設置星標★關注，從此你的世界多點科學~

現代人普遍都對頭發的存活情況和數量規模極為珍視。從某種意義上說，喪失頭發約等于顏值歸零。

比較精致的現代人則也會重視美發與護發。托尼老師專業的洗剪吹燙染服務值得成千甚至上萬的定價，而燙染以后的頭發養護不僅是短期急需，更應成為長期主義。

格外精致的現代人還要嚴格考察洗發水、護發素的成分表，看其中是否包含對環境損害過大、對人體不夠溫和的化學成分，并選擇更為綠色環保的護發配方。

許多科學家都在嘗試從生物體中尋找天然護發分子，或是借鑒生物結構設計綠色的護發素、洗發水成分。部分研究團隊取得了進展，其中一些更已將綠色配方融入商用產品。

比如，來自樹木的木質素可撫平受損的毛鱗片，從黑曲霉等真菌細胞壁提取的甲殼素也可用作護發成分，念珠菌屬的一些真菌所產生的槐糖脂，則可替代部分洗發水里的硫酸鹽成分……

為何市場不看好傳統的頭發洗護產品

而追逐綠色配方？

一名尚無脫發危機的普通人類，其頭皮大概擁有12萬到15萬根頭發；若發長及肩，這些發絲的總表面積可達約6平方米。

假如你將一根健康頭發的表面放大觀察，會發現它整體觀感相對光滑，不過似乎隱約可見層疊的“鱗片”，比如下面這幅掃描電子顯微鏡圖像所呈現的。它們被科學家稱為“毛鱗片”，是頭發表層的透明角質結構。

掃描電鏡圖像 | 未經處理的單根頭發

毛鱗片的外表面還覆蓋有脂質薄膜，這是頭發的第一道保護層，也是光澤度的來源。而當頭發經過了漂白處理——往往是染粉色或白金等淺發色前的預備步驟——脂質層和毛鱗片就會受損傷。后果包括毛鱗片的翹起、張開、邊緣破損等，發絲的整體觸感和表現將由此顯著改變。

如果放掃描電鏡下觀察，那些鱗片結構會顯得相當粗糙扎眼，猶如蛇鱗……

經過漂白處理的頭發

除了漂白，粗暴梳刷帶來的物理磨損也能破壞脂質層和鱗片狀結構。

現代人洗發、護發、燙發、染發的過程，本質上都是利用特定化學品對頭發做表面化學處理，進而直接改變頭發的諸多特性，包括光澤度、強韌度、柔順度乃至卷曲形態等。當然，化學有好有壞，比如漂白會導致毛鱗片越發粗糙，護發素則可令發絲順滑，改善粗糙毛躁狀態。

經過漂白的頭發(上)和漂白后經過常規護發素處理的頭發(下)

絕大多數護發產品都含有高分子聚合物。這些長鏈分子通常帶正電荷，可附著于帶負電荷的受損發絲表面，并撫平毛鱗片的粗糙邊緣以減少頭發毛躁。

然而，現有的護發聚合物雖高效，卻多為石油化工衍生物。其中極具代表性的一類是聚季銨鹽，其銨基分子帶正電荷，是護發素配方表的常客，而當它們進入排水系統后，可能最終在環境里累積。

另一方面，部分護發素會使用以硅為主鏈的合成聚合物，即聚硅氧烷，俗稱硅油。硅油來自硅化學工業，可為頭發增添順滑和光澤，但極難被微生物降解，也具有累積性。

天然材料的分解過程相對容易，因此許多科學家都在尋找純天然的護發成分，嘗試配制取代聚季銨鹽和硅油的綠色護發素。

材料化學家在湖里游了個泳

結果發現了天然護發素

瑞典斯德哥爾摩大學的材料化學家米卡·西波寧(Mika Sipponen)曾去一片渾濁湖水里游泳。結束后，他發現自己的頭發異常順滑。鑒于自己沒用任何護發產品，加之眼前這呈現褐色的湖中富含植物成分，西波寧猜測：常見于木材的有機物木質素有類似護發素的作用。

于是，西波寧與同事嘗試將木質素與椰子油混合制成配方，并用實驗證明其效果：不僅能撫平毛發表面，還能減少梳子梳理時的阻力。研究團隊表示，木質素可從木材廢料提取，且極易生物降解，以其為原料的護發素將比傳統產品環保太多。

經過漂白的頭發(上)以及漂白后經過常規護發素(中)與木質素護發素(下)處理的頭發

上述成果發表于2025年2月的《科學進展》(

Science Advances

實際上，不光是科學家有拓展綠色前沿的思路，越來越多消費者也傾向于選擇環境足跡更小、對人體更溫和的天然成分配方。在以百億美元為計算單位的美發市場，消費者的環保意識形成了強大市場壓力，而市場力量又進一步驅動研發人員探索綠色護發。

綠色護發的主題是“將生物基化合物融入產品”，題材則豐富多樣，包括從植物、真菌乃至昆蟲身上提取神奇分子，以及實驗室合成特定蛋白質。

葡萄牙科英布拉大學的藥劑師卡拉·瓦雷拉(Carla Varela)同樣對木質素寄予厚望，認為這種天然聚合物不僅具備抗菌活性，還能提供一定的紫外線防護，是理想護發成分。

瓦雷拉團隊使選用取自金合歡木的木質素，通過化學修飾賦予這種其正電荷特性，使其更易附著于受損發絲，同時提升了水溶性——這是護發素應用的關鍵。

相關成果刊載于2025年10月發表于《化學工程雜志》(

Chemical Engineering Journal

另有學者探索殼聚糖的護發路線。殼聚糖是一種源自甲殼類動物外殼、昆蟲外骨骼和真菌細胞壁的天然材料。西班牙馬德里康普頓斯大學的物理化學家愛德華多·古茲曼(Eduardo Guzmán)表示，殼聚糖易加工且不造成刺激性過強的化學作用，現已作為熱防護與定型成分用于部分護發產品。

為規避動物源成分，市場更青睞真菌來源的殼聚糖，但其分子尺寸過小，難以在頭發上有效沉積。古茲曼等人正通過調整鹽濃度、改變溶液pH值等方式優化配方，以提升殼聚糖的沉積效果。

頭發的層次

角蛋白的橋梁

如前文所述，脂質和毛鱗片構成了頭發的外表；而發絲內部則是蛋白質世界，其中角蛋白占絕對主體。

如下圖所示，頭發由內到外主要分為髓質層(發芯)、皮質層、表皮層(毛鱗片層)以及脂質涂層。角蛋白幾乎遍布發絲的所有層次，而在皮質層含量最高，故皮質層占據頭發總重的大頭。

頭發由內芯到外表的多層結構

從毛發生物學視角看，角蛋白不僅是一條條由肽鍵連接的多肽長鏈，相鄰肽鏈之間還存在橫向的二硫鍵、鹽鍵和氫鍵，其中共價二硫鍵是最主要且永久性的角蛋白鏈“橋梁”。日常清洗、梳理等活動會改變鹽鍵和氫鍵，但無法影響二硫鍵；而燙發、漂白等劇烈化學反應則能打斷二硫鍵，嚴重損傷發質。

相鄰角蛋白鏈之間存在多種“橫向”的相互作用

部分護發產品已開始應用以角蛋白為作用目標的仿生分子。多年前，生物技術專家阿圖爾·卡瓦科-保羅(Artur Cavaco-Paulo)的實驗室貢獻了一種早期的角蛋白修復分子。

這算是意外收獲，因為彼時他關注的蛋白質都為肺功能服務，負責協助肺部在呼吸過程中擴張、收縮及交換氧氣，而與頭發無直接關聯。巧合的是，研究團隊從肺黏膜里發現一批具備獨特化學特性的多肽，并篩選出了最佳護發分子。

實驗表明，該多肽分子能精準定位并附著于二硫鍵斷裂形成的游離末端，從而重建連接。2013年，它成為商業修護發膜產品K18的核心成分。現有證據表明它能顯著提高頭發的強韌度，在染發等損傷性過程前后使用效果尤佳。

發膜旨在帶給頭發深度修復和護理，是燙發等顯著損傷后急需的發質“重建師”。

如今，科學家正挖掘蠶絲、皮膚和昆蟲體內蛋白質的護發潛力。

2025年10月，有團隊于《美國化學學會生物材料科學與工程》(

ACS Biomaterials Science & Engineering

此外，卡瓦科-保羅等人受昆蟲的節肢彈性蛋白啟發，研制了能抵御熱損傷與機械損傷的護發成分。

上圖所示裝置通過測量梳子梳理頭發時所需力度來分析頭發情況，可用于評估護發產品的性能

燙發劑和洗發水有哪些綠色進展

關于燙發，科學家曾嘗試基于纖維素(植物細胞壁富含的天然高分子聚合物)的燙發劑配方，以求實現更溫和的卷發效果；早期研究表明這種效果可經受3次洗發過程。不過迄今為止，還沒有哪類生物分子能比肩傳統燙發劑所用的巰基乙酸銨、堿液等強效化學制劑。

硫酸鹽是洗發水產生豐富泡沫的關鍵，也是負責清除汗液、油脂、污垢以及產品殘留的主要成分。這類分子的疏水性長鏈易吸附油脂，能在污垢和油脂周圍形成球狀外殼將其包裹，而帶負電荷的親水端則使充滿污垢的外殼被水流輕松沖走。

此處提到的硫酸鹽的疏水長鏈，只是一種中等長度的有機基團，而非高分子長鏈那般由成百上千個重復單元組成。

由于可能刺激頭皮，硫酸鹽一直備受爭議。當前市場上已出現眾多不含硫酸鹽的洗發產品，其中有取自真菌的表面活性劑槐糖脂(Sophorolipids)。這類成分清潔力溫和，已應用于部分嬰兒洗發水。

其他硫酸鹽替代品還包括源于椰子油、棕櫚油等植物的淀粉基脂肪分子烷基多糖苷(Alkyl Polyglucosides)，以及從玉米、馬鈴薯中提取的葡萄糖成分。

洗發水與護發素的成分表上動輒就有幾十種化學名稱。不同物質間的相互作用直接影響產品功效，因此科學家往往難以簡單替換單個成分。但無論如何，每一點一滴的環保改良都會產生累積效應，畢竟，每個人每一天都在洗發護發。

當然，我們也要了解，目前針對各類產品的環保聲明仍缺乏問責機制，消費者通常無法判斷某款綠色洗發水究竟有多綠色。另一方面，即便產品采用可再生生物基材料，環境仍可能因此遭受損害。例如，為開辟棕櫚種植園而砍伐森林的行為，不僅破壞重要棲息地，還將增加碳排放。

資料來源：

《世界科學》雜志版在售中 歡迎訂閱

月刊定價

15元/期

全年訂閱價

180元

點擊左側圖片或以下方訂閱方式選購

方式一：

掃描二維碼，“雜志鋪”訂閱有折扣～

方式二：

全國各地郵局訂閱 郵發代號：4-263

方式三：

機構訂閱，請撥打

021-53300839；

021-53300838