Полідофамін пофарбував волосся в темно-коричневий колір

Хіміки запропонували новий спосіб забарвлення волосся, заснований на полімеризації дофаміну в лужному середовищі. Такий метод дозволяє перманентно пофарбувати будь-яке волосся в темно-коричневий колір без використання солей важких металів і окислювачів у своєму складі. Більш того, цей не змінює структуру волосся і їх механічні властивості. Стаття опублікована в журналі

Волосся в основному складається з кератинів - білків нитевидної форми - і пігменту меланіну, поширеного між волокнами білка. Різні кольори волосся виникають за рахунок концентрації і розподілу двох типів меланінових пігментів: чорні та коричневі еумеланіни і більш рідкісні червоні феомеланіни, відповідальні за виникнення рудого кольору волосся і рожевого забарвлення доль, сосків і статевих органів. При окисленні або вимиванні меланіну з волосся виникає сірий або білий колір волосся. Посідання волосся пов'язане зі старінням, хоча на регуляцію концентрації меланіну у волоссі впливає багато факторів: метаболізм, частота зміни волосся, розподіл меланіну в організмі, стать, використання спеціальних ліків або генетичні відхилення. У середньому у половини людей до 50 років половина волосся стає сивим.

В організмі людини біосинтез меланіну - гетерогенного і полідисперсного полімеру, що складається з похідних пірокатехіну - починається з ферментного окислення L-тирозину в дофамін в клітинних органелах меланосомах, який потім піддається окислювальній полімеризації. Процес закінчується переміщенням темних меланінових гранул в епідерміс і волосся. На сьогоднішній день полідофамін вважається синтетичним замінником еумеланіну.

Перші приклади натуральних барвників для волосся відомі ще з часів стародавнього Єгипту. Пігменти лавсонії неколючої (), або хни, і кайал (суміш сажі з сульфідом сурьми) стародавні єгиптяни наносили на волосся, щоб зробити їх темними або посилити колір. Першу штучну фарбу для волосся тривалого користування синтезував на початку 20 століття засновник L'Oreal Ежен Шуеллер, до її складу входили солі міді, пірогалол і сульфіт натрію. Відтоді індустрія фарб для волосся розвинулася настільки широко, що більше половини жителів розвинених країн хоч раз фарбували своє волосся. Незважаючи на потенційну канцерогенність деяких поширених компонентів фарби, частий розвиток алергії у клієнтів і колористів, а також пошкодження волосся, в сучасному суспільстві все ще розширюється ринок барвників на їх основі.

З розвитком нанотехнології з'явився новий підхід до розробки фарби для волосся. Ще античні методи забарвлення працювали за рахунок наночастинок галеніту, який виходив через реакцію між оксидом свинцю і амінокислотами кератину. Використання наночастинок золота неефективно через необхідність тримати їх на волоссі 16 днів, а використання матеріалів на основі графену хоч і надає переваги в антистатичних властивостях і розсіянні тепла, але дозволяє отримати тільки чорний колір волосся і порівняно дорого.

Вчені розробляють підходи до відновлення вмісту меланіну в структурі волосся, але забарвлення волосся наночастинками меланінового пігменту запропонували недавно. Існуючі методи все ще використовують сильні окислювальні умови і великі концентрації заліза і міді в якості комплексоутворювачів, які не можуть бути допущені до широкого домашнього використання.

Клавдія Баттістелла (Claudia Battistella) і її колеги з Північно-західного Університету США запропонували новий спосіб нанесення меланіну без використання металевих комплексоутворювачів і сильних окислювачів. Вони отримали не тільки чорні або коричневі забарвлення волосся, а й помаранчеві і золоті відтінки. Різні кольори виходили за рахунок різної температури забарвлення. Метод дозволив пофарбувати в чорний світле, руде, коричневе і сіре натуральне волосся, а також вже фарбоване в яскравий фіолетовий колір. Перевага такого забарвлення волосся у відсутності іонів металів і перекису водню, яку додають у перманентні фарби.

Вчені вирішили використовувати мимовільну окислювальну полімерізацію з киснем з повітря при лужному середовищі, що зробило метод м'яким, простим і дешевим для використання. Розчин дофаміну з концентрацією в п'ять міліграм на мілілітр наносили на волосся, а потім pH розчину підвищували широко використовуваними підставами, зокрема тривідсотковим розчином аміаку.

Щоб перевірити відтворюваність цього методу, хіміки провели забарвлення світлого волосся від двох постачальників натурального волосся. Вони підвищували pH трьома способами: тривідсотковим розчином аміаку, 0,05-молярним розчином гідроксиду натрію і трисовим буфером з pH 8,5. Однак після двох годин витримування волосся у всіх випадках слабко і неоднорідно потемніло. Для прискорення реакції підвищили температуру нанесення. Для якісного чорного кольору волосся достатньо було температури трохи вище фізіологічної температури організму - 37-40 градусів Цельсія. Підвищення концентрації аміаку до шести відсотків дозволило досягти більш темного волосся, невідличних від тих, які пофарбували комерційним барвником, або натурального коричневого волосся.

Для отримання більш світлих відтінків автори статті додали в систему перекис водню. У концентраціях до трьох відсотків (у більшості протоколів забарвлення використовується шестипроцентна перекис водню) вона змогла зрушити класичний темно-коричневий або чорний еумеланіновий колір до більш світлих і теплих відтінків.

Після підбору складів для отримання бажаного кольору волосся вчені провели серію експериментів зі стійкості такого покриття до змивання водою з шампунем. Протягом п'яти тижнів кожні два дні вони промивали волосся, пофарбоване шестипроцентним розчином аміаку при 37-40 градусах Цельсія: 5 разів у чистій воді і 18 разів з десятивідсотковим розчином шампуня. За визначенням напівперманентні фарби утримуються на волоссі протягом чотирьох тижнів, а перманентні фарби протягом шести тижнів. Волосся не змінило своє забарвлення за п'ять тижнів змивання, а тому нова фарба може вважатися перманентною.

Хоча фарбування поширеними перманентними барвниками веде до тривалого утримання бажаного кольору, жорсткі умови і проникнення маленьких молекул барвника в кортекс волосся роблять ці методи інвазивними. Щоб перевірити неушкодженість волосся після використання нового методу забарвлення, вчені провели аналіз їх поверхні. За допомогою ВК-спектроскопії порушеного повного внутрішнього відображення з Фур'є-перетворенням вони встановили, що хімічний склад поверхні волосся практично не змінився, лише змістилися піки двох амідних зв'язків за рахунок перекривання з полідофаміновими зв'язками, що підтверджує наявність полідофаміну на поверхні волосся.

У скануючому електронному мікроскопі на поверхні забарвленого волосся вчені виявили наночастинки полідофаміну. Також вони перевірили нанесення полідофаміну за жорстких умов у присутності перекису та сульфату міді. На поверхні вийшла плівка полідофаміну, а не окремі наночастинки. А за допомогою просвічуючого електронного мікроскопа автори роботи не виявили на зрізі волосся глибокого проникнення барвника до його центру. Це дозволило вченим довести, що новий метод дозволяє пофарбовувати волосся на тривалий час без зміни їх внутрішньої структури і механічних властивостей.

Вчені перевірили новий спосіб фарбування на волоссі різних кольорів: натурального рудого, коричневого, сірого і фарбованого фіолетового волосся. Для кожного виду була проведена полімерізація дофаміну при 37-40 градусах Цельсія і тривідсоткової концентрації аміаку - все волосся успішно пофарбувалося в темно-коричневий колір.

Волосся стало невід'ємною частиною образу. Два роки тому ми розповідали про нетоксичну стійку синьо-фіолетову фарбу для волосся, отриману з чорної смородини. А рік тому генетики провели дослідження, в якому шукали залежність привабливості від генів. Дівчата називали привабливим чоловіків з рудим волоссям на порядок частіше, ніж власників темного і світлого волосся.