當(dāng)今社會(huì),隨著生活節(jié)奏的加快,白發(fā)已經(jīng)不再是年齡的象征,困擾著越來(lái)越多的年輕人,罪魁禍?zhǔn)拙褪呛谏氐牧魇А1M管市面上的染發(fā)劑可以讓白發(fā)瞬間變黑,然而長(zhǎng)期使用必將損害健康,存在致癌的風(fēng)險(xiǎn)。聚多巴胺(PDA)被公認(rèn)為是一種模擬黑色素的安全染料。先前,美國(guó)西北大學(xué)Nathan C. Gianneschi教授團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證實(shí), 多巴胺(DA)在堿性條件下自發(fā)氧化,生成的PDA可以附著在頭發(fā)上。

為了尋求更加溫和的染發(fā)劑,近日,美國(guó)西北大學(xué)Nathan C. Gianneschi教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種全新的化學(xué)酶法合成聚多巴胺(PDA),PDA涂層不僅可以有效地附著在頭發(fā)上,而且可以防止頭發(fā)內(nèi)部纖維在陽(yáng)光下受到光損傷,從而起到防曬的作用,該方法靈感來(lái)源于模擬天然黑色素的形成。此項(xiàng)研究以題為“Bioinspired Chemoenzymatic Route to Artificial Melanin for Hair Pigmentation”發(fā)表在《Chemistry of Materials》上。

將等量(0.5 mg/mL )L-酪氨酸(L-Tyr)、酪胺(TA)和多巴胺(DA)分別與10 U/mL 酪氨酸酶在23℃和35℃進(jìn)行反應(yīng),如圖1A所示,35℃下的反應(yīng)液在10分鐘左右開始變黑/棕,UV和RP-HPLC表征分析表明在35℃和高濃度酪氨酸酶條件下,反應(yīng)均可快速進(jìn)行(圖1B-1D)。

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圖1. 化學(xué)酶聚合反應(yīng)溫度和酪氨酸酶濃度的優(yōu)化。

將等濃度L-Tyr、TA和DA分別在23℃和35℃處理金發(fā),如圖2A、B所示,35℃處理的金發(fā)轉(zhuǎn)黑更加明顯,并且單體和酶濃度越高,金發(fā)染的越黑(圖2C、D)。

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圖2. 化學(xué)酶法染發(fā)效果對(duì)比圖。

為了探討化學(xué)酶法染發(fā)機(jī)理,作者觀察了頭發(fā)的光學(xué)性質(zhì)和顏色分布。與自然棕色頭發(fā)相比,經(jīng)處理的頭發(fā)在較高波長(zhǎng)處的反射率都略低,其中DA處理的頭發(fā)更加接近自然的發(fā)色(圖3A-C)。顯微鏡分析觀察到,經(jīng)化學(xué)酶法染發(fā)后,黑色分布在頭發(fā)外層,而堿性法是將頭發(fā)表面和內(nèi)部皮層進(jìn)行著色(圖3D)。并且頭發(fā)SEM圖譜表征可以清晰地看出,化學(xué)酶法沒(méi)有造成任何的頭發(fā)損傷,而堿性法引起了明顯的角質(zhì)層受損(圖3E)。因此,化學(xué)酶法在對(duì)內(nèi)皮層干擾最小的情況下,以非常溫和的方式進(jìn)行染發(fā)。

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圖3. 化學(xué)酶法染發(fā)機(jī)理研究。

此外,作者對(duì)所染的黑發(fā)是否具有天然黑色素的特性進(jìn)行了深入地探討,將對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組頭發(fā)在315?400 nm (UVA)和280?315 nm (UVB)紫外光照射10天后,進(jìn)行形貌和光學(xué)性質(zhì)分析。經(jīng)10天UVA和UVB照射后,對(duì)照組的金發(fā)和自然棕發(fā)的外皮層已經(jīng)出現(xiàn)明顯破損(圖4B),而實(shí)驗(yàn)組反射圖譜表明紫外光照射前后反射率波動(dòng)較小(圖4C)。并且在顯微鏡圖譜中,如圖4D所示,未經(jīng)染色的金發(fā)角質(zhì)層已經(jīng)明顯地浮起、剝落和損傷,而經(jīng)化學(xué)酶法和堿性法染色的頭發(fā)依然保持原有的形態(tài)。綜上所述,頭發(fā)表面所著落的合成黑色素不僅能使頭發(fā)纖維呈現(xiàn)自然的顏色,而且還能與陽(yáng)光相互作用,避免頭發(fā)內(nèi)層受輻射損傷。

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圖4. 化學(xué)酶法和堿性法合成PDA涂層保護(hù)頭發(fā)角質(zhì)層免受光損傷。

受天然黑色素的啟發(fā),作者以酪氨酸酶氧化DA,溫和地將PDA著色在頭發(fā)外層,不僅呈現(xiàn)了自然的發(fā)色,還可以防止頭發(fā)內(nèi)部纖維在陽(yáng)光下受到光損傷。該項(xiàng)工作為快速、溫和、高效的多功能生物染發(fā)劑的研發(fā)開辟了新途徑。

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