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脱髮年輕化:第一批90後禿了

供稿:安東帕(上海)商貿有限公司 2021/1/12 17:36:20
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從工業的角度來看,頭髮有許多吸引人的特徵。與羊毛、鱗片或羽毛相比,人類的毛髮是動物皮膚細胞進化的簡單形式。頭髮是一種豐富的可再生自然資源,是化妝品行業的熱門目標,也是生物技術應用中極有吸引力的基礎材料。其實,頭髮是一種無處不在的生物材料,由蛋白絲組成。毛髮橫切面(圖1)具有三個不同的區域:角質層、皮質層和髓質。角質層是一層薄薄的扁平細胞,呈瓦狀排列;皮質層較厚,包含桿狀角蛋白分子和黑色素細胞;髓質是一個鬆散的中心區域。

脂質分子散佈在角質層上,使毛髮表面具有疏水性。這一點很重要,因為諸如漂白、染色、護理直接作用於暴露在外的角質層,角質層與外界發生摩擦、潤濕、吸附和擴散營養物質等作用。事實上,通過機械手段(梳理,吹乾)和化學(漂白,日曬)手段損傷角質層會暴露毛髮上的孔結構。這對了解頭髮的機械性能和整體健康有着重要的意義。本應用報告主要對頭髮的基本參數,特別是BET比表面積、孔徑分佈和密度進行了表徵和討論。

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圖1 :人類毛髮的結構

比表面

通過不同的處理條件,研究人員得到了髮絲的表面積和孔徑的變化。使用Anton-Paar Autosorb iQ在N2(77K) 條件下進行了氣體吸附分析。頭髮被切成小段,在145°C下脱氣0.5小時。圖2為隨着漂白程度增加(1.7% NH4OH/ 6% H2O, 313K, 0-20分鐘)或紫外線照射時間的增加(340 nm, 450 J/cm2, 0-1200小時),頭髮的標準多點BET比表面積結果。圖2 同時説明,對於未處理的頭髮,其BET比表面積約為0.4 m2/g。

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圖2 :不同程度的處理方式使毛髮BET比表面積發生變化

 

假設有纖維是均勻圓柱型的,且孔隙率很小,這纖維和上述毛髮的比表面積值相近。短時間漂白的頭髮,其比表面積是未經處理頭髮的三倍。但是,延長漂白時間後,毛髮的比表面積損失很大。相比之下,圖2中,紫外線輻射處理導致的毛髮表面積損失較輕微。將毛髮浸入低分子量聚合物(頭髮調節劑)會導致表面積損失更多,這是因為低分子量聚合物滲透到了毛髮的開孔中。顯然,系統地研究毛髮經不同處理方法後的BET比表面積變化可以用來預測和優化頭髮質量。

孔結構 

上文討論的氣體吸附法既可以用於BET比表面積的研究也可以用於N2(77k)等温線的測量。等温線可用於樣品孔隙結構的詳細分析。圖3顯示了三個毛髮纖維的累積孔體積曲線。與原始頭髮樣品相比,可以清楚地看到,經過短時間的漂白處理後,孔體積幾乎增加了一倍。其中,在1-10 nm範圍內的孔體積上升最快,這説明在該範圍內,漂白劑對孔表面的刻蝕最為有效。相比之下,紫外線處理稍微降低了孔體積。孔徑分佈結果如圖4所示。

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圖3 :三種不同毛髮的累積孔體積曲線

 

從圖4的孔徑分佈可以看出,未經處理的毛髮孔徑分別為2 nm、3 nm、5nm。經過短時間的漂白後,孔容增加,最可幾孔徑發生變化。在長時間的紫外線照射下,毛髮中的孔徑變小,孔容變少。

由於毛髮表面積較低,使用Kr (77 K)(僅BET比表面積測試)或Kr (87 K) (BET比表面積和孔隙大小分佈)進行測量可以提高測試靈敏度,可以使用Kr (77 K)測試毛髮的BET比表面積或Kr (87 K)測試BET比表面積和孔徑分佈。Kr吸附尤其適用於比表面積較小的樣品或者樣品量不足的情況。

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圖4 :三種不同毛髮纖維的孔徑分佈

密度

毛髮纖維中含有50%的碳。大約65%- 95%的頭髮由蛋白質、尤其是α-角蛋白組成,其密度約為1.283 ~1.335g/cm3。使用安東帕康塔真密度儀可以在幾分鐘內測量最低0.1 cm3毛髮的骨架密度。表1為使用氦氣測試的男性(M1)和女性(F1)毛髮纖維骨架密度測試結果。

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表1:使用Ultrapyc系列測試男性(M1)和女性(F1)毛髮樣本的骨架密度

表1顯示了兩組毛髮間存在明顯的差異。這兩組毛髮都在到樣後直接測試,以排除由於熱損失而引起的晶體微觀結構的變化。表1表明,男性毛髮樣本更符合由α-角蛋白組成的特徵,而女性毛髮樣本的密度更高。較高的密度可能是由於靜電在毛髮上粘附了高分子量的頭髮調理劑或顆粒。基於性別,年齡,種族等的差異,人類毛髮的密度通常是不同的。當然,局部毛髮密度取決於許多因素,包括孔隙率、毛髮的取樣位置(距離髮根的遠近)、頭髮色素沉着等。封閉的孔隙(外部流體無法進入的孔隙)也會導致測量到的骨架密度低於真實的固體密度。毛髮的骨架密度也應該與“稠密度(denseness)”區分開來,“稠密度(denseness)”表示的是每單位面積皮膚上的髮絲數量。

總結

人類毛髮纖維具有一定的表面積。BET比表面積和孔徑都可以被視為頭髮性能的重要相關因素。此外,氣體比重法是一種快速和無損的方法,可用來評估測試毛髮的骨架密度。正如科學家所知,人類毛髮是非常有用的生物技術應用基礎材料(如組織支架),毛髮纖維純天然且經濟穩定,可以替代人工合成材料。由於這些標準化技術在實驗上的簡單便捷且提供了豐富的信息,隨着越來越多的科學家認識到它們的潛在優勢,用上述方法和儀器對天然和合成纖維進行測試會越來越受歡迎。

審核編輯(李娜)
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