《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Enhancing properties of damaged hair through moisture control via construction of highly hydrophobic surface
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發修復技術通過合成maleic-modified amino silicone oil（MASO）在受損發表面構建高度疏水層，有效降低結合水含量（4.46%→2.81%）并提升機械性能（楊氏模量+13.99%，拉伸強度+9.13%），同時減少梳理功87.05%。
Fubing Liu|Chaohai Li|Jinhua Li|Jing Wang|Kuan Chang
中國江南大學化學與材料工程學院，合成與生物膠體教育部重點實驗室，無錫214122
摘要
染發和燙發過程會顯著損害角蛋白的穩定性和機械性能，使頭發變得粗糙和脆弱。為了修復頭發，人們開發了多種成分，通過增強頭發內部的化學鍵來實現這一目標。在本研究中，提出了一種新的修復策略：通過構建高度疏水的表面來改變頭發的水分含量。該方法使用馬來酸改性的氨基硅油（MASO）對受損頭發進行處理，MASO是通過馬來酸與聚二甲基硅氧烷-co-(3-氨基丙基)甲基硅氧烷（ASO）的酰胺化反應合成的。由于MASO中的巰基能與頭發表面上的自由巰基發生邁克爾點擊反應，因此只需0.1%的低劑量即可實現高效的沉積效果，這一點通過掃描電子顯微鏡（SEM）和接觸角測量得到了證實。MASO處理后，頭發表面形成了高度疏水的結構，接觸角達到137°，遠高于未處理頭發的接觸角。這種高度疏水的表面阻止了水分進入頭發，使結合水含量從4.46%降低到2.81%。這一變化通過觀察水滴在頭發上的消失過程、熱重分析（TGA）和動態粘度測量（DVS）得到了驗證。水分含量的降低顯著減少了梳頭時的阻力，濕梳頭時的耗力從336.12焦耳降至43.52焦耳，減少了87.05%；同時提高了角蛋白的熱穩定性，楊氏模量和抗拉強度分別增加了13.99%和9.13%。這一發現表明，水分對頭發抗拉性能的影響甚至超過了二硫鍵斷裂所帶來的負面影響。
引言
頭發損傷是日常生活中常見的現象，尤其是在染發和燙發等化學處理后。受損的頭發會失去光澤，變得干燥和脆弱，從而降低彈性并容易斷裂[1]、[2]、[3]。頭發損傷的分子層面原因在于頭發中化學鍵（如二硫鍵、氫鍵和離子鍵）的破壞。這些化學鍵共同維持了頭發的結構穩定性，并賦予其柔韌性和彈性。因此，修復頭發中的這些化學鍵成為頭發護理研究的熱門方向。例如，Chambers等人利用羥丙基-L-葡糖酰胺和L-葡糖酸與頭發角蛋白中的氨基酸殘基形成大量的氫鍵和離子鍵，從而顯著提升了頭發的定型效果[4]；Zhang等人則使用蓖麻油衍生的多元醇制備了一系列生物基水性聚氨酯，作為頭發定型劑[5]；Gummer等人將甘氨酸和甜菜堿的水溶液應用于頭發，顯著改善了頭發的機械性能[6]。頭發的疏水狀態對其健康和外觀也至關重要，因為材料的表面性質對其性能有顯著影響[7]。疏水表面是由脂質緊密排列形成的，賦予頭發光澤、光滑度和防水性[8]、[9]，同時還能有效防止環境濕度增加導致頭發水分含量的上升。這對于保持頭發的機械性能至關重要，因為頭發內部的結合水會通過影響氫鍵來改變角蛋白的結構，進而影響頭發的韌性[10]。然而，化學處理可能會破壞頭發的疏水層，導致其水分含量發生變化[11]。因此，修復頭發的疏水層是提升頭發性能的重要方法。使用天然油和硅油處理受損頭發是提高頭發疏水性的常見方法[12]、[13]；Demir等人發現葡萄籽油和玫瑰果油等植物油能顯著提升頭發的光澤和抗拉強度[14]；Nazir等人進一步證明，硅油的極低界面張力和優異的抗靜電特性能顯著改善頭發表面的光滑度[15]。然而，這些植物油或硅油的效力有限，因為它們與頭發表面的粘附力較弱，通常需要在頭發護理產品中使用超過1%的較高劑量才能達到效果[16]。由于過量使用硅油可能會堵塞毛囊并影響頭皮微生物群，因此需要新的策略來提高頭發的疏水性[17]。近年來，點擊化學因其溫和條件下的高效率而受到越來越多的研究關注。基于巰基和邁克爾試劑（含有α、β-不飽和羰基）的點擊化學在頭發護理研究中具有很大潛力，因為受損頭發中含有豐富的巰基[18]。該反應可以通過接枝疏水分子來修復頭發的疏水表面。在本研究中，合成了馬來酸改性的氨基硅油（MASO），首先通過SEM研究了其沉積效果，隨后通過接觸角測量驗證了其高度疏水性的形成，接著通過TGA和DVS量化了水分變化，最后評估了其對頭發可梳性和機械性能的修復效果，并全面闡明了修復機制。試劑
硫 glycolic 酸（RG，純度95.0%）、吡啶（AR，純度99.9%）、二氯甲烷（99.9%純度）、二甲基亞砜（AR，純度99.5%）和1,3-丙二醇（98.0%純度）均購自中國上海的中藥化工試劑有限公司；二環己基碳二亞胺（98.0%純度）購自中國上海的Bide Pharmatech有限公司；聚二甲基硅氧烷-co-(3-氨基丙基)甲基硅氧烷（功能團等效量4400 Da，粘度100 cSt）購自Sigma公司。
構建高度疏水頭發表面
為了構建高度疏水的頭發表面，設計了一種含有邁克爾基團的改性硅油MASO。通過比較MASO和ASO的紅外光譜（見圖S1），確認了反應的成功，觀察到酰胺基團的吸收峰出現。通過氨基酸含量測定試劑盒計算反應前后氨基的含量，測得MASO的產率。
結論
本研究通過ASO與馬來酸的酰胺化反應成功合成了硅油衍生物MASO。MASO通過巰基-邁克爾點擊反應在受損頭發表面表現出優異的沉積性能，在僅0.1%的低劑量下即可形成接觸角為137°的高度疏水表面。這種高度疏水的表面顯著降低了梳頭時的阻力。
作者貢獻聲明
Jing Wang：資源獲取、資金籌集。
Kuan Chang：撰寫、審稿與編輯、驗證、監督、資源管理、項目協調、資金籌集、概念構思。
Chaohai Li：數據可視化、驗證。
Jinhua Li：資源獲取、資金籌集。
Fubing Liu：初稿撰寫、數據可視化、驗證、方法設計、實驗研究、數據分析、數據整理、概念構思。
利益沖突聲明
作者聲明不存在可能影響本文研究的財務利益沖突或個人關系。
