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真正的勇士
敢于直面自己的發(fā)際線
那些能隨便撩頭發(fā)的人
上輩子一定是大善人
根據(jù)調(diào)查，中國目前的脫發(fā)人群已經(jīng)高達(dá)2.5億，數(shù)據(jù)顯示，我國中青年男性脫發(fā)的發(fā)病率較20年前增長了10倍以上。甚至假發(fā)、護(hù)法、增發(fā)等產(chǎn)品在雙十一的銷售榜單也極其靠前。
更可怕的是，第1批90后都開始禿了
但是，對抗脫發(fā)的戰(zhàn)斗，只要還有一根頭發(fā)在，我們就絕不屈服！
頭發(fā)是一種豐富的自然資源，也是化妝品和生物技術(shù)行業(yè)的首要目標(biāo)。頭發(fā)的主要結(jié)構(gòu)特征包括:BET比表面積、孔徑分布和骨架密度。了解頭發(fā)的這些特征屬性，有助于提高對人類頭發(fā)纖維性質(zhì)和應(yīng)用的理解。通過對毛發(fā)進(jìn)行系統(tǒng)的化學(xué)處理或輻射處理，可以顯著的改變其BET比表面積和孔徑。
前言
從工業(yè)的角度來看，頭發(fā)有許多吸引人的特征。與羊毛、鱗片或羽毛相比，人類的毛發(fā)是動物皮膚細(xì)胞進(jìn)化的簡單形式。頭發(fā)是一種豐富的可再生自然資源，是化妝品行業(yè)的熱門目標(biāo)，也是生物技術(shù)應(yīng)用中極有吸引力的基礎(chǔ)材料。其實(shí)，頭發(fā)是一種無處不在的生物材料，由蛋白絲組成。毛發(fā)橫切面(圖1)具有三個不同的區(qū)域：角質(zhì)層、皮質(zhì)層和髓質(zhì)。角質(zhì)層是一層薄薄的扁平細(xì)胞，呈瓦狀排列；皮質(zhì)層較厚，包含桿狀角蛋白分子和黑色素細(xì)胞；髓質(zhì)是一個松散的中心區(qū)域。
脂質(zhì)分子散布在角質(zhì)層上，使毛發(fā)表面具有疏水性。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)橹T如漂白、染色、護(hù)理直接作用于暴露在外的角質(zhì)層，角質(zhì)層與外界發(fā)生摩擦、潤濕、吸附和擴(kuò)散營養(yǎng)物質(zhì)等作用。事實(shí)上，通過機(jī)械手段(梳理，吹干)和化學(xué)(漂白，日曬)手段損傷角質(zhì)層會暴露毛發(fā)上的孔結(jié)構(gòu)。這對了解頭發(fā)的機(jī)械性能和整體健康有著重要的意義。本應(yīng)用報告主要對頭發(fā)的基本參數(shù)，特別是BET比表面積、孔徑分布和密度進(jìn)行了表征和討論。
圖1 ：人類毛發(fā)的結(jié)構(gòu)
比表面
通過不同的處理?xiàng)l件，研究人員得到了發(fā)絲的表面積和孔徑的變化。使用Anton-Paar Autosorb iQ在N2(77K) 條件下進(jìn)行了氣體吸附分析。頭發(fā)被切成小段，在145°C下脫氣0.5小時。圖2為隨著漂白程度增加(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)，頭發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)多點(diǎn)BET比表面積結(jié)果。圖2 同時說明，對于未處理的頭發(fā)，其BET比表面積約為0.4 m2/g。
圖2 ：不同程度的處理方式使毛發(fā)BET比表面積發(fā)生變化
假設(shè)有纖維是均勻圓柱型的，且孔隙率很小，這纖維和上述毛發(fā)的比表面積值相近。短時間漂白的頭發(fā)，其比表面積是未經(jīng)處理頭發(fā)的三倍。但是，延長漂白時間后，毛發(fā)的比表面積損失很大。相比之下，圖2中，紫外線輻射處理導(dǎo)致的毛發(fā)表面積損失較輕微。將毛發(fā)浸入低分子量聚合物(頭發(fā)調(diào)節(jié)劑)會導(dǎo)致表面積損失更多，這是因?yàn)榈头肿恿烤酆衔餄B透到了毛發(fā)的開孔中。顯然，系統(tǒng)地研究毛發(fā)經(jīng)不同處理方法后的BET比表面積變化可以用來預(yù)測和優(yōu)化頭發(fā)質(zhì)量。
孔結(jié)構(gòu)
上文討論的氣體吸附法既可以用于BET比表面積的研究也可以用于N2(77k)等溫線的測量。等溫線可用于樣品孔隙結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析。圖3顯示了三個毛發(fā)纖維的累積孔體積曲線。與原始頭發(fā)樣品相比，可以清楚地看到，經(jīng)過短時間的漂白處理后，孔體積幾乎增加了一倍。其中，在1-10 nm范圍內(nèi)的孔體積上升快，這說明在該范圍內(nèi)，漂白劑對孔表面的刻蝕有效。相比之下，紫外線處理稍微降低了孔體積。孔徑分布結(jié)果如圖4所示。
圖3 ：三種不同毛發(fā)的累積孔體積曲線
從圖4的孔徑分布可以看出，未經(jīng)處理的毛發(fā)孔徑分別為2 nm、3 nm、5nm。經(jīng)過短時間的漂白后，孔容增加，可幾孔徑發(fā)生變化。在長時間的紫外線照射下，毛發(fā)中的孔徑變小，孔容變少。
由于毛發(fā)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布)進(jìn)行測量可以提高測試靈敏度，可以使用Kr (77 K)測試毛發(fā)的BET比表面積或Kr (87 K)測試BET比表面積和孔徑分布。Kr吸附尤其適用于比表面積較小的樣品或者樣品量不足的情況。
圖4 ：三種不同毛發(fā)纖維的孔徑分布
密度
毛發(fā)纖維中含有50%的碳。大約65%- 95%的頭發(fā)由蛋白質(zhì)、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(nèi)測量低0.1 cm3毛發(fā)的骨架密度。表1為使用氦氣測試的男性(M1)和女性(F1)毛發(fā)纖維骨架密度測試結(jié)果。
表1：使用Ultrapyc系列測試男性(M1)和女性(F1)毛發(fā)樣本的骨架密度
表1顯示了兩組毛發(fā)間存在明顯的差異。這兩組毛發(fā)都在到樣后直接測試，以排除由于熱損失而引起的晶體微觀結(jié)構(gòu)的變化。表1表明，男性毛發(fā)樣本更符合由α-角蛋白組成的特征，而女性毛發(fā)樣本的密度更高。較高的密度可能是由于靜電在毛發(fā)上粘附了高分子量的頭發(fā)調(diào)理劑或顆粒。基于性別，年齡，種族等的差異，人類毛發(fā)的密度通常是不同的。當(dāng)然，局部毛發(fā)密度取決于許多因素，包括孔隙率、毛發(fā)的取樣位置(距離發(fā)根的遠(yuǎn)近)、頭發(fā)色素沉著等。封閉的孔隙(外部流體無法進(jìn)入的孔隙)也會導(dǎo)致測量到的骨架密度低于真實(shí)的固體密度。毛發(fā)的骨架密度也應(yīng)該與“稠密度(denseness)”區(qū)分開來，“稠密度(denseness)”表示的是每單位面積皮膚上的發(fā)絲數(shù)量。
總結(jié)
人類毛發(fā)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發(fā)性能的重要相關(guān)因素。此外，氣體比重法是一種快速和無損的方法，可用來評估測試毛發(fā)的骨架密度。正如科學(xué)家所知，人類毛發(fā)是非常有用的生物技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)材料(如組織支架)，毛發(fā)纖維*且經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定，可以替代人工合成材料。由于這些標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)在實(shí)驗(yàn)上的簡單便捷且提供了豐富的信息，隨著越來越多的科學(xué)家認(rèn)識到它們的潛在優(yōu)勢，用上述方法和儀器對天然和合成纖維進(jìn)行測試會越來越受歡迎。
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