CC BY
95
УДК 54.062
А. Ф. Мирзанурова
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕКОТОРЫХ КОМПОНЕНТОВ МОЮЩИХ СРЕДСТВ НА СТРУКТУРУ ВОЛОС МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ (АСМ)
Ключевые слова: атомно-силовой микроскоп, высота чешуйки кутикулы.
Изучено воздействие некоторых компонентов моющих средств на структуру волоса методом атомно-силовой микроскопии. Основным параметром, рассматриваемым в данной работе, является высота чешуйки кутикулы. Для исследования были взяты несколько типов волос.
Было рассмотрено влияние щелочи, кислоты, СЭК-703 (поверхностно-активное вещество) различных концентраций и диметикона ПМС-20 (кондиционирующая добавка).
Keywords: atomic force microscopy, height of cuticle scale.
The purpose of this research work is to study the influence of some components of washing materials on hair structure using the atomic force microscopy. The main parameter considered in the research work is height of cuticle scale. Several types of hair were taken for investigation. The influence of alkali, acid, surface active material of different content and dimethicone were considered.
Целью настоящей работы является изучение воздействия некоторых компонентов моющих средств на структуру волоса методом атомно-силовой микроскопии. Следует отметить, что данная тематика имеет отношение к химии и технологии полимерных материалов, поскольку высокомолекулярные ингредиенты широко используются в косметике и парфюмерии и во многом определяют назначение и качество продуктов. А также к нанотехнологиям, т. к основное преимущество АСМ заложено в его способности получения трехмерного изображения поверхности, что позволяет измерять перепады рельефа на поверхности с точностью 1 нм [1].
Основным параметром, рассматриваемым в данной работе, является высота чешуйки кутикулы. У здоровых волос чешуйки очень плотно прилегают к поверхности, именно поэтому они хорошо отражают падающий на них свет и имеют такой красивый естественный блеск, легко (без механических повреждений) расчёсываются. И, наоборот, у поврежденных, тусклых, (больных) волос чешуйки отходят от поверхности волоса и волос похож на раскрывшуюся сосновую шишку [2].
Для исследования были взяты несколько типов волос: светлый женский волос, темный мужской волос, чёрный женский волос и женский волос, поврежденный химической завивкой. Было рассмотрено влияние щелочи, кислоты и температуры на структуру волос. В качестве щёлочи был взят 10%-ый раствор аммиака, в качестве кислоты- 9% раствор уксусной кислоты. Также рассматривалось влияние СЭК-703 [3] (поверхностно-активное вещество) различных концентраций и диметикона ПМС-20 [4] (кондиционирующая добавка).
АСМ предлагает сверхвысокое разрешение, которое существенно для изучения свойств поверхности человеческого волоса.
Типичное АСМ изображение поверхности человеческого волоса представлено на рис.1. На нем хорошо видны кутикулы, покрывающие поверхность волоса.
В частности, из АСМ изображения волоса (рис.1) можно получить профиль поверхности вдоль выделенного направления, параллельного оси волоса (рис.2). Анализируя полученный профиль можно измерить такие параметры как: h - высота чешуйки кутикулы, у -угол прилегания кутикулы к поверхности волоса, длина кутикулы и др. В настоящей работе в качестве основного количественного параметра волоса взят h, так как этот параметр в наибольшей мере отражает плотность прилегания кутикул к поверхности. Очевидно, что
здоровый, блестящий волос с плотно прилегающими к поверхности кутикулами должен характеризоваться минимальными значениями И.
Рис. 1 - АСМ изображение поверхности Рис. 2 - Профиль поверхности волоса человека
Необходимо особо отметить, что объективная количественная характеризация биологических объектов основана на статистической обработке достаточно большого количества измерений. Это очевидно связано с тем, что хотя одинаковые биологические объекты (например, волосы) имеют близкие размеры и другие характеристики, каждая клетка, каждый волос имеют свои индивидуальные особенности. Поэтому в данной работе для получения усредненных (более объективных) значений предусматривается выполнение до 30 измерений h и статистический анализ полученных данных.
Статистическая обработка результатов
Так как в данной работе имеем дело с биологическим объектом, даже на одном волосе одного конкретного человека все высоты чешуек разные. Достоверную информацию о высоте чешуек можно получить путём статистической обработки результатов.
Для проведения каждого эксперимента бралось три волоса у одного и того же человека, в одно и тоже время. Для исследования использовался участок волоса, близкий к фолликулу, каждый волос фиксировался на подложке с помощью специальной двухсторонней липкой ленты (скотча), затем проводилось сканирование в трёх местах данного волоса. Всего получалось 9 сканов. После вычитания плоскостей первого и второго порядка проводился обсчёт полученных изображений, по профилю считалась высота каждой чешуйки. В каждом отдельном эксперименте делалось не менее 30 измерений. На основании полученных значений в программе Origin строились графики. По оси Х откладывались (располагались) значения высот, по оси У- частота с которой встречались соответствующие значения. Далее строилось с помощью программы Origin гауссово (нормальное) распределение (распределение вероятностей какой либо переменной, графическая форма которого напоминает плавную симметричную колоколообразную кривую). В теории вероятности доказано, что сумма различных независимых случайных слагаемых (независимо от их закона распределения) оказывается случайной величиной, распределенной согласно нормальному закону (так называемая центральная предельная теорема). Поэтому нормальное распределение хорошо моделирует самый широкий круг явлений, для которых известно, что на них влияют несколько независимых случайных факторов. По гауссовому распределению определялась средняя высота чешуек, а также ошибка измерения. Диапазон ошибок составил от 3 до 55 нм.
Для удобства сравнения результатов, полученные графики нормировались на единицу, которой соответствовало максимальное значение h в данной серии измерений.
Стоит заметить, что эксперименты проводились в разное время года и волосы одного и того же человека подвергались различным видам обработки. Средние высоты чешуек исходного волоса одного человека колебались от 298 до 602 нм. Как показали наши дальнейшие исследования, именно обработка волос привела к таким различным значениям. Можно предположить, что маленькие значения высот чешуек исходных образцов волос являлись результатом обработки качественным шампунем или бальзамом.
Литература
1. Gurden, S.P Quantitative analysis and classification of AFM images of human hair / S.P Gurden, V. F. Monteiro, E. Longo, M. M. C. Ferreira // Journal of Microscopy. - 2004. - Vol. 215. - P. 13-23
2. Грей, Дж. Стержень волоса. Эстетический аспект. Болезни и повреждения / Дж.Грей, Р.Даубер, Д. Уайтинг // Материалы Форума по уходу за волосами. - Лиссабон, 1996 - С. 51-56
3. Барабанов,В.П. Коллоидно-химические аспекты взаимодействия ПАВ в поверхностью полимеров / В.П.Барабанов, С. А. Богданова // Вестник КГТУ - 2010. - №4. - С. 7-26.
4. Blach, J Surface characterization of human hair by atomic force microscopy in the imaging and F-d modes / J.Blach, W. Loughlin, G.Watson, S. Myhra // International Journal of Cosmetic Science. - 2001. -23. - P. 165-174.
© А. Ф. Мирзанурова - канд. социол. наук, доц. каф. иностранных языков в профессиональной коммуникации КНИТУ, 1881@list.ru.
