实力科普:染发剂哪家强,石墨烯帮您忙

[发表时间:2018年03月31日 08:23 来源:广州网页设计培训 作者:广州网页设计培训]

  来源:“X-MOL资讯”微信公众号

  理工科研究生们最关心的就是三件事:文章有没有进展、体重有没有飙涨、白头发有没有又多了几根……如果时运不济,三件事往往都是坏消息,文章还没发,大好青年就有“可怜未老头先白”的趋势。

  要不要选择染发呢,理发店的Tony和Peter都有意无意地提过好几次了?

  不不不,总有报道称染发剂中的一些化合物是有毒的,比如大多数染发剂中都含有的对苯二胺(p-Phenylenediamine,PPD)。一些研究表明,美发行业的工作人员长期接触含对苯二胺的染发剂,导致膀胱癌、乳腺癌的比例明显提高[1,2]。不过,学术界一直就对苯二胺是否致癌存在争议,国际癌症研究机构(IARC)也仅仅把染发剂列为第三类致癌物 [3],比实验室常用的二氯甲烷和三氯甲烷——第二类致癌物——还低一个等级。尽管如此,PPD是一种毫无疑问的接触过敏原,对皮肤的伤害毋庸置疑。2006年,在美国接触性皮炎协会(ACDS)组织的评选中,PPD甚至被票选为“年度过敏原(Allergen of the Year)” [4]。就算监管机构对这些化合物的用量进行了规定,但总有些商家打着“纯天然”、“无毒无害”的名头生产不合格产品 [5]。(扯远一点:“纯天然”、“纯植物提取”不代表无毒无害,想想号称“断肠草”的钩吻,面对各种宣传千万要睁大眼睛)

染发剂中常见成分。图片来源:IARC 染发剂中常见成分。图片来源:IARC

  前两天,听说有人发明了一种石墨烯染发剂,无毒无副作用,不易褪色,还防静电!

  实验室的师弟兴冲冲地说:“师兄,我们的白头发终于有救了!”

  “要小心求证啊!前两天还有人搞了个石墨烯内裤,冒用诺奖得主做宣传被人家怒怼[6] ……”

  “是真的,师兄,美国西北大学的一篇Chem 论文,你看!”

  果然,真有人脑洞大开,将“明星材料”石墨烯的应用范围拓宽到了染发剂领域。

  美国西北大学黄嘉兴(Jiaxing Huang)课题组利用石墨烯代替有毒的分子制备更安全的染发剂。同时,由于石墨烯优异的导电性,还可以改善干燥季节中静电对发型带来的困扰,可谓一举多得。相关研究成果发表在Cell Press旗下的Chem杂志上,论文共同第一作者为Chong LuoLingye Zhou

石墨烯染发剂抗静电性能。图片来源:Chem 石墨烯染发剂抗静电性能。图片来源:Chem

  这种染发剂包括着色剂还原石墨烯(r-GO)或者氧化石墨烯(GO)片(尺寸在微米级,厚度约为1纳米),分散剂壳聚糖维生素C做共分散剂也可用于还原GO。随后研究者将这种混合水性溶液均匀的喷涂在头发上。10分钟后染发结束,石墨烯在头发表面形成一层均匀的薄膜,厚度约2微米。区别于传统的染发,需要用化合物打开头发的角质层使染色剂可以进入头发结构内部,石墨烯层附着在头发表面,不会与头发发生反应,对发质没有损伤。通过改变石墨烯浓度,就可以调节染发剂的颜色由灰变为黑,石墨烯质量分数达到0.25%的染发剂就可与商业黑色染发剂产品达到同样的效果。

不同浓度石墨烯染发对比及SEM照片。图片来源:Chem 不同浓度石墨烯染发对比及SEM照片。图片来源:Chem

  这种石墨烯染发剂是否具有耐久性呢?答案是肯定的。虽然石墨烯不会通过化学反应改变头发颜色,但由于壳聚糖通过氨基和羟基能与毛发表面的角蛋白结合,而r-GO本身就具有疏水性,其片层高比表面积,又可以通过氢键和壳聚糖相互作用,因此干燥后的r-GO/壳聚糖染发剂可以牢牢地附着在头发上,并不容易洗掉。研究者对比了清洗前后的头发颜色,经rGO/壳聚糖染发后,至少可以抵御30次的洗发水清洗而不明显褪色。换句话说,即使你每天洗头,也可以至少保证1个月不褪色。

石墨烯染发抗洗涤耐久性能。图片来源:Chem 石墨烯染发抗洗涤耐久性能。图片来源:Chem

  有人会问1个月以后怎么办呢?呃,1个月以后染的颜色已经不重要了,因为新的白头发又长出来了……约起小伙伴再来染过吧,反正用它染个发只需10分钟……(估计Tony和Peter会爱死这款染发剂)

  渐变染发,也被称为“彩虹色”,最近越来越流行。研究者为提升用户体验,也尝试了如何用石墨烯染发剂实现简单快捷的渐变色。先将一束头发涂上GO/壳聚糖溶液(0.25%),再利用紫外光照射,通过改变照射时间或者紫外光强度,就可以实现头发颜色的渐变。这一研究不但可以用于渐变色发型,还可以作为紫外线照射累积剂量的比色指示剂,用于紫外线防护。

紫外诱导“渐变色”。图片来源:Chem 紫外诱导“渐变色”。图片来源:Chem

  总结起来,石墨烯染发剂有五大优势:不含有机溶剂或对苯二胺等成分;耐久性已达到市场上永久性染发剂的水平;增强头发抗静电性能和散热性能;染发过程简单,喷一喷或者刷一刷,10分钟左右就搞定;最重要的一条,因为所用的原料是廉价易得的氧化石墨烯,所以这种染色剂的成本并不高。不过,目前能实现的颜色就是棕色到黑色,别的颜色还有待进一步研究。

  “这种染发剂基于较常见的氧化石墨烯,因此成本并不高。人们可以使用这种染发剂使头发表面上具有导电性,”黄嘉兴教授说,“这意味着有可能与可穿戴电子设备集成,或成为导电传感器,甚至更多应用,受限制的只是我们的想象力。”[7]

黄嘉兴教授。图片来源:Northwestern University 黄嘉兴教授。图片来源:Northwestern University

  (温馨提示:本文结果仅属科研实验性质,请勿私下在人类和动物身上模仿和重复!)

  原文:Multifunctional Graphene Hair Dye

  Chem, 2018, 4, 1–11, DOI: 10.1016/j.chempr.2018.02.021

  参考资料:

  [1]Does the Use of Hair Dyes Increase the Risk of Developing Breast Cancer? A Meta-analysis and Review of the Literature。 Anticancer Research, 2018, 38, 707

  http://ar.iiarjournals.org/content/38/2/707.abstract 

  [2]Hair dye use, regular exercise, and the risk and prognosis of prostate cancer: multicenter case–control and case-only studies。 BMC Cancer, 2016, 16, 242

  https://bmccancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12885-016-2280-7 

  [3]http://www.sda.gov.cn/WS01/CL1991/215896.html

  注:第三类致癌物,指对人体致癌性尚未归类的物质或混合物,对人体致癌性的证据不充分,对动物致癌性证据不充分或有限。

  [4]Contact Allergen of the Year: p-Phenylenediamine。 Dermatitis, 2006, 17, 53

  https://journals.lww.com/dermatitis/fulltext/2006/06000/p_Phenylenediamine.2.aspx

  [5]国家食药监总局通告88批次染发类化妆品不合格

  http://www.sda.gov.cn/WS01/CL0050/226778.html

  [6]http://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1759406 

  [7]https://news.northwestern.edu/stories/2018/march/graphene-finds-new-application-as-non-toxic-anti-static-hair-dye/ 

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