头发UV光老化的发生机制和天然植物染发成分的光稳定性研究

With increasing health concerns regarding the use of synthetic hair dyes, natural and environment-friendly botanical colorants from plant sources are favored by consumers. However, comparing with the artificial colors, hairs treated with natural dyes are poor in colorfastness and are subject to photofading over extended exposure to light. Current scientific reports on the photoageing and photostability of dyed human hairs are mainly physical descriptions without interpretation of the underlying mechanisms. Controversies are arising on how to evaluate the photodamage of dyed human hairs scientifically during photoageing as well as the appropriate preventions. Since the ultraviolet radiation is one of the major environmental factors that affect hair color, the proposed project is committed to elucidate the role and mechanism of botanical hair dyeing colorants such as lawsone and hematoxylin in the photoageing process of dyed human hairs. To achieve this goal, an artificial photoaging model for dyed human hairs is constructed, in which the UV-sensitized generation of reactive oxygen species can be quantified, together with a comprehensive analysis of photoproducts of hair protein and colorants as well as the physical characterizations (including changes of color, morphology and mechanical tension). The effects of different dye formula and mordanting agents on the photochemical stability of human hairs are also assessed to provide important experimental basis for the optimized R&D of future natural hair dyes and after-dye products.

随着消费者健康意识的提高，天然环保的植物染发剂已成为市场的发展趋势。然而，与化学染发剂相比，植物染发剂普遍存在色稳定性差的问题。染色后的头发在光照下容易出现光褪色等退行性变化。目前国内外对染发的光稳定性研究尚停留在物理表型的描述阶段，缺乏对其光老化机制的深入系统研究。因此，对于如何科学评价染发的光老化程度以及如何采取合适的防护手段，仍存在不少争议。生活中，日光中的紫外辐射是导致头发颜色改变的最主要环境因素之一。本项目拟以紫外光敏化产生活性氧为切入点，通过人工染发光老化模型的建立和活性氧的定量分析，结合对头发中特征光降解产物（色素、角蛋白成分的变化）与物理表征（颜色、微观形态、机械张力）的综合分析，探讨散沫花醌和苏木精等植物染发成分在头发光老化中的作用机制，并通过比较不同配方及媒染剂对染发光化学稳定性的影响，为未来天然染护发产品的优化研发提供重要的实验基准数据。

从2000年起，我国步入老龄化社会，银发阶层的不断扩大，为染发产品尤其是植物染发剂带来了巨大的市场。然而，与化学染发剂相比，植物染发剂普遍存在色稳定性差的问题。染色后的头发在光照下容易出现光褪色等退行性变化。目前国内外对染发的光稳定性研究尚停留在物理表型的描述阶段，缺乏对其光老化机制的深入系统研究。本项目以紫外光敏化氧化产生活性氧为切入点，通过人工染发光老化模型的建立和活性氧的定量分析（Xylenol orange比色法、荧光探针法和电子自旋共振法），结合对头发角蛋白中光敏感氨基酸基团（3D-荧光光谱和ESI-MS/MS蛋白质组学方法）与头发颜色、微观形态的物理表征（漫反射光谱、CIE L*a*b*和SEM-EDS），探讨植物染发成分在头发光老化中的作用机制。研究的主要发现有：1）以中国人的离体白发或灰发为底物，经非氧化型植物染发剂（以从中草药中提取的色素为主要成分）人工染黑处理后，使用紫外灯进行人工光老化，构建了我国首个人工染发的光老化模型；2）基本阐明了头发光老化中的作用机制和染发剂的作用：UVA辐照可通过Ⅱ型电子转移机制诱导头发中的光敏基团（包括天然黑色素和染料分子）产生包括过氧化氢和羟自由基的活性氧簇（ROS），导致头发角蛋白和色素的光氧化降解；3）考察了不同酸碱度（pH3-11）、植物色素浓度（1%、2%、4%、6%）、媒染剂类型和浓度（Al3+、Cu2+、Fe3+、Fe2+）、媒染方式（前染后媒、前媒后染、同浴媒染）对染发光稳定性的影响，获得了四种单一植物色素染发剂（散沫花、胡桃、苏木和五倍子）的优化配方和染发工艺。本项目为未来天然染护发产品的优化研发提供重要的实验基准数据。此外，项目组还开展了基于体外毒理学的对天然染发剂的安全性评价研究，为将来天然植物染发剂的安全应用开拓了新的研究方向。