现今人们对美发的需求日益增长，头发洗涤、烫染和造型频率较高；此外环境压力也易造成头发损伤，这些因素往往导致头发干枯毛躁、柔顺性下降、发质受损、易断裂等问题，因此开发具有强韧护发功效的活性成分成为研究热点。
发丝拉伸性能与发丝内水分、氢键相关，因此引入具有极强保湿性能和形成氢键能力的透明质酸钠作为发丝强韧活性物具有一定研究价值。本文系统研究了五种不同分子量和结构的透明质酸钠对头发拉伸和抗毛躁性能的影响。并进一步研究了透明质酸钠功效的作用机理。
一、头发的结构与力学性质
1.头发的结构
头发纤维结构上可分为三个主要部分。表面由一层薄薄的角质层细胞组成，包裹并保护纤维免受环境损害，称为毛表皮，约占纤维质量的10%，这些细胞在纵向和周围堆叠，形成一个鞘，鞘暴露的边缘称为毛鳞片，指向发丝的远端或尖端。
有研究认为，毛鳞片附近的细胞堆叠对于控制水分进出，维持正常的纤维功能和耐久性能非常重要。内部即为毛皮质由初纤维、小原细丝、中间丝蛋白、大纤维间基质和大原纤维组成，其角蛋白决定了纤维的机械性能，毛皮质是毛发的主体部分。
由第三部分为毛髓质，它位于皮质中心附近，与头发的其余部分相比，它的脂质含量较高，二硫键的结合强度较低。
- 头发中角蛋白的结构
蛋白质是头发纤维的主要成分，占纤维总质量的98%。其中，角蛋白及其相关蛋白占纤维总蛋白含量的85%。皮质是角质化的主要部位，角质化通过富含角蛋白丝的皮质细胞的存在，使毛干变得坚硬。
头发含有两类角蛋白纤维：由酸性氨基酸残基组成的I型和含有碱性氨基酸残基的II型。当I型纤维和II型纤维呈螺旋状排列时，形成二聚体，二聚体沿反平行方向卷绕在一起形成四聚体；它们的方向平行于毛干的长轴，并嵌于高硫蛋白的无定形基质中。
角蛋白链由α-角蛋白组成，呈α-螺旋构象，由离子力、氢键、范德华相互作用和二硫键缠绕而成。弱氢键确保了角蛋白多肽链之间的连接。这些较弱的键很容易被水打破，从而使卷发暂时变直。二硫键源于含硫胱氨酸键，它在相邻链之间形成强大的交联。
- 头发的拉伸特性
头发纤维在微观尺度上展示了一种复合结构，它由规则排列的原纤维和非晶态基质组成，类似于传统的增强复合材料。纤维和基质决定了头发的机械性能。
据报道，原纤维代表头发结构中的结晶相，它们被无定形基质相包围。在纤维内部，多肽大分子以α-螺旋构象为主，另一项研究表明，约40%的分子处于β-折叠状态。
分子间和分子内的相互作用，如氢键、盐键和二硫键（交联），加强了头发纤维，并影响头发松弛。基质成分由连接的无定形小球组成，其间散布着富含二硫键的微纤丝。头发纤维的这种复合结构组织赋予其独特的拉伸性能。
- 头发损伤因素与机制
现今人们对美发的需求日益增长，头发洗涤、烫染和造型频率较高；此外环境压力也易造成头发损伤，这些因素往往导致头发干枯毛躁、柔顺性下降、发质受损、易断裂等问题。
烫发的破坏性是众所周知的。其涉及头发内二硫键的断裂和重组。此外，烫发过程将疏水性头发表面转化为更亲水的表面。因此，在与洗发水的相互作用中，这将加剧角质层的脂质流失。
而角蛋白和二硫键与发丝拉伸性能息息相关，因此烫发极易影响发丝拉伸性能。此外头发也易受到光损伤，户外紫外线（UVB）和长波黑斑效应紫外线（UVA）辐射会攻击头发蛋白质，而可见光辐射的作用并不显著。
二、头发中水的状态及其与性能的关系
1.头发中水的赋存状态
水会改变人类角蛋白纤维（例如头发和指甲）的多种特性，是对头发机械行为的影响最为明显的外部因素之一，因此研究水分对头发性能的影响显得尤为重要。水分对发丝溶胀、抗拉强度、摩擦作用和其他性质都有影响。
将与角蛋白结构相关的水定义为结合水，与角蛋白结构不直接相关的水则为游离水。该模型考虑了随着水含量的增加，已经与角蛋白结构相关的水分子结合能的降低。染发过程中的烫发、拉直或放松和漂白是头发受损的主要原因。
而头发的这类处理通常会改变纤维结构。由此产生的损伤对环境湿度下头发的吸水性有不利影响，并导致肿胀增加或润湿时液体滞留，进而影响头发的保湿吸水性能。
- 头发中水的赋存状态对头发中氢键的影响及机制
α-角蛋白的内聚力由不同的化学键如二硫键、盐键和氢键提供。二硫键由两个相邻的α-角蛋白的两个硫原子形成，键能极强。它们对头发定型有着举足轻重的意义，并且很难通过拉伸或弯曲打破。
盐桥或离子键是非共价相互作用，它们是由带负电荷和带正电荷的氨基酸相互作用构成。与二硫键相比，它们的相互作用相对较弱，但其相互作用对发丝整体结构的稳定具有重要的贡献。
离子键易受到pH值和水含量变化的影响。水会导致离子键断裂，头发膨胀。氢键在来自-CO和-NH基团的氧原子和氢原子之间产生。这些键主要位于同一α-角蛋白螺旋之间。氢键受水的影响很大，水会渗透到多肽链之间破坏氢键，并扰乱分子的刚性。
3.头发的毛躁现象及与水分的关系
有无毛躁是评判头发健康的一个重要标准，毛躁的一种表现是在分型线处竖起的小纤维和穿过头发长度的纤维从头发主体突出与此相关的可能是尖端毛发的错位，当尖端损坏时尤其明显。角质层脱落和分叉意味着头发不处于对齐位置，可以描述为“毛躁”。
另一种表现是头发不整齐，即不是所有的纤维都以受控的卷曲排列，而是每根纤维都有自己的形状，从而增加发丝的总体积。毛躁通常与天气有关，特别是高湿度和高温。湿气造成毛躁的原因是水蒸气在头发内扩散。
与完全干燥的头发相比，高湿度下的头发可以吸收其自身重量的15-20%，并且在较高温度下吸收率会提升。在干燥过程中，首先将纤维之间的水除去，然后从每根纤维内部除去水。
透明质酸钠的护发潜力与应用现状
- 透明质酸钠的护发潜力
透明质酸钠属于糖胺聚糖化合物，是多糖家族的成员。透明质酸钠分子由N-乙酰基-D-葡糖胺和葡萄糖醛酸的交替单元组成。其的分子量非常高，可达数百万。它是结缔组织、上皮组织和神经组织的组成部分，是细胞外基质（ECM）的重要组成部分。
透明质酸钠不与蛋白质共价结合，但广泛分布于结缔组织中。在化学上，透明质酸是一种具有-COOH和-OH官能团的亲水性大分子。其在水中的溶解度高，可形成高粘度溶液，此特性使其显示出独特的粘弹性。
透明质酸钠也可以参与反应或交联，以调整其化学性质和耐水溶解性。捕获的水量约为其重量的1000倍。透明质酸钠的溶液和凝胶通常用作皮肤填充剂。注射后，可以恢复皮肤体积并尽量减少皱纹的出现，也是化妆品配方中非常有效和安全的成分。
然而制得注意的一点是，尽管以HA为主要成分的化妆品或个护用品层出不穷，但绝大部分产品例如身体乳，面霜、口红、精华液等所针对的对象均为皮肤，而作用于头发的产品则少之又少，在此基础上有增韧或抗毛躁宣称的产品更是凤毛麟角。
而透明质酸钠既有吸水性能，也拥有多个羧基并且有极强的氢键形成能力，证明其或拥有极强的修护发潜力，这也本工作的研究基础和意义所在。
2.透明质酸钠的递送与应用
透明质酸钠是一种极为重要的医疗和美容原料，其性质与其分子量大小密切相关，但部分大分子或中分子物质难以穿透皮肤渗透至其作用区域，或对其释放速率和时间有一定的要求，并且其本身又是水溶性物质，因此HA的缓释、包裹和促渗是一个极其重要的研究方向。
HA的皮肤渗透性与空间肽浓度和pH值有关。且对比到最佳空间肽浓度为5mg/mL，最佳pH值为4.0。并在体外透皮实验中验证了透明质酸在猪和人皮肤中的渗透性，在无毛小鼠皮肤中的渗透性在体内也得到证实。
此外，通过皮肤失水和组织学研究评估皮肤屏障破坏。LFU暴露时间与药物渗透和皮肤扰动有关。随着暴露时间的增加，皮肤扰动增加。他们发现，1min的暴露能最好地促进HA渗透，而不会损害表皮。
但是以上包裹方法均有成本较高的问题，如何能够包裹促进HA的渗透，并降低其成本也是一个十分值得研究的方向。
四、结语
本论文以透明质酸钠为主要研究对象，探究不同分子量透明质酸钠对发丝的增韧功效及规律，此外研究了其抗毛躁性能及另维度下的防断功效。
在此基础上进一步探究其增韧功效机理的来源，而后制备了一种透明质酸钠多重乳液系并多角度评估了其具体使用效果：
- 低分子（42k及4k）透明质酸钠具有提升受损发丝强韧性、抗毛躁以及降低发丝梳理功和摩擦系数的功效。且二者可通过影响发丝不同特性达到增韧效果，复配后能获得更强功效，并在实际产品中也有良好功效。
- 抗污染以及降低发丝梳理功和摩擦系数的功效均可理解为来自于透明质酸钠的成膜性。因而以发丝抗拉强度为主要研究对象，通过弹性模量计算、傅里叶全反射红外、尿素实验，证明透明质酸钠进入发丝内部能够形成氢键，并且通过增加氢键密度来提升发丝的弹性模量进而影响发丝的拉伸性能。
- 从透皮效果、发丝增韧功效以及发丝浸出液浓度三个方面探究了透明质酸钠多重乳液的具体功效和应用可行性。综合以上结果，本透明质酸钠多重乳液具有良好的应用前景。
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