一种多巴胺染发剂的制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种多巴胺染发剂的制备方法和应用 (Preparation method and application of dopamine hair dye ) 是由 范震 孙敏 王琮钰 孙宇 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：一种多巴胺染发剂的制备方法和应用。一种多巴胺染发剂,所述染发剂包括多巴胺和过渡金属螯合剂两部分；所述多巴胺在过渡金属螯合剂作用下自组装为纳米颗粒并可吸附在头发表面。所述多巴胺和过渡金属螯合剂的重量比为(12︰1)～(6︰5)。所述过渡金属螯合剂为铁离子。一种所述多巴胺染发剂的制备方法,包括如下制备步骤：取多巴胺粉末状固体溶于第一类溶剂中配置成溶液；在室温条件下进行搅拌使其溶解；向配置成的溶液中加入过渡金属螯合剂,等待一段时间得到所述多巴胺染发剂。本发明是一种温和环境下多巴胺快速染发剂,放弃传统碱性环境及强氧化剂条件,其具有良好的染色能力和生物相容性。具有更快的染发速度及更少的环境污染,安全、有效、使用方便。(A method for preparing dopamine hair dye and its application are provided. A dopamine hair dye comprises two parts of dopamine and a transition metal chelator; the dopamine is self-assembled into nano particles under the action of a transition metal chelating agent and can be adsorbed on the surface of hair. The weight ratio of the dopamine to the transition metal chelating agent is (12: 1) - (6: 5). The transition metal chelating agent is iron ions. A preparation method of the dopamine hair dye comprises the following preparation steps: dissolving dopamine powder solid in a first type of solvent to prepare a solution; stirring at room temperature to dissolve; adding a transition metal chelating agent into the prepared solution, and waiting for a period of time to obtain the dopamine hair dye. The invention relates to a dopamine rapid hair dye in a mild environment, abandons the traditional alkaline environment and strong oxidant conditions, and has good dyeing ability and biocompatibility. Has the advantages of faster hair dyeing speed, less environmental pollution, safety, effectiveness and convenient use.)
技术领域
本发明属于日化用品领域，涉及一种多巴胺染发剂的制备和应用。
背景技术
黑色素是一种生物色素，通常以纳米颗粒的方式存在。人的发色主要由黑色素等天然色素决定，而随着年龄的增加，形成色素的黑素细胞减少，黑色素的产生减少从而导致头发变白。染发剂越来越成为生活中不可缺少的日化用品。
在古代人们用天然材料来给头发着色，而随着现代化学工业的发展，合成染发剂占据市场主导地位。合成染发剂一般由中间体、耦合剂和氧化剂三种成分组成。其染发原理为首先在氨水等碱性环境中打开头发表面的毛鳞片，让各种成分进入头发内部，随后氧化剂氧化中间剂使其显色，并使其与耦合剂相连黏附在头发上，从而达到染发的目的。中间体通常是芳香胺，如商用染发剂使用最广泛的中间体对苯二胺。这种染发剂会对人体造成一定的伤害。例如对苯二胺是导致染发皮炎的主要原因之一。根据现有对苯二胺致敏反应的研究，71.4％的患者有瘙痒感，8.6％患者有刺痛感，1％患者有烧灼感或刺痛感。此外，研究表明，使用合成染发剂会增加基底细胞癌、乳腺癌和卵巢癌的风险。有毒副性、刺激性的双氧水等漂白剂/氧化剂、氨水等碱性试剂等对人体皮肤也有严重危害和刺激。
鉴于合成染发剂的诸多弊端，近年来关于新型染发剂的探索层出不穷。纳米科技的兴起使得纳米颗粒染发剂备受关注，如金、银、石墨烯等纳米颗粒已经被成功应用于染发剂领域。但这些方法也存在着色素沉着相对较慢、生物相容性较差、毛发保温性能受损等缺点。因此使用自然产生的黑色素纳米颗粒来进行染色最为理想，开发便利、持久、安全且无刺激的新型染发剂具有重大的现实意义。
多巴胺是广泛存在于自然界的天然分子，具有良好的吸附性能，因可通过螯合作用生成黑色素类似物多巴胺而倍受关注。检索国内外相关工作和专利发现：以多巴胺为原料进行染发的工作虽有报道，但多数工作都在对人体有害的碱性环境以及强氧化剂条件下进行。在温和条件下进行染发的工作目前还鲜有文献记载。且大部分多巴胺染发工作需要较长时间反应，不利于成果转化。此外，多数工作仅可实现头发从白色到黑色的转变，不满足个人对颜色的选择。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种多巴胺染发剂，解决现有染发剂带来的发质损伤、染色时间长、以及颜色单一的问题。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种多巴胺染发剂，其包括：多巴胺和过渡金属螯合剂。
一种多巴胺染发剂，多巴胺在过渡金属螯合剂作用下自组装为纳米颗粒并吸附在头发表面。
所述多巴胺以及过渡金属螯合剂的重量比为(12︰1)～(6︰5)，优选的重量比为6︰1。
所述过渡金属螯合剂为铁离子。
一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)多巴胺溶液的制备
取多巴胺粉末状固体溶于第一类溶剂中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向步骤(1)配置得到的溶液中加入过渡金属螯合剂。等待一段时间，例如0.5～3分钟。
其中，在步骤(1)中，所述多巴胺溶液的质量浓度在1-10mg/mL；或者，
第一类溶剂为蒸馏水、PBS缓冲液中的一种或几种。
在步骤(2)中，所述过渡金属螯合剂为铁离子；或者，
所述过渡金属螯合剂浓度在0.5mg/mL-50mg/mL；或者，
所述多巴胺以及过渡金属螯合剂的重量比为(12︰1)～(6︰5)，优选的重量比为6︰1。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明利用过渡金属与多巴胺及头发表面进行螯合，螯合作用可促进多巴胺的自组装，同时可加速自组装体在头发表面的沉积，且本方法未采用任何人工合成聚合物辅助自组装形成微球；
第二、此外不同浓度的过渡金属离子以及不同螯合时间拥有不同的螯合特性，使得形成的自组装体有所不同，导致最终颜色的差异。通过本发明中过渡金属的使用可加速染发进程且在一定程度上实现颜色选择。
第三、本发明的提供的多巴胺染发剂可通过改变实验参数而进行颜色调节，颜色留存时间长不易被洗掉，洗涤用水比较干净对环境污染小，且生物相容性高，没有致敏等毒副作用，具有广泛应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例一中的商业染发剂和多巴胺染发剂的染发效果图；其中：1为实施例1中商业染发剂染发效果图，2为实施例1中自制的多巴胺染发剂染发效果图。
图2为本发明实施例一中多巴胺染发剂与商业染发剂的黑度值对比图。
图3为本发明实施例二、三中的10mg/mL多巴胺溶液和不同浓度三氯化铁溶液染色效果图。其中：1为未经染色处理的头发图片；2为实施例二中10mg/mL多巴胺溶液和10mg/mL三氯化铁溶液染色效果图；3为实施例三中10mg/mL多巴胺溶液和50mg/mL三氯化铁溶液染色效果图。
图4为本发明实施例二、三中10mg/mL多巴胺溶液和不同浓度三氯化铁溶液染发的黑度值对比图。
图5为本发明实施例四、五、六、七、八、九中的多巴胺溶液和三氯化铁溶液在不同时间点的染色效果图。其中：1为实施例四中1mg/mL多巴胺溶液和0.5mg/mL三氯化铁溶液染发30秒的效果图；2为实施例五中1mg/mL多巴胺溶液和0.5mg/mL三氯化铁溶液染发1分钟的效果图；3为实施例六中1mg/mL多巴胺溶液和0.5mg/mL三氯化铁溶液染发5分钟的效果图；4为实施例七中1mg/mL多巴胺溶液和1mg/mL三氯化铁溶液染发30秒的效果图；5为实施例八中1mg/mL多巴胺溶液和1mg/mL三氯化铁溶液染发1分钟的效果图；-6为实施例九中1mg/mL多巴胺溶液和1mg/mL三氯化铁溶液染发5分钟的效果图。
图6为本发明实施例四、五、六中1mg/mL多巴胺溶液和0.5mg/mL三氯化铁溶液在不同时间点的染色黑度值对比图。
图7为本发明实施例七、八、九中1mg/mL多巴胺溶液和1mg/mL三氯化铁溶液在不同时间点的染色黑度值对比图。
图8为本发明实施例四、五、六、七、八、九中1mg/mL多巴胺溶液和不同浓度三氯化铁溶液在不同时间点的染色黑度值对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种多巴胺染发剂的制备方法及其应用。
多巴胺染发剂：
一种多巴胺染发剂，其包括：多巴胺和过渡金属螯合剂。
其中，多巴胺在过渡金属螯合剂作用下自组装为纳米颗粒并吸附在头发表面。
所述多巴胺以及过渡金属螯合剂的重量比为(12︰1)～(6︰5)，优选的重量比为6︰1。
多巴胺染发剂的制备方法：
本发明的多巴胺染发剂的制备方法包括如下步骤：
(1)多巴胺溶液的制备
取多巴胺粉末状固体溶于第一类溶剂中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向步骤(1)的溶液中加入过渡金属螯合剂。等待0.5～3分钟。
其中，在步骤(1)中，所述多巴胺溶液的质量浓度在1-10mg/mL；或者，
第一类溶剂为蒸馏水、PBS缓冲液中的一种或几种。
在步骤(2)中，所述渡金属螯合剂为铁离子；或者，
所述过渡金属螯合剂浓度在0.5mg/mL-50mg/mL；或者，
所述多巴胺以及过渡金属螯合剂的重量比为(12︰1)～(6︰5)，优选的重量比为6︰1。
多巴胺染发剂的应用：
本发明的多巴胺染发剂可以实现温和环境下的快速染色。
多巴胺在过渡金属离子螯合剂的辅助作用下可加速进行氧化聚合及自组装。形成的类黑色素组装体通过氢键作用及金属螯合作用黏附在头发表面完成染色过程。通过类黑色素组装体的表面沉积完成染色避免了因染料分子进入头发内部而带来的头发损伤。同时温和环境也避免了对人体的刺激。因此，本发明的多巴胺染发剂广泛适用于头发染色，有着良好的应用前景。
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
本实施例提供了一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)商业染发剂染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，挤少许商用染发剂膏体均匀的涂抹到头发样品上，置入5mL离心管中，等待半小时。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
(2)多巴胺染色剂染发步骤
取30mg多巴胺粉末状固体溶于3mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。取10mg六水合三氯化铁粉末状固体溶于1mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。向3mL 10mg/mL多巴胺溶液中加入0.5mL 10mg/mL的三氯化铁溶液，等待1分钟。所述多巴胺与过渡金属的重量比为6︰1，在这个重量比之下，头发能够被染成较黑的程度，并且与商业染发剂染发效果差别不大，同时过渡金属离子的浓度不至于太高，以尽量降低对身体的损害。
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待10分钟。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图1所示，商用染发剂染过的头发样品与自制多巴胺染发剂染过的头发样品颜色相似，染发效果相近。利用imageJ软件计算出商业染发剂染过的头发样品黑度值为0.73，自制多巴胺染发剂染过的头发样品黑度值为0.76。黑度值的计算过程如下：用imageJ计算出样品的RGB值(I＝IR+IG+IB)，然后以未经染色处理的头发样品作为对照(I0)，黑度值＝(I-I0)/I。通过比较黑度值的差异，可以看出自制多巴胺染发剂染发效果优于商用染发剂的效果。
本发明是一种温和环境下多巴胺快速染发剂，放弃传统碱性环境及强氧化剂条件，采用过渡金属离子螯合剂作用，在保证染发效果的同时不对头发及人体造成伤害。通过对染色过程中各成分的浓度调节以及染色时间的控制可实现一定程度的颜色选择。本发明提供的染发剂为天然分子，其具有良好的染色能力和生物相容性。
实施例二
本实施例提供了一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)染发原液的制备
取30mg多巴胺粉末状固体溶于3mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。取10mg六水合三氯化铁粉末状固体溶于1mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解
(2)染色步骤
向3mL 10mg/mL的多巴胺溶液中加入0.5mL 10mg/mL的三氯化铁溶液。等待0.5分钟；所述多巴胺与过渡金属的重量比为6︰1。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待10分钟。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图3所示，头发样品呈现均匀黑色。利用imageJ软件计算头发样品的黑度值为0.76。可以看出自制多巴胺染发剂染发迅速，同时对人体伤害较小，头发能在短时间内被染成较黑的程度，其有望广泛应用于染发领域。
实施例三
本实施例提供了一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)染发原液的制备
取30mg多巴胺粉末状固体溶于3mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。取50mg六水合三氯化铁粉末状固体溶于1mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向3mL 10mg/mL的多巴胺溶液中加入0.5mL 50mg/mL的三氯化铁溶液。等待1分钟；所述多巴胺与过渡金属的重量比为6︰5。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待10分钟。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图3所示，头发样品呈现均匀的墨绿色。利用imageJ软件计算出头发样品的黑度值为0.66，并且算出其RGB的数值分别为67(R)，70(G)，58(B)，表现为墨绿色。
实施例四
本实施例提供了一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)染发原液的制备
取3mg多巴胺粉末状固体溶于3mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。取1mg六水合三氯化铁粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向3mL 1mg/mL的多巴胺溶液中加入0.5mL 0.5mg/mL的三氯化铁溶液。等待2分钟；所述多巴胺与过渡金属的重量比为12︰1。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待30秒。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图5所示，头发样品呈现均匀的浅黑色。利用imageJ软件计算头发样品的黑度值为0.58。
实施例五
本实施例提供了一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)染发原液的制备
取3mg多巴胺粉末状固体溶于3mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。取1mg六水合三氯化铁粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向3mL 1mg/mL的多巴胺溶液中加入0.5mL 0.5mg/mL的三氯化铁溶液。等待1分钟；所述多巴胺与过渡金属的重量比为12︰1。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待1分钟。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图5所示，头发样品呈现均匀的浅黑色。利用imageJ软件计算头发样品的黑度值为0.67。
实施例六
本实施例提供了一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)染发原液的制备
取3mg多巴胺粉末状固体溶于3mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。取1mg六水合三氯化铁粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向3mL 1mg/mL的多巴胺溶液中加入0.5mL 0.5mg/mL的三氯化铁溶液。等待1分钟；所述多巴胺与过渡金属的重量比为12︰1。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待5分钟。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图5所示，头发样品呈现均匀的浅黑色。利用imageJ软件计算头发样品的黑度值为0.67。在多巴胺与过渡金属的重量比为12︰1时，头发样品的黑度值也有所降低，并且在1分钟左右染发过程基本已经完成。
实施例七
本实施例提供了一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)染发原液的制备
取3mg多巴胺粉末状固体溶于3mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。取2mg六水合三氯化铁粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向3mL 1mg/mL的多巴胺溶液中加入0.5mL 1mg/mL的三氯化铁溶液。等待2分钟；所述多巴胺与过渡金属的重量比为6︰1。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待30秒。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图5所示，头发样品呈现均匀的深黑色。利用imageJ软件计算头发样品的黑度值为0.73。
实施例八
本实施例提供了一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)染发原液的制备
取3mg多巴胺粉末状固体溶于3mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。取2mg六水合三氯化铁粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向3mL 1mg/mL的多巴胺溶液中加入0.5mL 1mg/mL的三氯化铁溶液。等待1分钟；所述多巴胺与过渡金属的重量比为6︰1。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待1分钟。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图5所示，头发样品呈现均匀的深黑色。利用imageJ软件计算头发样品的黑度值为0.75。
实施例九
本实施例提供了一种多巴胺染发剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)染发原液的制备
取3mg多巴胺粉末状固体溶于3mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。取2mg六水合三氯化铁粉末状固体溶于2mL蒸馏水中配置成溶液。在室温条件下进行搅拌使其溶解。
(2)染色步骤
向3mL 1mg/mL的多巴胺溶液中加入0.5mL 1mg/mL的三氯化铁溶液。等待3分钟；所述多巴胺与过渡金属的重量比为6︰1。
(3)体外染色步骤
选取灰白色头发样品剪短至3cm左右，置入5mL离心管中。将上述溶液倒入离心管中至没过头发样品，等待5分钟。将头发样品取出用流动的清水冲洗五次后晾干。
如图5所示，头发样品呈现均匀的深黑色。利用imageJ软件计算头发样品的黑度值为0.76。
本发明与商用染发剂以及其他多巴胺染色方法进行了对比实验，证明在相同环境条件下，该方法具有更快的染发速度及更少的环境污染，安全、有效、使用方便、可用于家庭染发场景，有着良好的实用价值。
综上所述，本发明的多巴胺染发剂是利用金属离子螯合剂的使用加速了染色进程，染色过程简单且迅速。由于染色过程抛弃了传统的碱性以及强氧化性等条件，使得本发明的染色剂具有良好的安全性以及生物相容性。通过金属离子螯合剂的选择以及染色过程中各成分浓度的调节还可以实现一定程度的颜色选择。因而本发明提供的染发剂在染发领域具有广泛的应用前景。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
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