科學家發現兩千年前古人掌握納米技術

【看中國2013年12月28日訊】《納米通 信》曾發表一篇題為《古代染髮配方中硫化鉛納米技術的早期使用》的文章。這項由法國國家科學研究中心、歐萊雅研究院、美國阿貢國家實驗室和國家航空研究 辦公室的研究人員共同完成的研究揭示了一個驚人的發現：早在2000多年前，古希臘人和古羅馬人就已經利用在纖維核心上形成黑色硫化鉛的納米晶體，來染黑 白色的頭髮和羊毛。 
   
文章一發表，就引來了各界廣泛的關注。這是納米時代來臨之前的納米科技嗎？還是一種自然界裡完美絕倫的生物礦物合成品？ 

意外發現
   
早在2000多年前，古人就用黑色納米晶體染黑白色的頭髮和羊毛 
   
據歐萊雅研發部的Jean Luc Leveque先生介紹，這項研究始於10年前的一個合作項目，1996年，法國博物館修復和研究中心（C2RMF）與歐 萊雅研發部共同發起，啟動了一個旨在尋找和研究現代化妝品工業和科學起點的合作項目。關於古代的染髮技術和染髮配方的研究只是其中的一部分。 
   
他認為，當時兩者合作是基於各自在不同領域的優勢：法國博物館修復和研究中心，由於擔負許多的考古任務以及其擁有的豐富圖書資料，在對世界遺產樣品進行取 樣和分析方面已經形成了獨特的專業技能；歐萊雅研究院則具備一個獨特的有關頭髮、皮膚、色彩、美容配方及其效用的資料庫。這個項目的主要成果在2001年 開羅的古埃及化妝品和香水展覽上已經向公眾展示了。 
   
「起初，我們只是想通過研究考古挖掘及蒐集到的文獻和對象，還原化妝品業的初創時代，並沒有想到會有現在這樣的成果。」作為這個項目的主要參與者和發起 者，Jean Luc Leveque先生談起來還是很驕傲的。「當我們發現古代的染髮配方有很神奇的效果時，就又開始了進一步的研究。而由於涉及到納米技 術，我們又與法國國家科學研究中心、美國阿貢國家實驗室和國家航空研究辦公室合作。這個成果的確是很出人意料又很有趣的。」 

謎團一：古代人是如何染髮的？ 
   
頭髮是人的第二張臉，擁有一頭靚麗的頭髮已成為愛美人士的共同追求，古代人也是如此的。 
   
早在3000年前，古埃及人及古羅馬人就學會了用染料染髮，我國古代也有類似的記載。中國古代早在公元150年就曾用羽扇頭花、藏紅花、茜草、指甲花和發汗菊等植物，經日光氧化後進行染髮。其中指甲花和發汗菊兩種流傳至今仍被採用。 
   
幾千年來，礦物、油、石蠟或者脂肪以及水被用來製造化妝品。其中的成分大部分都是天然物品，也有一些成分是利用鉛化學的重要技術合成的。早些時候對古代埃 及化妝品進行的研究顯示，在4000年前，合成的白色化合物已經被當作眼影來使用，這些化合物主要是鉛化合物、角鉛礦和羥氯鉛礦。 
  
謎團二：神奇的古配方里有什麼？ 
   
以前，人們使用指甲花來染髮，但是在古希臘和古羅馬時期，可能由於指甲花染料由於顏色範圍有限、持續時間短等等原因，不能令人完全滿意，當時的人們又研究 發明瞭一些基於含鉛化合物的染髮配方，這在古文獻中都有提及和記載，有些配方一直持續到了文藝復興時期。這些配方都是混合了氧化鋁和氫氧化鈣並加入少量的 水形成一種膏狀染料，用來染頭髮和羊毛。 

「我們這次用來深入研究的配方是由著名的古希臘醫學家蓋倫（Claudius Galen）研製。」JeanLucLeveque先生告訴記者。這個配方主要 是針對天生的金色頭髮，並推薦持續使用。研究人員使用蓋倫的配方處理金色的頭髮，6到72小時後，金色頭髮的顏色逐漸加深變為了棕色，並一直持續，直至變 為了黑色。這是什麼原因呢？ 
   
謎團三：染髮的原理是什麼？ 
   
要想解開古配方的神奇之謎，不瞭解頭髮的原始結構是不行的。而歐萊雅研究院長久以來積累起來對於頭髮的認識這時就派上用場了。 

頭髮的顏色怎麼來的？通過顯微鏡觀測的頭髮的不同顏色，會發現僅僅幾個顆粒的黑色素就決定了整頭頭髮的顏色。據介紹，在所有類型的頭髮中現在發現共有兩種黑色素，它們在頭髮中的比例也有差別。這些黑色素使得頭髮有了不同的顏色———金色頭髮、棕色頭髮或紅色頭髮。 
   
黑色素顆粒的產生是黑素細胞的遺傳因素決定———黑素細胞存在於毛球中，這些黑素細胞才是真正的顏色「工廠」。這些黑素細胞將黑色素分配到周圍的細胞中，這些細胞叫角化細胞，角化細胞構成了頭髮的主要部分———毛干。 
   
那麼頭髮又是如何著色，即染髮的呢？應該說頭髮染色是一系列化學反應的結果。當進行持久性染髮或者說是氧化上色時，產品中的氨水使頭髮纖維膨脹，這樣著色 和氧化劑就能輕鬆穿透髮絲。這些藥劑將頭髮天然的黑色素去除（或者部分去除，或者全都去除），這樣就把頭髮的顏色去掉了，然後再給頭髮染上新的顏色。當 然，淺色的頭髮染成深色或黑色，只要遮蓋就好，並不需要去處原有色素。
  
謎底一：古配方的神奇之處源於硫化鉛納米晶體 
  
瞭解了頭髮的結構和染髮的原理，還需要高科技的分析手段和和成像方法，才可以對古配方的神奇之處做出解釋。4個小組的研究人員利用共聚焦顯微鏡、X-線熒 光、X-線微衍射、高解析度透射電子顯微鏡等工具進行了深入的分析和研究。他們將頭髮處理6個小時後，使用電子顯微鏡觀察其橫斷面，可以看到微小的鉛成分 積聚在皮質層和表皮層內；再進一步放大可以發現，微纖維內聚集著硫化鉛晶體。因此得出的結論可以肯定，顏色來自於微纖維以及微纖維之間的表皮層和皮質層內 聚集著的5納米大小硫化鉛納米晶體。 
   
正常情況下，決定頭髮顏色的黃色或者棕色、黑色素大約為300納米，而硫化鉛是如何使頭髮著色的呢？事實上，製備而成的鉛離子和硫離子在包含著微纖維的富 含硫成分的基質中被原位釋放出來，晶體的大小由於受到原來纖維間空間大小的影響，致使用於修補頭髮的角蛋白螺旋結構不會因此退變。 
   
謎底二：2000年前的古人對納米材料的使用可能是個偶然 
   
古代染髮配方的神奇之謎被解開了，又有了一個疑團出現了：5納米的硫化鉛結晶是如何獲得的，2000年前配製化妝品的化學家就已經懂得應用納米技術了麼？ 
   
Jean Luc Leveque先生笑著解答了眾人的疑惑：那個時代的化學家應該還不知道我們現代意義上的納米科技，對納米材料的使用可能只是個偶然事件。 但毫無疑問，他們已經通過經驗上的積累，在織物染料中使用了生物礦化技術。「不過，整個事件依然是令人十分驚奇的，畢竟古人得到並應用了從自然界中合成的 納米結晶，從而獲得了一種永久性的、不會損傷頭髮的染料。」 
  
不過，Jean Luc Leveque先生也表示，對於這一發現，我們既應該表示尊重也應該看到不足。經過這麼多年的發展，我們已經將鉛從現代化妝品中剔除了出去，但是納米技術卻在各種領域中越來越多地應用，併發展成為了應用前景非常廣泛的一門新興學科。 
   
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頭髮看得見的部分稱作「髮絲」。它的最表層由角蛋白鱗屑組成，這些角蛋白鱗屑像屋頂的瓦片一樣層層疊疊交錯，這些角蛋白鱗屑使得頭髮有力度和韌性。在層層 角蛋白鱗屑後面的是毛髮皮層，毛髮皮層同樣是由充滿角蛋白的細胞組成。由於頭髮具有這種複雜的結構和這些構成成分的化學特性，所以頭髮就具備了一些特性： 非常有力度，即使用錘子也不可能將頭髮碾碎；有彈性，干發可以被拉長百分之二十至百分之三十，濕發能被拉長百分之五十；有韌性，頭髮能夠將新做的髮型保持 一段時間；具有滲透性，頭髮能根據空氣的濕度延長或縮短。