《International Journal of Cosmetic Science》：Effects of curl type on hair fracture patterns in non-chemically treated hair
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背景：纹理化头发（textured hair）的高断裂问题，已通过分析疲劳测试中断裂头发的断裂模式进行研究。
方法：在美国新泽西州和南非开普敦招募18–55岁女性受试者。所有受试者至少6个月未对头发进行化学处理。根据自然卷曲类型将受试者分为三组：波浪状（W
背景：纹理化头发（textured hair）的高断裂问题，已通过分析疲劳测试中断裂头发的断裂模式进行研究。
方法：在美国新泽西州和南非开普敦招募18–55岁女性受试者。所有受试者至少6个月未对头发进行化学处理。根据自然卷曲类型将受试者分为三组：波浪状（Walker Type 2）、卷曲状（Walker Type 3）或紧密卷曲状（Walker Type 4）。使用配备四个独立测试单元的Diastron CYC801（Dia-stron Ltd., Andover, UK）进行单纤维疲劳测试（single fibre fatigue testing）。仪器置于台式环境箱中以调节湿度。采用光学显微镜（optical microscopy）分析来自16名美国受试者和16名南非受试者头发的断裂模式。样本覆盖Walker Types 2、3和4进行分析。主要断裂模式被分为七类。
结果：结果显示，男/女型断裂（male/female breaks）和撕裂性断裂（tear fractures）在所有头发类型中占主导。光滑/洁净断裂的发生率很低。数据还显示，与Hair Types 2和3相比，Hair Type 4的撕裂性断裂显著更多，男/女型断裂显著更少（p < 0.05，Tukey multiple comparison test）。Hair Type 4的劈裂性断裂（split fractures）也显著更多，尽管这并不是常见的断裂类型。
结论：这些数据提示，在疲劳实验中，非常卷曲的Type 4头发反复拉伸和解捻常产生纵向裂纹（longitudinal cracks）。这些裂纹随后通常进展为长撕裂性断裂。相反，较直头发（Types 2和3）的反复拉伸通常产生垂直于纤维轴的角质层裂纹（cuticle cracks），最终发展为男/女型断裂。
研究背景与问题：单纤维疲劳实验（single fibre fatigue testing，对单根纤维施加循环或恒定应力直至断裂）已显示，随着头发卷曲程度增加，头发疲劳断裂倾向增加；卷曲纤维倾向于在更少疲劳循环下断裂，并表现更高程度的过早失效。断裂模式分析可提供断裂机制信息。TRI Princeton既往研究（Kamath et al.）提示，断裂模式可揭示头发断裂时哪些结构发生失效；在高低湿度常规拉伸实验中，纹理化头发（textured hair）的主要断裂模式为阶梯断裂（step fracture，断端呈阶梯状），提示沿纤维轴多个裂纹起始。本研究因此观察疲劳测试中断裂纤维的断裂模式，以寻找纹理化头发更易断裂的新线索；研究人员用光学显微镜（optical microscopy，用于观察断裂端形态）拍摄疲劳测量中断裂纤维两端，并将主要断裂模式按既有描述扩展为七类。
研究开展与意义：研究人员在未化学处理头发中按Walker卷曲类型分组，开展单纤维疲劳测试，并以光学显微镜分类断裂端，比较Type 2、3、4的断裂模式。该研究把疲劳力学行为与断端形态联系起来，提示不同卷曲类型可能具有不同裂纹起始和扩展路径；对理解纹理化头发高断裂风险及日常梳理损伤机制具有参考意义。
主要技术方法：在美国新泽西州Piscataway与南非开普敦招募18–55岁女性；受试者至少6个月未染色或化学处理头发，按Walker类型2/3/4分组，总样本243名；疲劳断裂分析子集32名（Type 2 n=5、Type 3 n=8、Type 4 n=19；美国16名、南非16名）。单纤维疲劳测试使用Diastron CYC801四测试头，环境箱调控湿度；恒应力115 MPa、60±2% RH、22±2°C、40 mm/s；每人75根纤维，随机取45–50对断裂端。光学显微镜×200观察断裂端并按七类分类；ANOVA后Tukey多重比较（p < 0.05）。
结果：通过干发单纤维疲劳测试后光学显微镜断裂端分类，研究人员发现所有类型均以男/女型断裂（male/female breaks，断端呈互补配对形态）和撕裂性断裂（tear fractures，断端呈长撕裂状）为主，光滑/洁净断裂很少。Type 4较Type 2和3的撕裂性断裂显著更多、男/女型断裂显著更少（p < 0.05，Tukey multiple comparison test）；Type 4的劈裂性断裂（split fractures，沿纤维纵向分叉）显著更多，但总体不常见。扫描电子显微镜（SEM）图像展示了男/女型断裂和撕裂性断裂两种最常见模式。
讨论与结论：讨论指出，较直头发（Types 2和3）中疲劳应力沿皮质与角质层界面造成长断裂，形成男/女型断裂；角质层与皮质拉伸性质不同，角质层显著更硬，且可能更脆。可提出裂纹先在角质层垂直于纤维轴形成；这类裂纹既往在直发疲劳实验中观察到；裂纹可能完全环绕纤维，将全部载荷转移至皮质及角质层-皮质界面。该界面是薄弱点，裂纹先沿此区域扩展，最终皮质细胞失效并形成男/女型断裂。Type 4中撕裂性断裂显著更多，可能起始于Type 4未断裂样本中见到的纵向裂纹。高度卷曲发在疲劳实验中拉伸、解捻和屈曲可能产生大扭转应力，启动纵向裂纹；Gamez-Garcia提出拉伸紧密卷曲纤维类似拉伸弹簧状螺旋结构，并通过建模显示线圈内侧与外侧扭转力沿纤维长度造成强应力点，促进纵向裂纹。Taylor et al.对发梢分叉（split ends）提出类似机制：反复弯曲受损直发最终可产生纵向断裂和分叉；因头发结构在垂直于主轴拉伸时相对较弱，反复弯曲可诱导纵向断裂和分叉。Camacho-Bragada et al.用SEM和X射线断层显微术观察Type 4单纤维四个应变循环，提出四阶段：角质层滑动和抬起；角质层-皮质界面失效；皮质细胞间及皮质与角质层间裂纹形成；细胞间裂纹向表面扩展并合并导致断裂；该工作未能把失效机制与特定断裂模式联系，但与本研究Type 4撕裂性断裂一致，后者可能由皮质细胞间裂纹形成。
研究结论（译）：这些数据提示，在疲劳实验中反复拉伸、解捻和屈曲非常卷曲的Type 4头发更频繁产生纵向裂纹，随后进展为长撕裂性断裂；相反，较直头发（Types 2和3）反复拉伸通常产生垂直于纤维轴的角质层裂纹，最终发展为男/女型断裂。进一步工作应研究疲劳实验断裂模式与日常梳理损伤的关系；TRI近期工作提示梳理损伤可能产生更多原纤化断裂（fibrillated fractures），本研究不常见；刷子解缠时快速强烈力可能以不同于疲劳实验的方式撕裂头发。进一步工作还应在微观和宏观层面探究Type 4失效点；Kamath et al. 1984提示Type 4断裂模式与皮质细胞界面失效有关；Robbins et al.提示人发断裂常涉及细胞间键或脂质细胞膜复合物（cell membrane complex, CMC）破裂；应研究微水平失效形成及脂质CMC作用，例如分析断裂皮质细胞表面暴露脂质CMC与内部皮质蛋白的相对量。卷曲发和羊毛纤维在卷曲内侧和外侧具有不同类型皮质细胞，其长度和力学性质与卷曲度相关；不同力学性质组分间界面常为断裂点，ortho与paracortical细胞界面也可能为Type 4薄弱点；TRI正在研究该宏观水平裂纹形成。
