染发剂哪家强，石墨烯帮您忙

作为一名理学博士汪，小希最关心的就是三件事：文章有没有进展、体重有没有飙涨、白头发有没有又多了几根……如果时运不济，三件事往往都是坏消息，文章还没发，大好青年就有“可怜未老头先白”的趋势。

要不要选择染发呢，理发店的Tony和Peter都有意无意地提过好几次了？

不不不，总有报道称染发剂中的一些化合物是有毒的，比如大多数染发剂中都含有的对苯二胺（p-Phenylenediamine，PPD）。一些研究表明，美发行业的工作人员长期接触含对苯二胺的染发剂，导致膀胱癌、乳腺癌的比例明显提高^[1,2]。不过，学术界一直就对苯二胺是否致癌存在争议，国际癌症研究机构（IARC）也仅仅把染发剂列为第三类致癌物 ^[3]，比实验室常用的二氯甲烷和三氯甲烷——第二类致癌物——还低一个等级。尽管如此，PPD是一种毫无疑问的接触过敏原，对皮肤的伤害毋庸置疑。2006年，在美国接触性皮炎协会（ACDS）组织的评选中，PPD甚至被票选为“年度过敏原（Allergen of the Year）” ^[4]。就算国家对这些化合物的用量进行了规定，但总有些商家打着“纯天然”、“无毒无害”的名头生产不合格产品 ^[5]。（扯远一点：“纯天然”、“纯植物提取”不代表无毒无害，想想号称“断肠草”的钩吻，面对各种宣传千万要睁大眼睛）

染发剂中常见成分。图片来源：IARC

前两天，实验室的师弟兴冲冲地告诉小希，有人发明了一种石墨烯染发剂，无毒无副作用，不易褪色，还防静电！

“师兄，我们的白头发终于有救了！”

“呸！好歹你也是名校的理科研究生，怎么这点常识都没有？前两天还有人搞了个石墨烯内裤，冒用诺奖得主做宣传被人家怒怼^[6] ……”

“是真的，师兄，美国西北大学的一篇Chem 论文，你看！”

果然，真有人脑洞大开，将“明星材料”石墨烯的应用范围拓宽到了染发剂领域。

美国西北大学黄嘉兴（Jiaxing Huang）课题组利用石墨烯代替有毒的分子制备更安全的染发剂。同时，由于石墨烯优异的导电性，还可以改善干燥季节中静电对发型带来的困扰，可谓一举多得。相关研究成果发表在Cell Press旗下的Chem 杂志上，论文共同第一作者为Chong Luo和Lingye Zhou。

石墨烯染发剂抗静电性能。图片来源：Chem

这种染发剂包括着色剂还原石墨烯（r-GO）或者氧化石墨烯（GO）片（尺寸在微米级，厚度约为1纳米），分散剂壳聚糖，维生素C做共分散剂也可用于还原GO。随后研究者将这种混合水性溶液均匀的喷涂在头发上。10分钟后染发结束，石墨烯在头发表面形成一层均匀的薄膜，厚度约2微米。区别于传统的染发，需要用化合物打开头发的角质层使染色剂可以进入头发结构内部，石墨烯层附着在头发表面，不会与头发发生反应，对发质没有损伤。通过改变石墨烯浓度，就可以调节染发剂的颜色由灰变为黑，石墨烯质量分数达到0.25%的染发剂就可与商业黑色染发剂产品达到同样的效果。

不同浓度石墨烯染发对比及SEM照片。图片来源：Chem

这种石墨烯染发剂是否具有耐久性呢？答案是肯定的。虽然石墨烯不会通过化学反应改变头发颜色，但由于壳聚糖通过氨基和羟基能与毛发表面的角蛋白结合，而r-GO本身就具有疏水性，其片层高比表面积，又可以通过氢键和壳聚糖相互作用，因此干燥后的r-GO/壳聚糖染发剂可以牢牢地附着在头发上，并不容易洗掉。研究者对比了清洗前后的头发颜色，经rGO/壳聚糖染发后，至少可以抵御30次的洗发水清洗而不明显褪色。换句话说，即使你每天洗头，也可以至少保证1个月不褪色。

石墨烯染发抗洗涤耐久性能。图片来源：Chem

有人会问1个月以后怎么办呢？呃，1个月以后染的颜色已经不重要了，因为新的白头发又长出来了……约起小伙伴再来染过吧，反正用它染个发只需10分钟……（估计Tony和Peter会爱死这款染发剂）

渐变染发，也被称为“彩虹色”，最近越来越流行。研究者为提升用户体验，也尝试了如何用石墨烯染发剂实现简单快捷的渐变色。先将一束头发涂上GO/壳聚糖溶液（0.25%），再利用紫外光照射，通过改变照射时间或者紫外光强度，就可以实现头发颜色的渐变。这一研究不但可以用于渐变色发型，还可以作为紫外线照射累积剂量的比色指示剂，用于紫外线防护。

紫外诱导“渐变色”。图片来源：Chem

总结起来，石墨烯染发剂有五大优势：不含有机溶剂或对苯二胺等成分；耐久性已达到市场上永久性染发剂的水平；增强头发抗静电性能和散热性能；染发过程简单，喷一喷或者刷一刷，10分钟左右就搞定；最重要的一条，因为所用的原料是廉价易得的氧化石墨烯，所以这种染色剂的成本并不高。不过，目前能实现的颜色就是棕色到黑色，别的颜色还有待进一步研究。

“这种染发剂基于较常见的氧化石墨烯，因此成本并不高。人们可以使用这种染发剂使头发表面上具有导电性，”黄嘉兴教授说，“这意味着有可能与可穿戴电子设备集成，或成为导电传感器，甚至更多应用，受限制的只是我们的想象力。”^[7]

黄嘉兴教授。图片来源：Northwestern University

后记：小希听过黄嘉兴教授三次报告，每一次都有新的故事，生动而有趣。感慨黄教授思维之开阔，可以在碳材料领域中玩得游刃有余。

（温馨提示：本文结果仅属科研实验性质，请勿私下在人类和动物身上模仿和重复！）

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Multifunctional Graphene Hair Dye

Chem, 2018, 4, 784–794, DOI: 10.1016/j.chempr.2018.02.021

参考资料：

1. Does the Use of Hair Dyes Increase the Risk of Developing Breast Cancer? A Meta-analysis and Review of the Literature. Anticancer Research, 2018, 38, 707

http://ar.iiarjournals.org/content/38/2/707.abstract

2. Hair dye use, regular exercise, and the risk and prognosis of prostate cancer: multicenter case–control and case-only studies. BMC Cancer, 2016, 16, 242

https://bmccancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12885-016-2280-7

3. http://www.sda.gov.cn/WS01/CL1991/215896.html

注：第三类致癌物，指对人体致癌性尚未归类的物质或混合物，对人体致癌性的证据不充分，对动物致癌性证据不充分或有限。

4. Contact Allergen of the Year: p-Phenylenediamine. Dermatitis, 2006, 17, 53

https://journals.lww.com/dermatitis/fulltext/2006/06000/p_Phenylenediamine.2.aspx

5. 国家食药监总局通告88批次染发类化妆品不合格

http://www.sda.gov.cn/WS01/CL0050/226778.html

6. http://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1759406

7. https://news.northwestern.edu/stories/2018/march/graphene-finds-new-application-as-non-toxic-anti-static-hair-dye/

（本文由小希供稿）