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真正的勇士
敢于直面自己的發際線
那些能隨便撩頭發的人
上輩子一定是大善人
根據調查，中國目前的脫發人群已經高達2.5億，數據顯示，我國中青年男性脫發的發病率較20年前增長了10倍以上。甚至假發、護法、增發等產品在雙十一的銷售榜單也極其靠前。
更可怕的是，第1批90后都開始禿了
但是，對抗脫發的戰斗，只要還有一根頭發在，我們就絕不屈服！
頭發是一種豐富的自然資源，也是化妝品和生物技術行業的首要目標。頭發的主要結構特征包括:BET比表面積、孔徑分布和骨架密度。了解頭發的這些特征屬性，有助于提高對人類頭發纖維性質和應用的理解。通過對毛發進行系統的化學處理或輻射處理，可以顯著的改變其BET比表面積和孔徑。
前言
從工業的角度來看，頭發有許多吸引人的特征。與羊毛、鱗片或羽毛相比，人類的毛發是動物皮膚細胞進化的簡單形式。頭發是一種豐富的可再生自然資源，是化妝品行業的熱門目標，也是生物技術應用中極有吸引力的基礎材料。其實，頭發是一種無處不在的生物材料，由蛋白絲組成。毛發橫切面(圖1)具有三個不同的區域：角質層、皮質層和髓質。角質層是一層薄薄的扁平細胞，呈瓦狀排列；皮質層較厚，包含桿狀角蛋白分子和黑色素細胞；髓質是一個松散的中心區域。
脂質分子散布在角質層上，使毛發表面具有疏水性。這一點很重要，因為諸如漂白、染色、護理直接作用于暴露在外的角質層，角質層與外界發生摩擦、潤濕、吸附和擴散營養物質等作用。事實上，通過機械手段(梳理，吹干)和化學(漂白，日曬)手段損傷角質層會暴露毛發上的孔結構。這對了解頭發的機械性能和整體健康有著重要的意義。本應用報告主要對頭發的基本參數，特別是BET比表面積、孔徑分布和密度進行了表征和討論。
圖1 ：人類毛發的結構
比表面
通過不同的處理條件，研究人員得到了發絲的表面積和孔徑的變化。使用Anton-Paar Autosorb iQ在N2(77K) 條件下進行了氣體吸附分析。頭發被切成小段，在145°C下脫氣0.5小時。圖2為隨著漂白程度增加(1.7% NH4OH/ 6% H2O, 313K, 0-20分鐘)或紫外線照射時間的增加(340 nm, 450 J/cm2, 0-1200小時)，頭發的標準多點BET比表面積結果。圖2 同時說明，對于未處理的頭發，其BET比表面積約為0.4 m2/g。
圖2 ：不同程度的處理方式使毛發BET比表面積發生變化
假設有纖維是均勻圓柱型的，且孔隙率很小，這纖維和上述毛發的比表面積值相近。短時間漂白的頭發，其比表面積是未經處理頭發的三倍。但是，延長漂白時間后，毛發的比表面積損失很大。相比之下，圖2中，紫外線輻射處理導致的毛發表面積損失較輕微。將毛發浸入低分子量聚合物(頭發調節劑)會導致表面積損失更多，這是因為低分子量聚合物滲透到了毛發的開孔中。顯然，系統地研究毛發經不同處理方法后的BET比表面積變化可以用來預測和優化頭發質量。
孔結構
上文討論的氣體吸附法既可以用于BET比表面積的研究也可以用于N2(77k)等溫線的測量。等溫線可用于樣品孔隙結構的詳細分析。圖3顯示了三個毛發纖維的累積孔體積曲線。與原始頭發樣品相比，可以清楚地看到，經過短時間的漂白處理后，孔體積幾乎增加了一倍。其中，在1-10 nm范圍內的孔體積上升快，這說明在該范圍內，漂白劑對孔表面的刻蝕有效。相比之下，紫外線處理稍微降低了孔體積。孔徑分布結果如圖4所示。
圖3 ：三種不同毛發的累積孔體積曲線
從圖4的孔徑分布可以看出，未經處理的毛發孔徑分別為2 nm、3 nm、5nm。經過短時間的漂白后，孔容增加，可幾孔徑發生變化。在長時間的紫外線照射下，毛發中的孔徑變小，孔容變少。
由于毛發表面積較低，使用Kr (77 K)(僅BET比表面積測試)或Kr (87 K) (BET比表面積和孔隙大小分布)進行測量可以提高測試靈敏度，可以使用Kr (77 K)測試毛發的BET比表面積或Kr (87 K)測試BET比表面積和孔徑分布。Kr吸附尤其適用于比表面積較小的樣品或者樣品量不足的情況。
圖4 ：三種不同毛發纖維的孔徑分布
密度
毛發纖維中含有50%的碳。大約65%- 95%的頭發由蛋白質、尤其是α-角蛋白組成，其密度約為1.283 ~1.335g/cm3。使用安東帕康塔真密度儀可以在幾分鐘內測量低0.1 cm3毛發的骨架密度。表1為使用氦氣測試的男性(M1)和女性(F1)毛發纖維骨架密度測試結果。
表1：使用Ultrapyc系列測試男性(M1)和女性(F1)毛發樣本的骨架密度
表1顯示了兩組毛發間存在明顯的差異。這兩組毛發都在到樣后直接測試，以排除由于熱損失而引起的晶體微觀結構的變化。表1表明，男性毛發樣本更符合由α-角蛋白組成的特征，而女性毛發樣本的密度更高。較高的密度可能是由于靜電在毛發上粘附了高分子量的頭發調理劑或顆粒。基于性別，年齡，種族等的差異，人類毛發的密度通常是不同的。當然，局部毛發密度取決于許多因素，包括孔隙率、毛發的取樣位置(距離發根的遠近)、頭發色素沉著等。封閉的孔隙(外部流體無法進入的孔隙)也會導致測量到的骨架密度低于真實的固體密度。毛發的骨架密度也應該與“稠密度(denseness)”區分開來，“稠密度(denseness)”表示的是每單位面積皮膚上的發絲數量。
總結
人類毛發纖維具有一定的表面積。BET比表面積和孔徑都可以被視為頭發性能的重要相關因素。此外，氣體比重法是一種快速和無損的方法，可用來評估測試毛發的骨架密度。正如科學家所知，人類毛發是非常有用的生物技術應用基礎材料(如組織支架)，毛發纖維*且經濟穩定，可以替代人工合成材料。由于這些標準化技術在實驗上的簡單便捷且提供了豐富的信息，隨著越來越多的科學家認識到它們的潛在優勢，用上述方法和儀器對天然和合成纖維進行測試會越來越受歡迎。
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