Design af næste generation af hårfarver

North Carolina State University-forskere har skabt den største offentligt tilgængelige kemiske database over hårfarvestoffer som en ressource til at udvikle en ny generation af hårfarveprodukter, der er sikrere for forbrugerne, stylister og miljøet.

Den online Hair Dye Substance Database indeholder detaljerede oplysninger om strukturen og egenskaberne af 313 stoffer i nuværende og tidligere kommercielle hårfarver. Ved hjælp af computerbaseret klassificering - hvad der er kendt som keminformatik - grupperede forskere farvestofferne i klynger med lignende strukturer og egenskaber. Resultaterne afslørede nogle overraskelser og lovende nye veje til forskning.

"Databasen kan helt sikkert hjælpe med at drive design, ikke kun af hårfarver, men af ​​andre typer farvestoffer, bruge samme tilgang, " siger Tova Williams, NC State ph.d.-studerende og hovedforfatter til en tidsskriftsartikel om forskningen.

At farve hår er en global forretning, der koster mange milliarder dollar, og som vokser hurtigt. Hårfarver er opdelt i tre grundlæggende typer, alt efter hvor længe de holder. Midlertidige farvestoffer, som dækker håroverfladen, vask ud med en eller to shampoo. Semi-permanente farvestoffer holder lidt længere - gennem seks til otte vaske.

Omkring 80 procent af kommercielle hårfarver på markedet, imidlertid, er permanente, skabt gennem den kemiske oxidationsproces. Når der påføres permanent hårfarve, det er oprindeligt farveløst. Små forløbermolekyler glider ind i kernen af ​​hårfibre, hvor de "samler hinanden" for at danne større molekyler og give farve, siger Williams. Permanent hårfarve modstår udvaskning, fordi det er inde i hårstrået og kemisk bundet.

Forskere kan bruge databasen til at hjælpe med at identificere farvestoffer, der er mindre tilbøjelige til at forårsage allergiske reaktioner eller øge kræftrisikoen. Sikkerhed er en vigtig bekymring for forbrugerne, fordi hårfarven sidder på hovedbunden, samt for stylister, der arbejder med farvestoffer gentagne gange over tid.

"Ved brug af computermodellering kan vi lave forudsigelser om, hvilke stoffer i databasen, der sandsynligvis vil forårsage hudsensibilisering, eller som kan have en større sandsynlighed for sundhedsrisici, " siger Williams. "Dette kan føre til udvikling af farvestoffer, der har bedre egenskaber og er mere bæredygtige."

Kemiformatik kan fremskynde forsknings- og udviklingsprocessen, gør det muligt at analysere og sammenligne egenskaberne af hundredvis af stoffer i databasen - en bedrift, der ellers ikke ville være mulig, siger medforfatter Denis Fourches, assisterende professor i kemi ved NC State.

"Hvis du skulle udføre dette arbejde med hårfarverne i et laboratorium, det ville tage flere års arbejde og flere millioner dollars, " siger Fourches. "Med mere end 300 stoffer, det ville være meget udfordrende uden computermodellering, som giver en gennemsigtig og reproducerbar måde at karakterisere og klassificere farvestoffer på."

Mens du opretter databasen, forskere fandt en spændende gruppe farvestoffer, der ikke passede ind i etablerede kategorier:en underklynge af semi-permanente farvestoffer, der så ud til at have egenskaber svarende til forstadierne i permanente farvestoffer.

Faktisk, der er en hel bakke med disse farvestoffer i NC State's Max A. Weaver Dye Library, en samling af tusindvis af farvestof- og stofprøver, som Eastman Chemical Company donerede til universitetet, siger medforfatter Harold Freeman, professor i farvestofkemi ved NC State.

"En af de ting, der sprang ud af os, var potentialet til at forbinde denne undersøgelse med farvestofbiblioteket, med sine 100, 000 unikke farvestoffer, " siger Freeman. "Ved at ændre strukturen af ​​nøgleforbindelser i farvestofbiblioteket, vi forventer at designe nye farvestofprækursorer, der er miljøvenlige, sæt dem i håret og transformer dem derefter til farver for at drage fordel af de unikke forældrestrukturer.

"Der er så meget potentiale nu for at bruge denne gruppe af farvestoffer, der venter i kulissen for at hjælpe os med design af hårfarver, der ikke kun vil være effektive, men også sikre."

Forskere overvejede også farvestoffernes miljøpåvirkning. De kædede hårfarvedatabasen sammen med U.S. Environmental Protection Agencys interne kemi-dashboard. Medforfatter Antony John Williams arbejder ved EPA's National Center for Computational Toxicology i Research Triangle Park, North Carolina.

"Nu hvor vi har frigivet databasen til det offentlige domæne, andre modelbyggere er allerede interesserede i denne gruppe af hårfarver, som er et skridt mod at designe nye stoffer, der er mere bæredygtige og grønnere - mindre giftige, " siger Fourches. "De beregner nye typer ejendomme, som vi ikke engang tænker på lige nu, hvilket er meget spændende."

Undersøgelsen vises i ACS Sustainable Chemistry and Engineering .