswert bleibt der methodische Ansatz: Die Arbeit verändert keinen einzigen Wirkstoff, sondern ausschließlich die Geometrie eines seit Jahrzehnten zugelassenen Materials. Die vollständigen Messdaten sind in der Veröffentlichung in ACS Materials Letters dokumentiert, die auch die Auswertung von Farbton und Sättigung offenlegt.
ACS Materials Letters, Flame-Synthesized Zinc Oxide Tetrapods for Photoprotection in Sunscreen Formulations; doi:10.1021/acsmaterialslett.5c01351