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头图

头发睡觉后变形,为什么洗过后就会恢复原形?

madaise / CC BY-ND

孙亚飞,分子美食家

世间之大,知识如浩瀚星海,有毛发生理学这门学科专门研究头发,此处抛砖引玉。

忽略毛发层次结构的影响(不同人种间区别还是比较明显的,烦请生物专业同仁们继续码),单说化学键在其中的作用。

我们知道毛发的的主要成分是蛋白质,有四种作用力是蛋白质中必须要考虑的,氢键和双硫键是我们最熟悉的,另外两个作用力是静电作用与疏水作用。四种作用力在不同学科针对不同背景的对象会采用不同的说法,化学中的说法比较抽象些。

头发变形的过程,主要是两种作用力在起作用,即氢键与静电作用。因为这两种作用力相对较弱,打开键所需的能量较低,所以在很多作用过程中都可以发生变化,比如睡觉时头部压力便可以让微观层面发生键的解离与生成,这其实跟纸张折起来会留下印记一个道理。

洗头的时候,这样的变化过程再次发生,湿身的头发变成无定型,干燥的时候便会恢复到能量相对较低的状态,例如直发的人就是直发,卷福也还是卷福,但如果吹干时同时定型,直发也能暂时变卷福。

但如果改变了双硫键,那么变形就会成为一种较为持久的状态,洗头也不会发生变化,常见的一种情况就是烫发,这样直发可能在几个月内都可以保持卷福那样,反之亦然。维持蛋白质结构的主要作用力就是双硫键,这个也算是常识了,此处就不多说了。

疏水作用对于头发形状的贡献较小。

最后补一点,算是彩蛋吧,就是很多人分不清氢键与静电作用(离子键、电荷作用、盐键)之间的区别和联系,此处多言几句。尽管目前研究认为,氢键形成的原因是电荷相互作用,但这种作用力是存在于氢原子与少数几种原子间,关键是表现不同于一般的静电作用,氢键具有饱和性,即在一个氢键中,离域质子只会与两个原子发生作用,另一点是氢键具有方向性,趋向于形成直线型,这两点都与氢原子过小的半径有关,而通常认为,静电作用只跟质点的电荷与距离有关,好像想起了经典的库仑定律。目前对于氢键的本质还没弄得很清楚,未来或许能够统一这两种作用力。

Vincent Fu,Materials Science, PhD

头发内部的α- 角蛋白分子内的氢键,负责了头发约 50% 的弹性,既然睡觉能把头发睡乱,说明在外力(头部与枕头之间的挤压)作用下,氢键的排列和取向发生了难以恢复的变化,类似材料学中的塑性形变。而水,之所以能恢复头发原本的形状,源自于水中大量的氢键与毛发内部的氢键的相互作用,简单说就是水分子插入了α- 角蛋白分子,形成了β- 结构。而且恰巧水中氢键的键强较大,它对α- 角蛋白内的氢键的攻击可以轻而易举地使后者断裂,从而使这种由外力产生氢键排列和取向土崩瓦解,待水分挥发后,β结构降解为α结构,头发内的氢键再按照头发本来喜欢的方式重新连接,恢复形状。