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CW值的意義?critical wavelength無法判斷UVA防禦力

|發布於:
2019-07-08
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以下內容更新於 — 2021-04-06 的 06:17

相信有許多人和我一樣,在邱品齊醫師發布了關於市售防曬產品送SGS檢驗出的CW值檢測報告之後,興致勃勃地將這個『CW值』納入篩選防曬產品的重點評估選項。然而,在了解「Critical Wavelength」的檢測方式之後,我發現〔CW值〕並不能夠作為〔UVA防禦力〕的判斷標準!

為了要檢測防曬產品是否能夠有效防禦更長波的UVA〔320nm~400nm〕造成〔曬黑〕的傷害,於是這個〔Critical Wavelength〕就是檢測防曬產品能夠有效覆蓋波長的〔廣度〕,也就是能夠防禦波長的長度,只要防曬產品的〔CW值≥370nm〕,就能視為能夠預防UVA造成〔曬黑〕的最低標準。

但是〔CW值〕越高的防曬產品,它的〔UVA防禦力/UVA-PF〕不一定就會比較高哦~比如說〔CW值 380nm〕VS〔CW值 375nm〕,哪一個產品的〔UVA防禦力/UVA-PF〕會比較高呢?答案是不一定!因為〔CW值〕所檢測的是〔覆蓋波長的廣/長度〕,而不是〔UVA防禦力/UVA-PF〕。所以往往會有這樣的情況發生☞只要有添加波長能夠覆蓋到400nm的〔廣譜防曬成分〕,再加上UVB與UVA的防禦力越均勻的防曬產品,往往就能夠獲得比較高的〔CW值〕,不過呢,實際上的〔UVA-PF〕卻不一定比較高,這是透過〔CW值〕比較防曬產品時需要特別留意的陷阱唷!

什麼是Critical Wavelength

Critical-wavelength|critical wavelength

Critical Wavelength是一種UVA體外測試〔in vitro〕,最早是由英國 University of Newcastle的榮譽教授Brian Diffey於上個世紀末90年代率先提出的。 測試方法是將防曬產品塗覆在特殊的薄膜〔3M™ Transpore™或PMMA substrate〕上,以模擬UV測試每一個波段〔290~400nm〕的紫外線穿透率〔消光係數〕,白話來說就是防禦力。並且在覆蓋波長〔X軸〕從290nm上開始計算,覆蓋波長〔X軸〕與吸光係數/防禦力〔Y軸〕所圍出的總面積的90%作為臨界線,也就是覆蓋波長的臨界值。

如上圖,這個曲線圖能夠看出防曬產品在波長〔X軸〕290nm-400nm的每一個波段所能達到的吸光係數/防禦力〔Y軸〕。〔X軸〕數值越高就表示能覆蓋的波長越長,〔Y軸〕數值越高表示在該波長的防禦力越高!接著將X軸與Y軸所圍出的面積中,在X軸上從290nm波長處開始計算出90%的面積為有效防禦的面積,也就是淺藍色的那塊面積,這個90%的面積在X軸上的邊界就是Critical Wavelength,也就是淺粉色箭頭所指的地方。

Critical Wavelength的缺失

圖中:

  • 〔X軸〕是波長
  • 〔Y軸〕是吸光係數(也就是防禦力)
  • 〔箭頭〕所指的直線為這個產品的臨界波長(也就是關鍵波長/Critical Wavelength)

Critical Wavelength的理念本身是正確的,上圖中大家可以發現,在波長〔X軸〕380nm之後的吸光係數/防禦力〔Y軸〕是急遽下降的,這意味著防曬產品對於更長波的UVA1的防禦力往往是最弱甚至是不足的。

如果從290nm開始計算90%的覆蓋面積認定為臨界波長(關鍵波長/Critical Wavelength),以確保防曬產品在這個範圍內的防禦力是足夠的,然而,真的就足夠嗎?

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CW值無法判斷UVA防禦力

在上面那張圖中,按照Critical Wavelength的計算方式,可以得到它的臨界波長大約是376nm,也就是說,這個產品在波長376nm之前的波段上,都能達到有效的紫外線防禦;接著,大約從380nm之後的波段,便急劇下降,以至於無法有效防禦了!
這是我們從上圖中能夠清楚地了解這個產品的實際防禦力的「曲線圖」,包含每一個波段上的防禦力。


但是,問題來了,〔臨界波長〕所表示的是一個〔波長〕的數值,以〔xxx nm〕表示,比如說:〔376 nm〕…
聽起來像是廢話,但是,大家是否發現哪裡怪怪的?
就算我們知道了〔臨界波長〕,那〔吸光係數〕呢?
難道說,所有防曬產品檢測出來的〔臨界波長〕上的〔吸光係數〕都一樣嗎?
當然不是了!
只要防曬配方不同,檢測出〔波長/吸光係數曲線〕的起伏幅度都長得不一樣,別說長得不一樣了,〔吸光係數〕也完全不一樣!也就是〔防禦力〕不一樣!
再者,就算是同一個防曬產品,每一次檢測出來的數值,也會因為體外測試的誤差值而產生不同的數值哦!

然後,比無法知道〔吸光係數〕更氣的是:已經有許多國外的研究指出,只要防曬產品有添加〔廣譜防曬成分〕,並且符合UVB與UVA的〔吸光係數〕呈現均勻平坦曲線的條件,就能夠獲得最佳的Critical Wavelength,即使這個產品的〔吸光係數〕平均都很低…

這代表什麼意思呢?下面圖解

Critical-wavelength-not-fair|critical wavelength

上圖中,A產品的〔吸光係數〕明顯比B產品還要更低對吧!
但是,透過Critical Wavelength的計算方式,「A產品」卻能獲得「376 nm」的關鍵波長,而「B產品」卻只有「370 nm」。

大家有發現不公平的地方了嗎?雖然兩者都有添加〔廣譜防曬成分〕,防禦力都能覆蓋到400nm的波長;但是,防禦力較弱的A產品,因為整體〔吸光係數〕呈現均勻平坦的曲線,就能得到比B產品更高的CW值;而B產品的〔吸光係數〕普遍比較強,但是整體〔吸光係數〕呈現高低起伏較大的曲線,得到的CW值相對較低,這就是Critical Wavelength無法單獨作為評估〔UVA防禦力指標〕的重大缺陷!

單靠Critical Wavelength無法單獨作為UVA防禦力的評估,因為容易發生檢測出的數值加權了UVB防禦力的偏差,沒有提供〔吸光係數〕就無法得知實際的UVA防禦力。這樣的結果往往會埋沒具有UVA1高防禦力的優秀產品,同時也加權了某些只能防禦UVA2的普通產品。

CW值案例分享

〔實驗一〕同一個成分,在不同的濃度中,檢測出的「CW值」居然能相同?

照理來說,當防曬成分的濃度增加,防禦力/吸光係數一定也會相對提高,得到的防曬係數一定也會比較高,這是不變的定律。但是〔CW值〕居然相同!?

下面温唯會以二個優秀的〔廣譜防曬成分〕:〔Zinc Oxide〕與〔Tinosorb M〕當做示範,圖片中〔Zinc Oxide〕與〔Tinosorb M〕分別是以濃度與濃度的情況下繪製出「波長」以及「吸光係數/防禦力」的曲線圖,圖中為了方便計算「CW值」,已經將曲線填滿顏色。

critical wavelength-tinosorb m + zinc oxide|critical wavelength
(圖二)

在(圖二)中:

  • 上面是Zinc Oxide的吸光係數波長曲線
  • 下圖則是Tinosorb M

Zinc Oxide的曲線是較為平坦的,而Tinosorb M的曲線則是呈現波浪形的。

曲線面積中〔淺色範圍〕是當濃度較高時所繪製出的波長防禦力曲線,〔深色範圍〕則是濃度較低時所呈現的曲線;高濃度會產生更高的「吸光係數」〔見淺色範圍〕,圖中可以發現同一個「成分」在不同的「濃度」中,濃度越高在〔Y軸〕所得到的吸光係數會更高,這是不變的定律!更高的吸光係數能確保在成分更長的波長下,尤其是接近400nm的波段,仍舊保有防禦力。

然而,按照覆蓋波長與吸光係數圍出的總面積90%的計算方式,大家可以發現,不同濃度的「相同成分」所得到的〔Critical Wavelength 關鍵/臨界波長〕居然是相同或相近的,見(圖二)中的深綠色線條!

同一個「防曬成分」在不同濃度下所得到的「CW值」居然相同,這說明了「CW值」無法作為評估UVA防禦力的唯一指標,必須同時參考其他的防曬係數。因為這樣的情況若是發生在不同「防曬成分」加上不同「濃度」的產品中,就會產生更多的不客觀變數

相同或相似的「CW值」不一定擁有相同的〔UVA防曬力〕,其實大家可以把「CW值」當成一張「防曬入場券」,也就是說「CW值」高於370nm的產品可以稱為「防曬產品」。但是請注意,〔UVA防曬力無法從「CW值」的高低去評比!

至於「CW值」於370nm的產品稱為基本上對於預防曬黑沒有實質的幫助,只能視為〔預防曬傷〕的產品!

〔實驗二〕擁有「濃度22%」Zinc Oxide的防曬產品所得到的「CW值」該是多少?有可能比濃度只有「1.9%」的產品還低嗎?

zinc20 vs zinc1.9|critical wavelength
圖三

如(圖三),以2種防曬產品的配方為例:

  • 綠色曲線〕與X軸Y軸圍成的範圍是「濃度22%的Zinc Oxide
  • 紅色曲線〕的範圍是「濃度1.9%的Zinc Oxide加上濃度3%的Titanium Dioxide」。

Zinc Oxide的濃度至少需要「20%」才能發揮足夠防禦UVA1的效果,而Titanium Dioxide基本上是以防禦UV為主+少許的UVA2防禦的成分。

圖示說明:

  • 綠色曲線〕➠22% Zinc Oxide
  • 紅色曲線〕➠1.9% Zinc Oxide + 3% Titanium Dioxide

成分說明:

  • Zinc Oxide➠廣譜防曬成分,當濃度達到20%以上,能夠獨立且有效地防禦所有的紫外線!
  • Titanium Dioxide➠通常只能防禦UVB,以及部分的UVA2,無法防禦UVA1。

上面(圖三)明顯能夠看得出來〔綠色曲線〕在Y軸上對應的〔消光指數/防禦力〕比較高,實際上獲得的UVA-PF〔UVA防禦係數〕也相對要高出許多,到這裡為止都符合實際;但是,「紅色曲線」所得到的「CW值」居然高過於「綠色曲線」,這就是温唯一直強調「CW值」無法在任何情況都能表現實際UVA防禦力的原因!

大家可以從上面圖片中的「方格數」概略計算出90%面積,但是從這覆蓋90%的面積得到的「CW值」,往往使得曲線較為平坦的防曬產品有機會獲得比較高的「CW值」,而這個數值不符合實際的UVA防禦力!

〔實驗三〕透過3款防曬了解CW值能提供的價值

前面2個案例都是討論〔CW值〕只能判斷防曬產品覆蓋波長的廣度,無法判斷UVA防禦力。下面這個案例則是透過〔防曬配方的濃度〕讓大家了解我們能夠從〔CW值〕獲得哪些資訊!

下面(圖四)防曬成分圖示說明:代表安全的防曬成分|代表UVB防曬成分|代表不友善的防曬成分

cw-of-3-samples|critical wavelength
(圖四)wavelength vs extinction of 3 sunscreen filters

A款防曬〕擁有2個廣譜防曬成分➠濃度5%的〔Tinosorb M〕與濃度2%的〔Tinosorb S〕,消光係數穩定地維持在〔1~1.2〕的範圍,直到〔波長382nm〕處才開始下降。

B款防曬〕擁有濃度1%的廣譜防曬成分〔Avobenzone〕以及4種〔UVB防曬成分〕,因此〔B款防曬〕在UVB波段的防禦力會比「A款防曬」要來得高。但是整體的曲線下降幅度比較大,消光係數在〔波長340nm〕處的大幅下降並且於〔A款防曬〕,整體的UVA防禦力都比〔A款防曬〕還要

C款防曬〕只擁有2個UVB防曬成分,所以消光係數在〔波長330nm〕大幅度下降,其實是在「波長360nm」開始已毫無防禦力,基本上是無法有效防禦UVA!

按照上圖(圖四)這3款防曬的波長與消光係數的曲線所測得的〔CW值〕分別為:

  • A款防曬=382nm
  • B款防曬=370nm
  • C款防曬=336nm
CW值仍舊判斷UVA防禦力

〔A款〕與〔B款〕都有添加廣譜防曬成分,但是〔A款〕添加的濃度比較高,所以在UVA的波長〔320nm~400nm〕的波段上的消光係數都比較高、也相對更穩定,這是我們從〔波長與消光係數的曲線圖〕中能夠明顯獲得的資訊。

或許有人會想問,既然〔A款〕的消光係數普遍都比較優秀,〔CW值〕的確也比〔B款〕還要高,這難道不是UVA防禦力嗎?當然不是!〔CW值〕是表示防曬產品能夠有效覆蓋波長的長度,它沒有告訴我們在這些有效覆蓋波長上的〔消光係數〕,我們只能從〔波長與消光係數的曲線圖〕中才能看到〔消光係數〕!

CW值能為我們做什麼?

如果想要找尋能夠防禦UVA造成〔曬黑〕的傷害,我們可以避免〔CW值≤370nm〕的產品,也就是(圖四)中的〔C款防曬=336nm〕,因為〔CW值〕低於「370nm」的產品通常都是無法有效防禦UVA的產品!的確,〔C款防曬〕所添加的防曬配方都是〔UVB防曬成分〕,它沒有添加能夠有效防禦UVA的廣譜防曬成分!

〔CW值〕的價值在於幫助我們丟掉那些〔只能防禦UVB曬傷的產品〕

〔CW值〕就如同其他的「防曬標示」一樣,並非毫無參考價值!〔CW值〕和其他的防曬標示都能作為挑選防曬的大方向,我們可以從防曬產品的〔CW值〕、〔SPF〕、〔PA+號〕、〔Boots ★號〕…等等的數值中先概略篩選出符合需求的產品!

而〔CW值〕的參考價值在於幫助我們丟掉那些那些「只能防禦UVB的產品」,因為當〔CW值〕於「370nm」的產品,通常都是〔廣譜防曬成分〕的濃度太低或不足、甚至只有添加UVB防曬成分的產品!

不要企圖透過〔CW值〕判斷產品之間的UVA防禦力

至於在〔CW值≥370nm〕的產品中,我們依舊無法比較出UVA防禦力的高低,因為我們看不到〔波長/消光係數曲線圖〕,看不到消光係數,就無法比較產品之間的防禦力!這是參考〔CW值〕需要特別注意的重點。

Critical Wavelength的零零總總就介紹到這裡了!
如果有任何問題,歡迎在下方的留言板討論指教囉!

參考資料|Reference(Open it)
  1. INTERNATIONAL ISO STANDARD ISO 24443:2012  First edition 2012-06-01.Determination of sunscreen UVA photoprotection in vitro
  2. Evolution of UVA Protection〕 by Uli Osterwalder, Dr. Samantha Champ, Dr. Heike Flösser-Müller, BASF SE, Ludwigshafen, Germany; Dr. Bernd Herzog, BASF Grenzach GmbH, Grenzach-Wyhlen, Germany was first published in Cosmetic Science Technology 2010, pp. 70-79.
  3. Pharmacognosy Journal, Vol 8, Issue 3, May-Jun, 2016.Sunscreens: A review Mukund Manikrao Donglikar and Sharada Laxman Deore.
  4. Expert Review of Dermatology (ISSN: 1746-9872).Expert Rev Dermatol. 2008;3(3):307-313. 
  5. In Vitro Evaluation of Sunscreens: An Update for the Clinicians.ISRN Dermatol. 2012; 2012: 352135. Published online 2012 Nov 27. doi: 10.5402/2012/352135 PMCID: PMC3514825 PMID: 23227355 
  6. 衛生福利部,防曬類化粧品防曬效能管理之說明 2016.11.20
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