當(dāng)今社會，隨著生活節(jié)奏的加快，白發(fā)已經(jīng)不再是年齡的象征，困擾著越來越多的年輕人，罪魁禍?zhǔn)拙褪呛谏氐牧魇?。盡管市面上的染發(fā)劑可以讓白發(fā)瞬間變黑，然而長期使用必將損害健康，存在致癌的風(fēng)險。聚多巴胺(PDA)被公認(rèn)為是一種模擬黑色素的安全染料。先前，美國西北大學(xué)Nathan C. Gianneschi教授團(tuán)隊已經(jīng)證實, 多巴胺(DA)在堿性條件下自發(fā)氧化，生成的PDA可以附著在頭發(fā)上。
為了尋求更加溫和的染發(fā)劑，近日，美國西北大學(xué)Nathan C. Gianneschi教授團(tuán)隊報道了一種全新的化學(xué)酶法合成聚多巴胺（PDA），PDA涂層不僅可以有效地附著在頭發(fā)上，而且可以防止頭發(fā)內(nèi)部纖維在陽光下受到光損傷，從而起到防曬的作用，該方法靈感來源于模擬天然黑色素的形成。此項研究以題為“Bioinspired Chemoenzymatic Route to Artificial Melanin for Hair Pigmentation”發(fā)表在《Chemistry of Materials》上。
將等量（0.5 mg/mL ）L-酪氨酸(L-Tyr)、酪胺(TA)和多巴胺(DA)分別與10 U/mL 酪氨酸酶在23℃和35℃進(jìn)行反應(yīng)，如圖1A所示，35℃下的反應(yīng)液在10分鐘左右開始變黑/棕，UV和RP-HPLC表征分析表明在35℃和高濃度酪氨酸酶條件下，反應(yīng)均可快速進(jìn)行（圖1B-1D）。
圖1. 化學(xué)酶聚合反應(yīng)溫度和酪氨酸酶濃度的優(yōu)化。
將等濃度L-Tyr、TA和DA分別在23℃和35℃處理金發(fā)，如圖2A、B所示，35℃處理的金發(fā)轉(zhuǎn)黑更加明顯，并且單體和酶濃度越高，金發(fā)染的越黑（圖2C、D）。
圖2. 化學(xué)酶法染發(fā)效果對比圖。
為了探討化學(xué)酶法染發(fā)機理，作者觀察了頭發(fā)的光學(xué)性質(zhì)和顏色分布。與自然棕色頭發(fā)相比，經(jīng)處理的頭發(fā)在較高波長處的反射率都略低，其中DA處理的頭發(fā)更加接近自然的發(fā)色（圖3A-C）。顯微鏡分析觀察到，經(jīng)化學(xué)酶法染發(fā)后，黑色分布在頭發(fā)外層，而堿性法是將頭發(fā)表面和內(nèi)部皮層進(jìn)行著色（圖3D）。并且頭發(fā)SEM圖譜表征可以清晰地看出，化學(xué)酶法沒有造成任何的頭發(fā)損傷，而堿性法引起了明顯的角質(zhì)層受損（圖3E）。因此，化學(xué)酶法在對內(nèi)皮層干擾最小的情況下，以非常溫和的方式進(jìn)行染發(fā)。
圖3. 化學(xué)酶法染發(fā)機理研究。
此外，作者對所染的黑發(fā)是否具有天然黑色素的特性進(jìn)行了深入地探討，將對照組和實驗組頭發(fā)在315?400 nm (UVA)和280?315 nm (UVB)紫外光照射10天后，進(jìn)行形貌和光學(xué)性質(zhì)分析。經(jīng)10天UVA和UVB照射后，對照組的金發(fā)和自然棕發(fā)的外皮層已經(jīng)出現(xiàn)明顯破損(圖4B)，而實驗組反射圖譜表明紫外光照射前后反射率波動較小(圖4C)。并且在顯微鏡圖譜中，如圖4D所示，未經(jīng)染色的金發(fā)角質(zhì)層已經(jīng)明顯地浮起、剝落和損傷，而經(jīng)化學(xué)酶法和堿性法染色的頭發(fā)依然保持原有的形態(tài)。綜上所述，頭發(fā)表面所著落的合成黑色素不僅能使頭發(fā)纖維呈現(xiàn)自然的顏色，而且還能與陽光相互作用，避免頭發(fā)內(nèi)層受輻射損傷。
圖4. 化學(xué)酶法和堿性法合成PDA涂層保護(hù)頭發(fā)角質(zhì)層免受光損傷。
受天然黑色素的啟發(fā)，作者以酪氨酸酶氧化DA，溫和地將PDA著色在頭發(fā)外層，不僅呈現(xiàn)了自然的發(fā)色，還可以防止頭發(fā)內(nèi)部纖維在陽光下受到光損傷。該項工作為快速、溫和、高效的多功能生物染發(fā)劑的研發(fā)開辟了新途徑。
