科学家找到纯天然方案 染发可提供金色到黑色一系列着色效果

虽然染发可以改变形象,并深受年轻人的喜爱,但是很多人也清楚,经常使用染发剂也会给身体带来伤害。那么有没有可以替代的方案呢?

近日,来自美国西北大学国际纳米技术研究所的科学家们,受自然界鸟类等彩色羽毛中黑色素合成的启发,开发了一种全新的染发方法,通过模仿自然黑色素合成的过程,可以将头发染成从金色到黑色一系列自然的发色。

这一发现,有望摆脱目前各种致癌以及有毒染发剂的困扰。相关研究成果以 “Bioinspired Chemoenzymatic Route to Artificial Melanin for Hair Pigmentation” 为题,发表在最新一期的 Chemical Science 杂志上。

对此,论文作者之一 Nathan C. Gianneschi 博士表示,“从生物医学的角度来看,部分人会对现有的染发剂过敏,同时现有的染发剂还有很多其他的毒副作用,因此我认为有一个解决方案能帮助解决这些问题,是非常棒的。”

染发剂存在致癌风险

现在常用的染发剂包括氧化(永久性)染料、直接(半永久性或暂时性)染料和天然染料。其中永久性染发剂是使用频率最高的,在美国和欧洲的市场份额约为 80%,在亚洲的市场份额甚至更高,引起了极大的关注。

据了解,永久染发剂中含有 5000 种以上化合物,单一因素无法确切用于解释相关癌症发生风险的增加,但永久性染发剂产品通常由(对位取代芳香胺)和偶联剂(原位取代芳香胺和其他化合物)组成,它们可以在氧化剂的存在下通过化学反应形成色素分子。

不同的染色剂的化学成分不同。例如灰、黑、棕色调是用对(PPD,p-phenylenediamine),红色是用 2 - 硝基 - 对,而如果间苯二酚(resorcinol)的成分增多,头发就会呈现黄色。在染色过程中,中间产物和偶联剂的暴露量远高于反应产物的暴露量。这些中间产物和偶联剂有一些已经被由美国政府机构领导的国家毒理学项目归类为人类致癌物质。

世界卫生组织下属的国际癌症研究机构(IARC)和美国食品药品监督管理局(FDA)长期监测染发剂的安全性数据。根据现有的流行病学证据、动物生物分析和机制研究以及其他相关数据,IARC 将美发行业职业接触到的染发剂列为可能的致癌物质(2A 类);但个人使用染发剂而造成的致癌性尚不明确(3 类)。监测个人使用永久性染发剂致癌的危害,对公众健康有重大影响。

近年来,大量的研究显示,永久染发剂与癌症的发生密切相关。例如,2019 年 12 月 3 日《国际癌症杂志》发表的研究显示,使用永久性染发剂或头发拉直剂比 “从不使用” 这类产品的人更容易患乳腺癌,而使用半永久染发剂和临时染发剂都不会增加患乳腺癌的风险,使用浅色染发剂的女性患乳腺癌的相对风险远高于使用深色染发剂的女性。不过,此前的研究样本量较少,数据的说服力不够。

直到 2020 年 9 月 2 日,全球著名四大顶级医学期刊之一的《英国医学期刊》发表了一篇迄今为止,规模最大,随访时间最长的前瞻性队列研究,该研究从 1976 年开始,共有 121700 名 30 至 55 岁的美国女性护士参加。结果显示,使用永久染发剂与皮肤基底细胞癌、乳腺癌、卵巢癌、淋巴瘤发病风险增加有关。

一种更自然的染发方式

黑色素是一种神秘而普便存在的物质,通常以棕色或黑色的形式展现。在人类中,黑色素可以帮助我们更好地看清这个世界,同时保护我们的皮肤免受紫外线的伤害。而在鸟类中,黑色素也可以作为壮观的色彩展示,例如孔雀的羽毛全部是由黑色素组成的。

2017 年,复旦大学研究人员发现,孔雀羽毛的颜完全由光子晶体结构造成。电子显微镜下可以看到,构成孔雀羽毛的小羽枝是二维光子晶体,直径一百多纳米的黑色素棍子形成二维阵列,相互间由角蛋白粘连,空气孔的直径在几十纳米,正是由于黑色素小柱间距不同,导致了孔雀羽毛不同的颜色。

常规的染发过程中,需要用漂白剂从头发上剥离黑色素,然后添加氨水和染料渗入头发的角质层将其固定,以保持持久的颜色。然而,在美国西北大学国际纳米技术研究所的研究人员看来,如果可以通过模仿孔雀羽毛颜色的生成,在头发表面形成一个黑色素晶体小柱,也可以创造一种更加自然并且持久的颜色。

图 | 黑色素生成途径(来源:pubs.acs.org)

随后,研究人员找到了两种纯天然的化合物,蘑菇酶和一种氨基酸。这两种物质按一定的比例结合,可以模仿自然界黑色素反应的发生,产生丰富的颜色,同时研究人员也发现,即使经过多次洗涤,染色效果依然持续存在。不过,由于染色过程和自然合成过程类似,染色条件比较温和,因此染发消耗的时间更长。

但是与常规的染发剂相比,这种方法不仅天然无公害,提供自然的着色效果,形成的黑色素涂层,还是一种天然的防护性防晒霜,像保护人类皮肤一样,可以保护内部的头发在太阳下晒伤。

目前,研究者正在寻求合作伙伴,准备大规模生产这种更天然的 “染发剂”,相信对于染发爱好者来说,很快就会有可以替代传统有害染发剂的解决方案。