本
文
摘
要
当今社会，随着生活节奏的加快，白发已经不再是年龄的象征，困扰着越来越多的年轻人，罪魁祸首就是黑色素的流失。尽管市面上的染发剂可以让白发瞬间变黑，然而长期使用必将损害健康，存在致癌的风险。聚多巴胺(PDA)被公认为是一种模拟黑色素的安全染料。先前，美国西北大学Nathan C. Gianneschi教授团队已经证实, 多巴胺(DA)在碱性条件下自发氧化，生成的PDA可以附着在头发上。
为了寻求更加温和的染发剂，近日，美国西北大学Nathan C. Gianneschi教授团队报道了一种全新的化学酶法合成聚多巴胺（PDA），PDA涂层不仅可以有效地附着在头发上，而且可以防止头发内部纤维在阳光下受到光损伤，从而起到防晒的作用，该方法灵感来源于模拟天然黑色素的形成。此项研究以题为“Bioinspired Chemoenzymatic Route to Artificial Melanin for Hair Pigmentation”发表在《
Chemistry of Materials》上。将等量（0.5 mg/mL ）L-酪氨酸(L-Tyr)、酪胺(TA)和多巴胺(DA)分别与10 U/mL 酪氨酸酶在23℃和35℃进行反应，如图1A所示，35℃下的反应液在10分钟左右开始变黑/棕，UV和RP-HPLC表征分析表明在35℃和高浓度酪氨酸酶条件下，反应均可快速进行（图1B-1D）。
图1. 化学酶聚合反应温度和酪氨酸酶浓度的优化。将等浓度L-Tyr、TA和DA分别在23℃和35℃处理金发，如图2A、B所示，35℃处理的金发转黑更加明显，并且单体和酶浓度越高，金发染的越黑（图2C、D）。
图2. 化学酶法染发效果对比图。为了探讨化学酶法染发机理，作者观察了头发的光学性质和颜色分布。与自然棕色头发相比，经处理的头发在较高波长处的反射率都略低，其中DA处理的头发更加接近自然的发色（图3A-C）。显微镜分析观察到，经化学酶法染发后，黑色分布在头发外层，而碱性法是将头发表面和内部皮层进行着色（图3D）。并且头发SEM图谱表征可以清晰地看出，化学酶法没有造成任何的头发损伤，而碱性法引起了明显的角质层受损（图3E）。因此，化学酶法在对内皮层干扰最小的情况下，以非常温和的方式进行染发。
图3. 化学酶法染发机理研究。此外，作者对所染的黑发是否具有天然黑色素的特性进行了深入地探讨，将对照组和实验组头发在315−400 nm (UVA)和280−315 nm (UVB)紫外光照射10天后，进行形貌和光学性质分析。经10天UVA和UVB照射后，对照组的金发和自然棕发的外皮层已经出现明显破损(图4B)，而实验组反射图谱表明紫外光照射前后反射率波动较小(图4C)。并且在显微镜图谱中，如图4D所示，未经染色的金发角质层已经明显地浮起、剥落和损伤，而经化学酶法和碱性法染色的头发依然保持原有的形态。综上所述，头发表面所着落的合成黑色素不仅能使头发纤维呈现自然的颜色，而且还能与阳光相互作用，避免头发内层受辐射损伤。
图4. 化学酶法和碱性法合成PDA涂层保护头发角质层免受光损伤。受天然黑色素的启发，作者以酪氨酸酶氧化DA，温和地将PDA着色在头发外层，不仅呈现了自然的发色，还可以防止头发内部纤维在阳光下受到光损伤。该项工作为快速、温和、高效的多功能生物染发剂的研发开辟了新途径。
来源：高分子科学前沿
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