CN112972300A - 一种聚多巴胺染发剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚多巴胺染发剂，其中包括多巴胺、络氨酸羟化酶和过渡金属螯合剂。所述多巴胺在络氨酸羟化酶及过渡金属螯合剂作用下自组装为纳米颗粒可吸附于头发表面。所述多巴胺、络氨酸羟化酶以及过渡金属螯合剂的重量比为(20～10)︰(0.8～0.2)︰(3～0.15)。所述过渡金属螯合剂为铜离子、亚铁离子及铁离子中的一种或几种。本发明还公开了所述聚多巴胺染发剂的制备方法。本发明提供的染发剂为天然分子，其具有良好的染色能力和生物相容性。与其它商用染发剂以及其他聚多巴胺染色方法相比，在相同环境条件下，本发明具有更快的染发速度及更少的环境污染，安全、有效、使用方便、可用于家庭染发场景，有着良好的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于日化用品领域，涉及一种聚多巴胺染发剂的制备和应用。
背景技术
黑色素是一种生物色素，通常以纳米颗粒的方式存在。酪氨酸经酪氨酸羟化酶氧化，羟化生成多巴，后者经一系列氧化、脱羧、聚合后生成黑色素。人的发色主要由黑色素等天然色素决定，而随着年龄的增加，形成色素的黑素细胞减少，黑色素的产生减少从而导致头发变白。染发剂越来越成为生活中不可缺少的日化用品。
在古代人们用天然材料来给头发着色，而随着现代化学工业的发展，合成染发剂占据市场主导地位。合成染发剂一般由中间体、耦合剂和氧化剂三种成分组成。其染发原理为首先在氨水等碱性环境中打开头发表面的毛鳞片，让各种成分进入头发内部，随后氧化剂氧化中间剂使其显色，并使其与耦合剂相连黏附在头发上，从而达到染发的目的。中间体通常是芳香胺，如商用染发剂使用最广泛的中间体对苯二胺。这种染发剂会对人体造成一定的伤害。例如对苯二胺是导致染发皮炎的主要原因之一。根据现有对苯二胺致敏反应的研究，71.4％的患者有瘙痒感，8.6％患者有刺痛感，1％患者有烧灼感或刺痛感。此外，研究表明，使用合成染发剂会增加基底细胞癌、乳腺癌和卵巢癌的风险。有毒副性、刺激性的双氧水等漂白剂/氧化剂、氨水等碱性试剂等对人体皮肤也有严重危害和刺激。
鉴于合成染发剂的诸多弊端，近年来关于新型染发剂的探索层出不穷。纳米科技的兴起使得纳米颗粒染发剂备受关注，如金、银、石墨烯等纳米颗粒已经被成功应用于染发剂领域。但这些方法也存在着色素沉着相对较慢、生物相容性较差、毛发保温性能受损等缺点。因此使用自然产生的黑色素纳米颗粒来进行染色最为理想，开发便利、持久、安全且无刺激的新型染发剂具有重大的现实意义。
多巴胺是广泛存在于自然界的天然分子，具有良好的吸附性能，因可在酪氨酸羟化酶氧化聚合条件下生成黑色素类似物聚多巴胺而倍受关注。检索国内外相关工作和专利发现：以聚多巴胺为原料进行染发的工作虽有报道，但多数工作都在对人体有害的碱性环境以及强氧化剂条件下进行。在温和条件下进行染发的工作目前还没有文献记载。且大部分聚多巴胺染发工作需要较长时间反应，不利于成果转化。此外，多数工作仅可实现头发从白色到黑色的转变，不满足个人对颜色的多样性选择。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种聚多巴胺染发剂及其制备方法，解决现有染发剂带来的发质损伤、染色时间长、以及颜色单一的问题。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
提供一种可在温和环境下使用的聚多巴胺快速染发剂，放弃传统碱性环境及强氧化剂条件，采用络氨酸羟化酶进行氧化，在保证染发效果的同时不对头发及人体造成伤害。采用过渡金属离子作为螯合剂，加速多巴胺氧化聚合自组装的进程，使得染发速度进一步提升。通过过渡金属离子螯合剂的选择和染色过程中各成分的浓度调节可实现一定程度的颜色选择。所述染发剂为天然分子，其具有良好的染色能力和生物相容性。相对于商用染发剂以及其他聚多巴胺染色方法，本发明具有更快的染发速度及更少的环境污染，安全、有效、使用方便、可用于家庭染发场景，有着良好的实用价值。
一种聚多巴胺染发剂，其包括：多巴胺、络氨酸羟化酶和过渡金属螯合剂。
所述多巴胺在络氨酸羟化酶及过渡金属螯合剂作用下自组装为纳米颗粒并可吸附在头发表面。
所述多巴胺、络氨酸羟化酶以及过渡金属螯合剂的重量比为(20～10)︰(0.8～0.2)︰(3～0.15)。
所述过渡金属螯合剂为铜离子、亚铁离子和铁离子中的一种或几种。
一种聚多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)多巴胺溶液的制备
取多巴胺粉末状固体溶于第一类溶剂中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向步骤(1)的溶液中加入络氨酸羟化酶溶液，随后加入过渡金属螯合剂。混合均匀后静置0.5～1.5分钟。
其中，在步骤(1)中，所述多巴胺溶液的质量浓度在1-10mg/mL；或者，
第一类溶剂为蒸馏水、PBS缓冲液中的一种或两种。
在步骤(2)中，所述络氨酸羟化酶浓度在0.1-10mg/mL；或者，
所述渡金属螯合剂为铜离子、亚铁离子和铁离子中的一种或几种；或者，
所述过渡金属螯合剂浓度在0.5-10mmol/L；或者，
所述多巴胺、络氨酸羟化酶以及过渡金属螯合剂的重量比为(20～10)︰(0.8～0.2)︰(3～0.15)。
由于采用上述方案，本发明的有益效果包括：
第一、本发明的制备方法操作简单、实验条件温和，摒弃了传统染发过程中普遍采用的碱性环境，避免了对头发造成损伤。利用络氨酸羟化酶氧化作用完成氧化聚合及自组装，有着高氧化效率及生物相容性，对人体安全无危害。且本方法未采用任何人工合成聚合物辅助自组装形成微球；
第二、本发明利用过渡金属与多巴胺及头发表面进行螯合，螯合作用可促进聚多巴胺的自组装，同时可加速自组装体在头发表面的沉积。相较以往利用多巴胺进行染发的需要三十分钟到两个小时左右，本发明的方法使得染发时间缩短至一分钟，大大提高染发效率。此外不同类型的过渡金属离子拥有不同的螯合特性，使得形成的自组装体有所不同，导致最终颜色的差异，有棕黄色、灰蓝色、黑色、深绿色等颜色可进行选择。通过本发明中过渡金属的使用可加速染发进程且在一定程度上实现颜色选择；
第三、本发明提供的聚多巴胺染发剂可通过改变实验参数而进行颜色调节，颜色留存时间长不易被洗掉，洗涤用水比较干净对环境污染小，且生物相容性高，没有致敏等毒副作用，具有广泛应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例一中的三价铁离子螯合聚多巴胺组装体的透射电镜图。
图2为本发明实施例一中的三价铁离子螯合聚多巴胺组装体的扫描电镜图。
图3为本发明实施例二中的二价铁离子螯合聚多巴胺组装体的透射电镜图。
图4为本发明实施例三中的铜离子螯合聚多巴胺组装体的透射电镜图。
图5为本发明实施例一中的三价铁离子螯合聚多巴胺组装体沉积在头发表面的透射电镜图。
图6为本发明实施例一中不同金属离子螯合剂作用下染色效果照片。
图7为本发明实施例三中裸鼠背部皮肤染色实验对比照片。其中：左为染色前，中为染色溶液刚涂抹结束后，右为染色一周后。
图8为本发明实施例四中不同染色方法头发样本洗涤用水对比照片。其中：左为商业染发剂，右为多巴胺染色剂。
图9为本发明实施例四中商业染发剂与本发明所染的头发的应力应变曲线对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种聚多巴胺染发剂的制备方法及其应用。
聚多巴胺染发剂
一种聚多巴胺染发剂，其包括：多巴胺、络氨酸羟化酶和过渡金属螯合剂。
其中，多巴胺在络氨酸羟化酶及过渡金属螯合剂作用下自组装为纳米颗粒并吸附在头发表面。
所述多巴胺、络氨酸羟化酶以及过渡金属螯合剂的重量比为(20～10)︰(0.8～0.2)︰(3～0.15)。
聚多巴胺染发剂的制备方法
本发明的聚多巴胺染发剂的制备方法包括如下步骤：
(1)多巴胺溶液的制备
取多巴胺粉末状固体溶于第一类溶剂中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向步骤(1)的溶液中加入络氨酸羟化酶溶液，随后加入过渡金属螯合剂。等待0.5～1.5分钟。。
其中，在步骤(1)中，所述多巴胺溶液的质量浓度在1-10mg/mL；或者，
第一类溶剂为蒸馏水、PBS缓冲液中的一种或两种。
在步骤(2)中，所述络氨酸羟化酶浓度在0.1-10mg/mL；或者，
所述渡金属螯合剂为铜离子、亚铁离子和铁离子中的一种或几种；或者，
所述过渡金属螯合剂浓度在0.5-10mM；或者，
所述多巴胺、络氨酸羟化酶以及过渡金属螯合剂的重量比为(20～10)︰(0.8～0.2)︰(3～0.15)。
聚多巴胺染发剂的应用
本发明的聚多巴胺染发剂可以实现温和环境下的快速染色。
多巴胺在天然温和氧化剂络氨酸羟化酶的作用下可实现氧化聚合，在过渡金属离子螯合剂的辅助作用下可加速进行氧化聚合及自组装。形成的类黑色素组装体通过氢键作用及金属螯合作用黏附在头发表面完成染色过程。通过类黑色素组装体的表面沉积完成染色避免了因染料分子进入头发内部而带来的头发损伤。同时温和环境也避免了对人体的刺激。因此，本发明的聚多巴胺染发剂广泛适用于头发染色，有着良好的应用前景。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
本实施例提供了一种聚多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)多巴胺溶液的制备
取20mg多巴胺粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
取三组步骤(1)的溶液，向其中分别加入120μL 7mg/mL的络氨酸羟化酶溶液。随后分别加入0.5mL 10mM的硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铜溶液。等待一分钟。
所述多巴胺、络氨酸羟化酶与过渡金属的重量比为20︰0.8︰3；所述聚多巴胺组装体如图1，2，3，4所示，大小尺寸较为均一。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待一分钟左右。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图1，2，3，4所示，聚多巴胺组装体结构清晰，均匀分散。如图5所示，聚多巴胺组装体均匀的沉积在头发表面。如图6所示，头发样品呈现均匀黑色。
实施例二
本实施例提供了一种聚多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)多巴胺溶液的制备
取10mg多巴胺粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向步骤(1)的溶液中加入60μL 3.5mg/mL的络氨酸羟化酶溶液。随后加入0.5mL0.5mM的硫酸亚铁溶液。等待一分钟左右。
所述多巴胺、络氨酸羟化酶与过渡金属的重量比为10︰0.2︰0.15；所述聚多巴胺组装体如图3，大小尺寸较为均一。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待一分钟。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
实施例三
本实施例提供了一种聚多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)多巴胺溶液的制备
取10mg多巴胺粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向步骤(1)的溶液中加入60μL 7mg/mL的络氨酸羟化酶溶液。随后加入0.5mL 10mM的硫酸铜溶液。等待一分钟。
所述多巴胺、络氨酸羟化酶与过渡金属的重量比为10︰0.4︰3；所述聚多巴胺组装体如图4，大小尺寸较为均一。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待一分钟左右。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
(4)动物染色实验
取1mL上述染发溶液依次均匀涂抹于BALB/c裸鼠背部，重复染色三次。待小白鼠毛发干燥后进行观察。待染色一周后对裸鼠背部皮肤情况进行观察。
如图7所示，裸鼠背部皮肤无明显变化，无过敏等症状。
实施例四
本实施例提供了一种聚多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)多巴胺溶液的制备
取10mg多巴胺粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向步骤(1)的溶液中加入60μL 7mg/mL的络氨酸羟化酶溶液。随后加入0.5mL 10mM的硫酸铁溶液。等待一分钟。
所述多巴胺、络氨酸羟化酶与过渡金属的重量比为10︰0.4︰3；
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，平均分为两份，将其中一份置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待一分钟。取另外一份用商用染发剂按照使用步骤进行涂抹，涂抹均匀后按照使用说明静置等待30分钟。结束后将两份头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干，并收集洗涤用水。
如图8所示，头发样品均呈现均匀黑色，但商用染发剂组洗涤用水呈棕黑色，比较浑浊；多巴胺染色组洗涤用水基本无色，清澈。
(4)力学性能表征
取上述两种不同方法得到的头发样本利用万能试验机对力学性能进行表征。取一根头发样品将其两端固定在夹具上，在10mm/min的速度下进行拉伸，得到应力应变曲线。
应力应变曲线如图9所示，相较商业染发剂组。多巴胺染发组断裂强度更高，断裂伸长率越大，证明其韧性更强，更不容易被拉断。
综上所述，本发明的聚多巴胺染发剂是利用络氨酸氢化酶在温和条件下实现氧化聚合自组装，金属离子螯合剂的使用加速了染色进程，染色过程简单且迅速。由于染色过程抛弃了传统的碱性以及强氧化性等条件，使得本发明的染色剂具有良好的安全性以及生物相容性。通过金属离子螯合剂的选择以及染色过程中各成分浓度的调节还可以实现一定程度的颜色选择。因而本发明提供的染发剂在染发领域具有广泛的应用前景。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚多巴胺染发剂，其特征在于：其中包括多巴胺、络氨酸羟化酶和过渡金属螯合剂。
2.根据权利要求1所述的聚多巴胺染发剂，其特征在于：所述多巴胺在络氨酸羟化酶及过渡金属螯合剂作用下自组装为纳米颗粒可吸附于头发表面。
3.根据权利要求1所述的聚多巴胺染发剂，其特征在于：所述多巴胺、络氨酸羟化酶以及过渡金属螯合剂的重量比为(20～10)︰(0.8～0.2)︰(3～0.15)。
4.根据权利要求1所述的聚多巴胺染发剂，其特征在于：所述过渡金属螯合剂为铜离子、亚铁离子及铁离子中的一种或几种。
5.权利要求1至4任一所述聚多巴胺染发剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)多巴胺溶液的制备
取多巴胺粉末状固体溶于第一类溶剂中配置成溶液，在室温条件下进行搅拌使其溶解；
(2)染色步骤
向步骤(1)获得的溶液中加入络氨酸羟化酶溶液，随后加入过渡金属螯合剂，混合均匀后静置0.5～1.5分钟。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述多巴胺浓度为1～10mg/mL。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述络氨酸羟化酶浓度为0.1-10mg/mL。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述过渡金属螯合剂浓度为0.5-10mmol/L。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述多巴胺、络氨酸羟化酶以及过渡金属螯合剂的重量比为(20～10)︰(0.8～0.2)︰(3～0.15)。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述第一类溶剂为蒸馏水、PBS缓冲液中的一种或两种。
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