Quanto è efficace la tua crema solare? Teach article

Incoraggiate gli studenti a ripararsi quando sono al sole, mediante una collezione di attività che gli faranno scoprire la scienza alla base delle creme solari.

Se ti stai godendo una bella giornata d’estate sulla spiaggia, o stai scendendo da una collina innevata in inverno, o semplicemente stai camminando all’aperto per prendere un po’ d’aria durante una pausa pranzo, ogni volta che passi del tempo all’aperto esponi la tua pelle alle radiazioni ultraviolette (UV) del Sole. Utilizzare delle creme solari è fondamentale per proteggerci dagli effetti nocivi della luce solare, ma vi siete mai soffermati a considerare come funziona uno crema solare – e quanto sia efficace?

Per determinare questo, abbiamo ideato la seguente attività per studenti di età tra 14-17 anni per esplorare la scienza alla base delle creme solari e alla loro efficacia nella protezione contro gli UV. In questo processo, gli studenti apprezzeranno l’importanza di proteggersi dai raggi del sole, e saranno in grado di prendere delle decisioni informate nei riguardi dell’utilizzo dell’uso delle creme solari. Si raccomanda che gli studenti lavorino sempre in piccoli gruppi (p.es. 2-3 studenti per gruppo).

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Attività 1 : una introduzione alla protezione UV

Questa attività introduce gli studenti agli ingredienti chiave di una crema solare, ed esplora le differenze tra filtri UV organici e inorganici. Radunati in piccoli gruppi, studieranno le etichette delle varie creme solari in commercio per determinarne gli ingredienti chiave e i vari tipi di filtri UV che si trovano in commercio. Si raccomanda di disporre le bottiglie delle creme solari tutt’intorno alla classe, e ciascun gruppo lavorerà a proprio modo sui differenti prodotti delle creme solari. Potrete attingere  alla vostra personale collezione di creme solari, o domandare ai vostri studenti di portare le loro da casa. Questa attività, (compresa la discussione in classe) potrà durare circa 50 minuti, ed è utile che si completi prima delle attività principali.

Materiali

Per ottenere le varie tipologie di creme solari, cercate di trovare le seguenti:

  • Una crema solare con una bassa protezione (SPF 15 o meno) (Fattore di Protezione Solare)
  • Una crema solare con una protezione medio alta (SPF 30-50)
  • Una crema solare con un’alta protezione (SFP 50+)
  • Una crema solare specifica per la protezione dei bambini e neonati
  • Una crema solare adatta agli sport acquatici (alta resistenza all’acqua)
  • Una crema solare al biossido di titanio o ossido di zinco (ingredienti attivi inorganici)

Procedura

Chiedete ai vostri studenti di lavorare seguendo le seguenti fasi:

  1. Nel vostro gruppo, iniziate esaminando l’etichetta della prima crema solare. Considerate le seguenti situazioni, e registrate le vostre osservazioni in una tabella (vedi tabella 1):
  • Quali sono le informazioni che sono riportate sull’etichetta anteriore?
  • Lo crema solare protegge contro gli UVA, gli UVB, o entrambe (a largo spettro)?
  • Qual è il Fattore di Protezione Solare (SPF) (p. es. 10, 15, 30) e la categoria dell’ SPF (ad es. bassa, medio, alta)?
  • Scorrendo l’elenco delle componenti, quali elementi attivi sono contenuti nelle creme solari?w1
  • Quali sono le prime 5 componenti inattive elencate sulle etichette?
  1. Ripetete in classe i precedenti passi con le differenti creme solari disposte attorno alla classe, e confrontate i risultati trovati.
  2. Nel vostro gruppo, discutete le differenti caratteristiche delle creme solari e cercate di classificarle, tenendo conto del tipo del filtro UV (UVA, UVB a largo spettro), i loro ingredienti attivi, e il loro SPF. Potrete condividere le vostre conclusioni preliminari con il resto della classe a seguito di una discussione approfondita.
 
Posizione Tipo di crema solare/marca Valore di SPF  Categoria di SPF  UVA/UVB/filtri a largo spettro Active ingredients Inactive ingredients
1 Crema solare minerale per bimbi 50 Protezione Alta Largo spettro Ossido di titanio Acqua, Glicerina, Glicole Propilenico, Diisopropil sebacato, Etilesil Salicilato
2 Crema solare in gel di alta protezione 50+ Protezione molto alta UVA/UVB Avobenzone, Octocrilene Acqua, Alcol Denat., Etilesil Salicilato, Dibutil Adiopato, 4-Metilbenzilidene Canforato
3 Crema solare idratante protettiva 15 Protezione media UVA/UVB Avobenzone, Octinoxato, Oxibenzone Acqua, Ciclopentasilossane, Glicerina, Butilottil Salicilato, Dimenthycone

Discussione

Discutere con i vostri studenti dei seguenti argomenti per esplorare i concetti chiave:

  • Quali sostanze sono usate comunemente come filtri UV (ingredienti attivi)?
  • Gli ingredienti attivi sono sostanze organiche o inorganiche?
  • Qual è il principale ingrediente inattivo che si trova nelle creme solari?
  • Quante creme solari sostengono di proteggere contro i raggi UVA, o UVB o entrambi?
  • Qual è la differenza tra UVA e UVB? Quali sono i loro effetti sulla salute?
  • Cosa significa ‘SPF’? Come si calcola l’SPF?
  • Qual è la differenza tra una crema solare con SPF 30 e una crema solare con SPF 50?

Spiegazione

UVA rays penetrate deep into the skin’s thickest layer the dermis) resulting in skin ageing, while UVB rays damage the upper layers of the skin (the epidermis) causing sunburn.
I Raggi UVA penetrano in profondità nello strato di pelle più sottile (derma), il risultato è un invecchiamento della pelle, mentre i raggi UVB danneggiano gli strati superiori della pelle (epidermide) causando gli arrossamenti.
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Le creme solari ci proteggono dalle radiazioni dannose provenienti dal Sole bloccando o assorbendo la radiazione UV. Vi sono due tipi di radiazioni UV che possono danneggiare la nostra pelle: UVA e UVB. Esse danneggiano la nostra  pelle in modi differenti (UVA, per esempio, è la principale dominante nell’’abbronzatura’, mentre UVB provoca gli arrossamenti) e entrambe i tipi aumentano il rischio di sviluppare il cancro della pelle. I raggi UVA sono responsabili per l’invecchiamento prematuro facendo spuntare le rughe.

Al livello del mare, i raggi UVA costituiscono approssimativamente il 95% delle radiazioni UV che raggiungono la superficie Terrestre il rimanente 5% costituisce la radiazione UVB. I raggi UVB hanno una lunghezza d’onda dai 280-320 nanometri (nm), mentre i raggi UVA vengono suddivisi in due categorie: UVA1 (320-340 nm) e UVA2 (340-400 nm). L’SPF (fattore di protezione solare) indica la capacità di proteggere la pelle dai danni dei raggi UVBw2. E’ una misura di quanta radiazione è richiesta per causare l’arrossamento sulla pelle protetta (cioè dalle creme solari) relative alla quantità di radiazione richiesta per produrre un arrossamento sulla pelle non protetta. Più è alto il valore del SPF maggiore è la protezione contro la radiazione UVB che è in grado di fornire la crema solare. Oltre a specificare il valore dell’SPF, le creme solari sono classificate a seconda delle categorie a seconda della bassa protezione o della alta protezione, affinché le etichette possano essere facilmente capite.

Poiché l’SPF misura esclusivamente la protezione contro i raggi UVB, è importante anche scegliere una crema che protegga dai raggi UVA. Secondo le raccomandazioni della EU, la protezione UVA per le creme solari deve essere equivalente almeno a un terzo dell’SPF riportato sull’etichetta. I prodotti che raggiungono questi requisiti sono indicati con le lettere ‘UVA’ in un cerchio. Le creme solari che proteggono sia per gli UVA che UVB sono quelle che combinano filtri UVA e UVB o utilizzano un filtro a largo spettro.

Oltre ad essere classificati relativamente al loro SPF e protezione UVA, le creme solari possono essere classificate anche per i loro ingredienti, organici o inorganici. I filtri UV organici sono rappresentati da un gruppo di componenti contenenti carbone che assorbono la radiazione UV e la convertono in energia calorifica. I filtri inorganici, d’altra parte, sono compresi in un gruppo di ossidi minerali come l’ossido di zinco e il biossido di titanio che riflettono la radiazione UV.

Gli ingredienti attivi sono mescolati in una ‘base cremosa’, che è costituita da vari ingredienti inattivi. Questa forma un prodotto che può essere facilmente applicato alla pelle.

Attività 2: Formulazione di una crema solare

In questa attività, gli studenti creeranno la loro crema solare inorganica con due valori di SPF utilizzando l’ossido di zinco. Lo scopo è quello di imparare qualcosa in più sulle creme solari, mentre si esplorano i concetti chiave come la concentrazione, la solubilità, la polarità e l’emulsione. Questa attività coprirà un periodo di tempo di circa 50 minuti.

Materiali

Per preparare un campione di crema solare a ciascun gruppo è richiesto:

  • Cera Lanette (contenente una miscela di alcol cetearilico e alcool cetostearilico)
  • Olio di mandorle dolci
  • Paraffina liquida
  • Glicerina
  • Acqua distillata
  • Ossido di zinco
  • Bagno di acqua riscaldato a 80 °C
  • Due beaker da 250 ml
  • Tre beaker da 50 ml
  • Due bacchette di vetro
  • Agitatore magnetico
  • Spatola
  • Bilancia elettronica

Procedura

Chiedere agli studenti di procedere seguendo le fasi seguenti:

  1. Iniziare a preparare una emulsione che servirà come base per la vostra crema solare. Aggiungere la fase oleosa degli ingredienti al beaker da 250 ml; 15 g di cera lanette (materia prima di laboratorio), 7 g di olio di mandorla dolce e 7 g di paraffina liquida. Pesare gli ingredienti utilizzando una bilancia elettronica.
  2. Disporre il beaker nel bagno di acqua calda. Miscelare gli ingredienti utilizzando una bacchetta di vetro o un agitatore magnetico per cinque minuti fino ad ottenere una buona combinazione degli ingredienti. Lasciare il beaker nel bagno d’acqua.
  3. In un beaker separato da 250 ml, inserire gli ingredienti in fase acquosa: 5 g di glicerina e 66 ml di acqua distillata. Miscelare con un’altra barretta di vetro o il solito agitatore magnetico.
  4. Mantenere il beaker con la soluzione oleosa nel bagno d’acqua, miscelare la soluzione acquosa nella fase oleosa, mescolando continuamente per 5 – 10 minuti sino ad ottenere una miscela omogenea: questa rappresenta la base cremosa. Tenere il beaker nel bagno d’acqua.
  5. In un beaker da 50 ml, mescolare l’ossido di zinco con la paraffina liquida in rapporto di 5:4, 2 grammi di ossido di zinco e 2 ml (1.6 g) di paraffina.
  6. In un altro beaker da 50 ml, pesare 4.1 g di crema base. Aggiungere 0.9 di ossido di zinco e mescolare con una barra di vetro. Questo crea una crema solare che contiene il 10% di ossido di zinco, che raggiunge un SPF approssimativamente di 10.
  7. In un altro beaker da 50 ml, misurare 3.2 g di crema base e aggiungere un impasto di 1.8 di ossido di zinco/paraffina. Questo metodo crea una crema solare che contiene il 20% di ossido di zinco, che corrisponde a un SPF di circa 20. Userete questa crema solare nella prossima attività.
Oily phase ingredients are placed in a beaker inside a water bath and mixed using a magnetic stirrer or glass rod.
Ingredienti in fase oleosa sono inseriti in un baeker in un bagno d’acqua e mescolate utilizzando un agitatore magnetico o con una barretta di vetro.
Fina Guitart
Mixing the aqueous phase solution with the oily phase solution produces the homogenous base cream.
Miscelare la soluzione in fase acquosa con la soluzione in fase oleosa crea una crema base omogenea.
Fina Guitart
The end result: students produce their own zinc oxide sunscreen to test the effectiveness of sunscreen.
Il risultato finale: gli studenti producono la propria crema solare all’ossido di zinco per provare l’efficacia della crema solare.
Fina Guitart

Discussione

Discutere i seguenti argomenti con i vostri studenti per individuare i concetti chiave:

  • Quali degli ingredienti della crema base sono solubili soltanto in acqua? Quali sono solubili soltanto in olio? Giustificare le vostre risposte in relazione alla polarità della sostanza.
  • Perchè la cera lanette è essenziale per la vostra formula?
  • Quali sono le caratteristiche dell’emulsione e degli emulsionanti?
  • Qual è la differenza tra una emulsione di olio-in-acqua e di una in acqua-in-olio?
  • Trovate gli emulsionanti nella lista degli  ingredienti di alcune creme solari per l’attività 1.

Spiegazione

La crema base prodotta nell’attività è una emulsione, poiché ha una fase oleosa e una fase acquosa. Lì emulsionante (che stabilizza l’emulsione) è la cera lanette. Gli emulsionanti tipicamente possiedono una testa polare (o idrofilica) e una coda non polare (idrofobica), e tendono ad avere una maggiore o minore solubilità in acqua o in olio.  La cera lanette emulsionante è molto più solubile in olio, sebbene sia solubile anche in acqua. Gli emulsionanti che sono più solubili in olio tendono a formare una emulsione olio-acqua, mentre gli emulsionanti che sono più solubili in acqua tendono a formare una emulsione olio-acqua.

Attività 3: Indagare  l’efficacia della protezione UV

Lo scopo di questa attività è quello di indagare l’efficacia delle due creme solari prodotte nell’attività 2. Utilizzando delle perline artigianali che cambiano colore in risposta alla radiazione UV (300-600 nm) come simulatore della nostra pelle, gli studenti potranno determinare quanto siano efficaci le due creme solari nello schermare la radiazione UV e quanto proteggono. Abbiamo trovato che le perline viola o blu sono le migliori perchè cambiano meglio l’intensità di colore. Utilizzate le perline dello stesso colore per tutti gli esperimenti, cioè, tutte blu o tutte viola. Notate che tutte le perline UV. Si noti che tutte le perline UV iniziano bianche prima di essere esposte alla luce. La procedura dura circa 50 minuti.

Una volta che gli studenti hanno eseguito l’esperimento con le proprie creme solari, potrebbe allargare la loro indagine (vedi la sezione estensioni) per confrontare una varietà di altre creme solari che si trovano sul mercato.

Materiali

Ad ogni gruppo è richiesto:

  • Creme solari dell’attività 2
  • 10-12 perline (tenute in un contenitore impermeabile alla luce)
  • Un piccolo foglio di plastica trasparente (grande a sufficienza per coprire quattro perline UV)
  • Un disco di Petri o simile (per tenere le perline UV)
  • Una cartella dei coloriw3 o il cellulare con una app di determinazione del colore (come ad esempio ‘Color Grab’ o ‘Drop – Colour Palette’)
  • Sorgente di luce UV, per esempio una torcia o luce nera
  • Spatola
  • Supporti da laboratorio e pinze
  • Cronometro

Nota di sicurezza

Non guardate direttamente la lampada UV. Accendere la lampada UV soltanto quando è richiesto, e seguendo le istruzioni di sicurezza che sono state date dagli insegnanti.

Procedura

Experimental setup for activity 3
Predisposizione dell’esperimento per l’attività 3
Nicola Graf/Fina Guitart

Chiedete ai vostri studenti di seguire i seguenti passaggi:

  1. Mettete quattro perline al centro di un disco petri. Posizionare la lampada UV a circa 20 cm dal disco, o utilizzate una pinza per tenere la torcia UV su un supporto posizionato alla stessa distanza. Accertarsi che la sorgente di luce UV è posizionata alla stessa distanza per tutto l’esperimento e che la luce illumini sempre verso il basso.
  2. Raccogliere una quantità simile a  piselli della prima crema solare eall’attività 2 (ossido di zinco al 10%) utilizzando una spatola e stendere uno strato sottile di crema solare al centro del foglio di plastica per coprire le perline UV (circa 4 cm in diametro).
  3. Mettete il foglio di plastica sopra alle perline, assicurarsi che la crema solare copra tutte le perline.
  4. Accendere la sorgente UV per 5 secondi, controllate attraverso il cronometro.
  5. Quando è trascorso questo periodo di tempo, spegnere la lampada e utilizzate la scheda colore o una app per la determinazione del colore per ciascuna perlina. Altrimenti, fare una foto delle perline per confrontare i loro colori con quelle ottenute nell’esperimento seguente. Assicuratevi di aver conservato i vostri dati e le foto.
  6. Spostate le perline UV in un contenitore oscuro così che non siano esposte alla luce . Aggiungerne quattro nuove, non esposte sul disco petri.
  7. Ripetere la procedura due volte per la vostra prima crema solare così che potrete ripetere per tre volte in totale.
  8. Seguite la stessa procedura per la vostra seconda crema solare (20% di ossido di zinco), e anche per due controlli: uno utilizzando un foglio di plastica pulito senza crema solare, e un altro non utilizzando alcun foglio di plastica.
  9. Confrontare l’intensità di colore delle perline UV con ciascuna crema solare e il controllo.
Colour intensities of UV beads exposed to UV light, from left to right: without sunscreen; with SPF 20; SPF 50; SPF 90.
Il colore si intensifica per le perline UV esposte alla luce UV, da sinistra a destra: senza crema solare; con SPF 20; SPF 50; SPF 90.
Fina Guitart

Discussione

Discutete i seguenti punti con i vostri studenti:

  • Che conclusione potete trarre dai vostri esperimenti?
  • I vostri risultati sono coerenti con l’idea dei SPF?
  • Quali sono le variabili dipendenti, indipendenti e fisse per il vostro esperimento?
  • Perché usare le perline UV solo per guida per confrontare l’efficacia delle creme solari? Quali sono i vantaggi principali nell’utilizzare questo il metodo sperimentale?

Spiegazione

L’esperimento dovrebbe dimostrare una chiara differenza nel colore delle perline in presenza e in assenza della crema solare fatta i casa, e gli studenti dovrebbero essere in grado di osservare una piccola differenza tra l’uso della crema al 10% di ossido di zinco e al 20% di ossido di zinco. Il colore più scuro delle perline, rispetto alla quantità di radiazione UV assorbita, e la meno efficace crema solare. Questo dovrebbe dimostrare agli studenti che vi è una differenza nella quantità di radiazione UV che può essere assorbita dalle perline, dipendendo dal SPF della crema solare. Questo è più evidente quando analizziamo le creme solari acquistate in negozio della stessa marca e tipo (ma differente SPF) nella estensione dell’esperimento.

Troveremo che non vi è una differenza significativa nell’evento dei due esperimenti di controllo, che analizzano le perline UV con e senza il foglio di plastica. Tuttavia, utilizzando un sensore UV (vedi sezione estensioni), gli studenti possono individuare una piccola differenza nella quantità di radiazione UV che raggiunge le perline con e senza foglio di plastica.

Attività aggiuntiva

Gli studenti possono ideare la propria investigazione e creare nuove ipotesi espandendo la precedente procedura per provare altre creme solari. per esempio:

  • Confrontare due creme solari acquistate in negozio (scegliere tra quelle dell’attività 1), una di SPF 15 e l’altra di SPF 30, mantenendo la marca e il tipo di crema solare dello stesso tipo.
  • Confrontare le due creme solari dello stesso SPF ma di due differenti marche.
  • Confrontare due creme solari con lo stesso SPF, marca e tipo, ma con una differenza ‘nella data di scadenza’, per es. utilizzando una crema solare che è stata aperta da poco e una che è ormai scaduta.

Potrete fare ulteriori modifiche agli esperimenti, per esempio:

  • Verificare le perline UV alla luce del sole, piuttosto che sotto la lampada UV o la torcia.
  • Utilizzando la stessa procedura, verificare varie coppie di occhiali da sole per verificare i loro effetti contro la radiazione UV
  • Per un metodo più sofisticato, utilizzare un sensore UV per indagare l’efficacia delle creme solari mediante la misura dell’intensità della luve UV. Mettere il foglio di plastica sul sensore e, piuttosto che sulle perline UV, tener conto delle letture del sensore.

Web References

  • w1 – Per un elenco di ingredienti attivi utilizzati nelle creme solari, consultate il sito  dell’US Food and Drug Administration (FDA) per scaricare il poster che sottolinea le loro proposte al regolamentazione delle creme solari.
  • w2 – Per imparare qualcosa in più sul SPF e i fattori correlati all’esposizione al Sole consultate il sito dell’FDA..
  • w3 – Per l’attività 3, gli studenti possono utilizzare la carta dei colori come quella creata dalla Royal Society of Chemistry. Nota che gli studenti potrebbero ignorare la scala dell’Indice Solare UV.

Resources

Author(s)

La Professoressa Fina Guitar è un’ insegnante di scuola secondaria di chimica e fisica. Ha ottenuto il PhD in chimica e attualmente lavora come docente che ha il compito di aggiornare gli insegnanti al Dipartimento per l’Educazione per il Governo della Catalogna.  Insegna anche in corsi per l’educazione secondaria in(fisica e chimica) alla Facoltà dell’Educazione dell’Università di Barcellona, Spagna

La Professoressa Silvia Lope ha un PhD in educazione della biologia e al momento insegna alla Università Pompeu Fabra a Barcellona, in Spain, nel corso magistrale per l’insegnamento di scienze nella scuola secondaria.


Review

This article is a great example of a cross-curricular project that offers learning in an active way. The activities provide the perfect mix of discussion, analysis and experiment on the topic of sunscreens and their UV protection – something that is highly relevant to teenagers.

The experiments and discussions can be used to explore a variety of topics that are central to most science curricula, and they also provide the opportunity to learn about the scientific method. The time needed for all three activities is approximately 3 hours, which – from my point of view as a teacher of chemistry, physics and biology – is time well spent.


Dr Ingela Bursjöö, science teacher, Montessori school Elyseum, Gothenburg, Sweden




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CC-BY