Hóa học

Sắc tố tự nhiên của tóc

Màu sắc tự nhiên của tóc là do sự hiện diện của melanin ở vỏ của mỗi sợi tóc, tìm thấy dưới dạng các hạt sắc tố nhỏ. Các sắc thái màu tự nhiên của tóc được tạo thành từ hai loại melanin là eumelanin (đen hơi nâu phổ biến) và pheomelanin (vàng hơi đỏ ít phổ biến hơn). Màu tóc cuối cùng được xác định qua số lượng melanin chứa trong tóc, kích thước của các hạt sắc tố và tỷ lệ của 2 loại melanin. Tóc đen có tỷ lệ lớn eumelanin và ở tóc vàng và đỏ lại có tỷ lệ lớn pheomelanin.

Mặc dù có sự khác biệt rõ ràng về kích thước phân tử và các tính chất nhưng cả 2 loại melanin này cùng nguồn gốc sinh học và phát triển từ con đường chuyển hóa có liên quan đến dopaquinone là một chất trung gian quan trọng. Các sắc tố này có dạng các hạt hình cầu hoặc bầu dục, thường dài khoảng 0,2-0,8 μm và chiếm dưới 3% tổng khối lượng tóc. Các hạt sắc tố được sản xuất trong các tế bào chuyên biệt, các melanocyte nằm sâu trong nang tóc. Các melanocyte được ẩn trong các nhú bì của chân tóc, tại đây chúng tiết ra các túi nhỏ (được gọi là các melanosome) vào các keratinocyte xung quanh.

Sự thay đổi màu tóc tự nhiên thường được quan sát thấy qua nhiều năm từ lúc mới sinh đến lúc già. Nhiều trẻ em có tóc vàng hoe dần dần chuyển thành màu sậm hơn và có màu nâu khi ở tuổi trung niên. Tóc bạc là dấu hiệu của quá trình lão hóa, thường xuất hiện sớm hơn ở những người có tóc sẫm màu hơn là tóc sáng và ít phổ biến ở người da đen. Sự bạc đi của tóc thường là một quá trình xảy ra từ từ và không thể thay đổi được.

Màu tóc bạc không phải là do sự sản sinh sắc tố mới có màu xám, kết quả thấy được là do sự pha trộn của tóc có sắc tố đen và tóc không có sắc tố, không màu. Do sự phân tán của ánh sáng, tóc không còn chứa melanin nên nhìn sẽ có màu trắng. Các nguyên nhân chính xác của tóc bạc vẫn còn đang được thảo luận. Các yếu tố di truyền chiếm ưu thế, gen điều hòa tình trạng bạc màu của mỗi nang tóc riêng lẻ giảm hoạt động sản xuất melanin theo tuổi tác. Nghiên cứu gần đây đã đặc biệt chỉ ra sự mất màu tóc đến sự chết đi dần của các tế bào gốc melanocyte. Chúng không những bị bạc đi vì tuổi tác mà còn dần dần bị lỗi, chuyển thành các tế bào sắc tố bị giam giữ hoàn toàn tại một vùng nào đó trong nang tóc mà không còn hiệu lực để tạo màu cho tóc.

Đối với các sản phẩm đã thiết kế để thay đổi màu tóc tự nhiên, điều quan trọng là phải xem xét các hạt melanin có được phân bố khắp vùng vỏ của mỗi sợi tóc hay không, tập trung nhiều nhất ở rìa ngoài (hình 4). Theo quy luật chung, lớp biểu bì của tóc không mang các sắc tố tự nhiên và do đó sẽ trong suốt. Vì thế, đối với bất kỳ sản phẩm nhuộm tóc nào, để hiệu quả thì bắt buộc thuốc nhuộm cần xâm nhập qua lớp biểu bì để đi vào vỏ của sợi tóc.

Hình 4. Mặt cắt dọc của sợi tóc cho thấy sự phân bố melanin dọc

trên vỏ

Các thuốc nhuộm tóc bền màu

Có 2 quá trình hóa học xảy ra trong suốt tiến trình nhuộm tóc bền màu, cả hai đều góp phần tạo ra màu cuối cùng. Đầu tiên là quá trình oxy hóa các sắc tố melanin và các màu nhuộm lắng đọng trước đây để làm sáng màu cơ bản. Thứ hai là quá trình oxy hóa các tiền chất của thuốc nhuộm để tạo thành các chromophore mang màu.

Tẩy melanin

Các thuốc nhuộm tóc bền màu và các sản phẩm tẩy tóc có khả năng làm sáng màu tóc tự nhiên bằng cách loại bỏ một số sắc tố hiện có, các hạt melanin bị phân hủy một phần và bị phá vỡ. Trong suốt quy trình tẩy tóc hoàn toàn, các hạt melanin bị phân hủy hoàn toàn, để lại một lỗ nhỏ ở vỏ tóc. Quá trình này có thể được mô tả như sự thoái biến oxy hóa của các melanin dẫn tới một loạt các sản phẩm thoái biến nhỏ hơn. Phản ứng này là sự khuếch tán có kiểm soát và phụ thuộc thời gian. Đã báo cáo rằng các pheomelanin có tính bền cao hơn với chất tẩy dùng ánh sáng và chất tẩy hóa học so với các eumelanin.

Sự hình thành màu oxy hóa

Hình 5. Một số tiền chất nhuộm oxy hóa tại chỗ (hình trên) và các chất nối (hình dưới)

Các thuốc nhuộm bền màu dựa trên quá trình oxy hóa bằng hydrogen peroxid các tiền chất thuốc nhuộm hoặc các chất trung gian thuộc các nhóm hóa học p – diamine và p – aminophenol (hình 5). Để bắt đầu quá trình này, tính kiềm mạnh của các công thức màu nhuộm làm phồng sợi tóc ra và cho phép các phân tử hoạt động nhỏ thâm nhập vào vùng vỏ, tại đây sự hình thành màu nhuộm xảy ra theo 3 bước chính. Bước đầu tiên là quá trình oxy hóa các chất trung gian thành các imin hoạt động mạnh có khả năng phản ứng với các thành phần tương tự chúng không bị oxy hóa để hình thành các phức đa nhân có màu đen hoặc nâu. Với sự hiện diện của các chất nối và các chất trợ màu, các imin sau đó ưu tiên phản ứng với các phân tử nối ở nguyên tử cacbon ái nhân nhất trong cấu trúc khung. Trong bước 3, sản phẩm phản ứng tạo nối này được oxy hóa để tạo thành các màu kháng nước (hình 6).

Hình 6. Ba bước chính để hình thành màu nhuộm oxy hóa (p-phenylenediamine và m-phenylenediamine)

Các chất nối không tự tạo màu nhưng thay đổi màu do quá trình oxy hóa các chất trung gian (bảng 2). Màu nhuộm cuối cùng là bản chất của các sản phẩm trung gian riêng lẻ và các chất nối trong thành phần và chứa một loạt các phân tử màu lớn. Kích thước của chúng đặc biệt giúp bền vững khi gội đầu và ít bị phai màu.

Bảng 2. Sự đa dạng về màu sắc được tạo thành do các chất nối khác nhau với sự hiện diện của các p-diamin và các p-aminophenol