应用 | 头发受损评价方法-接触角法

研究背景

据统计，人类的头发以每年 14- 16 cm的速度生长，一根刚长出头皮的新发，其毛干的外部覆盖着 6 -10 层起保护作用的毛小皮鳞片，其厚度仅为 3-4 μm。随着时间的推移，毛鳞片保护层会受到自然界( 如风吹日晒) 和日常生活( 如梳理、电吹风) 影响而受损脱落。染发、烫发也会对头发带来更严重、更深层次的损伤。自然和人为因素造成的损伤使得头发含水量下降，蛋白质降解丢失等物理化学性质上的变化，从而让头发变得干枯分叉，易断裂，手感粗糙以及光泽度下降等。所以美发、护发用品的合理使用对头发避免或减少受损伤以及受损后进行修复护理显得十分重要。

本文对头发受损类型和表现作了简要介绍，并介绍对受损程度定性定量的分析方法。

一、头发受损的类型及受损的表现

1.物理损伤

物理损伤是指外力对头发造成的损伤，造成头发损伤的外力之一是梳理头发时梳子带来的牵拉力和梳齿造成的摩擦力。当头发表面不是很光滑而不易梳理时，尤其容易发生这种损伤; 使用密齿金属梳子也会增加梳理损伤的机会，特别是逆着毛小皮的覆盖方向而逆向梳理时，Z容易引起毛小皮的起翘以至于剥落。

2.化学损伤

化学损伤是指由发生在头发中的化学反应引起组成头发的角蛋白结构变化而造成的损伤，可引起化学反应的物质包括烫发剂、染发剂和漂白剂等。这些物质都是通过穿透毛小皮进入毛皮质而起作用的，其中烫发是先用还原剂将角蛋白中的二硫键打断，然后再通过氧化剂将其重新组合，但烫发后会有相当部分的二硫键仍然断裂，从而造成头发的强度和弹性的下降。

3.热损伤

热损伤是指吹风或者电烫时温度过高而引起的头发损伤。头发中含有大约 15% 的水分，但如果低于10% 就会立刻呈现出种种干燥的现象: 静电、发丝飘落、发端分叉等。高温首先可以使头发中的水分挥发，从而致使头发干燥脆弱，易断裂。

4.日光损伤及气候损伤

日光中的紫外线辐射也可以引起头发结构的变化和光降解。头发经紫外线照射后，黑色素会因受到氧化而发生褪色现象。另外，角蛋白中的胱氨酸、酪氨酸和色氨酸等基团可发生光降解。除日光外，其他环境因素如雨水和潮湿海水中的盐类、游泳池中的化学物质、空气污染等都可能对头发造成一定程度的损伤。

总之，头发的损伤会严重影响美观，给人们的生活带来烦恼，甚至直接影响到人的心理健康状况。

二、接触角评估头发受损程度

YUICHI NISIDA 等用 SEM 直观的展现了一种新原料没食子酸( DGA) 与烷基季铵盐( STAC) 对漂发、染发受损发质的修复作用，如图所示。

a 染发 2 次; b DGA/STAC 处理 a，再用 3% LES 洗;

c 染发 5 次; d DGA/STAC 处理 c，再用 3% LES 洗

图1.  DGA/STAC 修复受损头发扫描电镜照

SEM图展示了染色后起翘、完全受到破坏的毛鳞片( a 和 c) 在 DGA/STAC 处理后头发得到改善( b 和 d) 。DGA 与 STAC 共同作用下能够在受损发质表面形成一个牢固的人工疏水层，且不易被香波洗去。

头发受损程度与头发表面亲水疏水性有直接关系，头发受损程度越大，其亲水性越强。亲水疏水性程度通常是通过测定接触角来评价的。液体在固体表面铺展后，固/液界面经过液体内部到气/液界面的夹角，称为接触角。水在头发表面接触角越小，铺展越容易，亲水性越强。

通常头发等非常细的样品测试接触角主要有两种方法，一种是力学Wilhelmy法，另外一种是光学接触角法。

1.力学Wilhelmy法

Wilhelmy 法是根据头发插入水中所受的力计算得到水在头发表面的接触角，从而得到头发表面的亲水疏水性强弱。

2.光学接触角法

光学法是用压电陶瓷的方法将皮升大小的液滴滴在头发上，通过光学相机拍摄并拟合分析水在头发表面接触角的方法，从而得到头发表面的亲水疏水性强弱。

Richard 等测量了头发经过物理和化学方法受损及修复后头发表面亲水疏水性的变化，如图所示。

图2.化学、物理受损对头发接触角的影响

图3.化学受损后修复对干、湿头发可润湿性的改善

正常头发具有疏水性，受损后头发油脂层被破坏或部分缺损，接触角变小，头发表面变得亲水。由图3可知，受损头发经过调理剂的处理后，接触角变大，变回疏水性。

接触角方法来评价头发受损情况，可以帮助研究人员将能够更深层次地理解头发受损机理以及受损表象之间的内在联系。