《International Journal of Cosmetic Science》：Impact of ultraviolet radiation-induced damage to hair fiber integrity: A multi-technique physicochemical characterization of surface and cortex properties
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化学技术与物理技术的结合是观察发丝结构及其在不同处理过程（如漂白和紫外线（UV）辐射引起的化学损伤，或连续梳理引起的物理损伤）中行为的有力工具。本研究模拟了巴西夏季（3 个月强烈日照）期间发纤维所遭受的太阳辐射损伤，并利用不同技术将此类损伤与漂白过程引起的损伤
化学技术与物理技术的结合是观察发丝结构及其在不同处理过程（如漂白和紫外线（UV）辐射引起的化学损伤，或连续梳理引起的物理损伤）中行为的有力工具。本研究模拟了巴西夏季（3 个月强烈日照）期间发纤维所遭受的太阳辐射损伤，并利用不同技术将此类损伤与漂白过程引起的损伤进行了比较。与漂白引起的效应相比，自然发丝在辐射暴露后表现出毛鳞片损伤。当自然发丝暴露于 96 小时和 192 小时的紫外线辐射下时，观察到囊性成分氧化增加以及疏水性降低。此外，受损发丝的角蛋白降解焓值相较于自然健康发丝显示出平均值的下降。这些变化可归因于紫外线辐射引起的蛋白质和脂质氧化损伤，从而导致毛鳞片层面的改变。关于皮质损伤，与漂白和双重漂白发丝的初始状态相比，暴露于紫外线辐射 192 小时的自然发束在机械参数上表现出显著下降，具体为 20% 伸长率下的力和断裂伸长率。这表明紫外线暴露对这些机械性能的影响比单纯的化学氧化更为显著。相反，焓值测量结果表明，漂白引起的化学降解与暴露于紫外线 192 小时后观察到的结构改变相当。此外，双重漂白导致的结构蛋白降解程度远大于紫外线辐射所引起的降解。
人类发纤维呈现出包含毛鳞片、皮质以及（若存在）髓质的层级化组织结构。其生化结构主要由蛋白质构成，其中角蛋白（Keratin）是主要成分。高含量的半胱氨酸（Cysteine）使得广泛的二硫键交联成为可能，这构成了发纤维抗拉强度和结构复原力的基础。嵌入皮质中的黑色素色素决定了发色。此外，包括 18-甲基二十酸（18-MEA）在内的多种脂质成分有助于毛鳞片的 cohesion、表面疏水性以及纤维间摩擦力的调节，这些参数与头发干燥感的感官知觉密切相关。自然发丝在遭受物理损伤（如梳理、吹干和拉直）或化学损伤（如染色、酸碱拉直）以及紫外线（UV）辐射时，其纤维特性（如强度、光泽、柔韧性和蛋白质含量）会发生变化。既往研究表明，UVA 和 UVB 辐射可通过影响胱氨酸中的二硫键来改变发纤维的机械性能。光解机制表明，发丝中的结构氨基酸（如胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和部分色氨酸）吸收紫外线辐射，导致自由基的形成。紫外线辐射主要导致毛鳞片氨基酸中的二硫键受损，因为该层吸收的辐射量最大，受影响也最严重。这种暴露还会导致皮质损伤，引起褪色、蛋白质降解和纤维机械行为的改变。
尽管已有研究分别探讨了紫外线和化学处理对头发的影响，但直接比较模拟热带强烈日照条件下的长期紫外线暴露与化学漂白对发纤维造成的具体损伤概况的研究尚显不足。为了填补这一空白，并深入理解环境压力源与化学压力源对头发影响的相对严重程度及潜在机制，研究人员开展了一项综合性的多技术物理化学和机械表征研究。该研究旨在通过模拟巴西夏季（约 3 个月强烈日照）的紫外线辐射条件，将其与自然发丝及漂白后发丝的损伤进行对比，从而为开发针对特定损伤机制的护发配方提供科学依据。该研究成果发表于《International Journal of Cosmetic Science》。
研究人员选取了自然 Caucasian 人的深棕色发束作为样本，将其分为自然组、单次漂白组和双重漂白组。为了模拟强烈的热带阳光，研究使用了配备氙灯的 Q-Sun Xe-1-BC 型氙灯测试舱，设定在 340 nm 波长下的辐照度为 0.35 W·m
-2，以此模拟地球表面的紫外线分量。根据辐射剂量等效原理，实验设定 1 小时的人工加速老化相当于 4 小时的自然阳光暴露，因此进行了长达 192 小时（相当于约 768 小时自然光照）的持续暴露实验，并设置了 96 小时的中间观测点。研究主要采用了以下关键技术方法：利用差示扫描量热法（DSC）测量水分蒸发焓和角蛋白变性焓，以评估毛鳞片结合水的能力及皮质角蛋白网络的热稳定性；采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（FTIR-ATR）技术，通过分析特定波数下的分子振动，检测胱氨酸氧化产物（如胱氨酸酸）的变化，从而量化氧化损伤程度；通过接触角和水滴吸收时间的测量来评估发丝表面的疏水性变化，以此反映脂质层的完整性；最后，利用动态机械拉伸测试，测定发纤维在特定伸长率下的受力情况及断裂伸长率，以表征其宏观机械性能的完整性。所有实验均在严格控制的温湿度环境下进行，并通过统计学方法验证数据的显著性。
研究结果详细阐述了不同处理条件下的损伤特征：
**毛鳞片损伤评估（DSC、FTIR-ATR 和疏水性）**
通过 DSC 曲线计算的水分蒸发焓（?H
vaporization）显示，自然发丝的水分蒸发焓显著高于漂白和双重漂白样本。这表明漂白过程中的氧化作用破坏了角蛋白晶体网络中的交联，导致内部结合水分子的显著流失。FTIR-ATR 光谱分析进一步证实，与自然发丝相比，漂白和双重漂白样本中与胱氨酸酸相关的谱带强度显著增加，表明二硫键被氧化断裂并转化为胱氨酸酸。在疏水性方面，漂白处理导致接触角显著减小，水滴吸收时间缩短，说明毛鳞片表面的脂质层（特别是 18-MEA）被去除或降解。对于经紫外线辐射的自然发丝，随着暴露时间从 0 小时增加到 96 小时再到 192 小时，水分蒸发焓显著下降，胱氨酸酸信号显著增强，且接触角和水滴吸收时间均显著降低。这表明长期紫外线暴露引起的毛鳞片氧化损伤和疏水性丧失程度，在统计学上与化学漂白造成的损伤相当，甚至在某些指标上（如 192 小时后的氧化程度）更为严重。然而，对于已经漂白的发丝，额外的紫外线暴露并未显著改变其水分蒸发焓和疏水性参数，但胱氨酸的氧化比率仍随辐射时间延长而增加。
**皮质损伤评估（机械性能与 DSC）**
在皮质层面，机械性能测试揭示了更为严峻的发现。自然发丝在经受 192 小时紫外线辐射后，其在 20% 伸长率下的受力值和断裂伸长率均出现显著下降。值得注意的是，这些机械性能的下降幅度甚至超过了单次漂白和双重漂白后的发丝初始状态。这意味着紫外线辐射对发纤维内部结构完整性和机械强度的破坏作用，比单纯的化学氧化更为剧烈。然而，从 DSC 测得的角蛋白降解焓（?H
degradation）来看，192 小时紫外线辐射造成的蛋白质热稳定性下降程度与单次漂白相当，但双重漂白导致的角蛋白降解焓降低幅度最大，表明双重化学处理对结构蛋白的破坏最为严重。综合来看，紫外线辐射虽然对蛋白质整体热稳定性的影响略逊于双重漂白，但其对维持发丝宏观力学性能的关键结构（可能是皮质微纤维的排列或特定的交联网络）具有更强的破坏力。
讨论与结论部分总结指出，这项多技术调查揭示了长期模拟热带紫外线暴露与化学漂白对发纤维造成的独特且不同的物理化学及机械损伤概况。研究证实，紫外线辐射引起的毛鳞片损伤（包括半胱氨酸氧化和显著的疏水性降低）与漂白造成的损伤程度相当，验证了长期紫外线暴露在影响头发疏水性方面可复制化学侵蚀效应的假设。更重要的是，研究揭示了损伤机制之间微妙的相互作用：虽然焓值数据显示 192 小时紫外线暴露与单次漂白在整体蛋白质降解方面相当，但紫外线辐射对皮质完整性的影响更为显著。在暴露 192 小时后，自然发丝的机械性能（如 20% 伸长率下的强度和断裂伸长率）下降幅度明显大于漂白或双重漂白后的发丝。相反，双重漂白导致的结构蛋白降解（基于焓值数据）比单独紫外线辐射更为严重。这些比较性的差异对于理解头发对环境压力源和化学压力源的脆弱性至关重要。该研究量化了这些不同的损伤途径，为开发高度针对性的护发配方奠定了基础，特别是针对高暴露气候下的紫外线防护和化学处理后的修复。
