2010.4.27 第9回SPring-8ヘルスケア研究会

放射光を利用した毛髪の構造評価と特性

花王株式会社 梶浦嘉夫

・放射光を利用したくせ毛の構造解析と・放射光を利用したくせ毛の構造解析と商品開発への応用事例

１－１ くせ毛の構造解析研究髪 ジ グ 究１－２ 毛髪のエージング研究

・放射光を利用したくせ毛の構造解析と・放射光を利用したくせ毛の構造解析と商品開発への応用事例

１－１ くせ毛の構造解析研究髪 ジ グ 究１－２ 毛髪のエージング研究

くせ毛の構造解析研究

African Caucasian AsianAfrican Caucasian

High Curly StraightShape

目的：人種間にみられるマクロスコピックな毛髪形状の違いを毛髪内部のナノ構造の視点から理解する

毛髪繊維のナノ構造解析

中間径フィラメント（IF）

小角散乱像

毛髪軸

赤道方向の散乱ピーク（面間隔～90Å）

→IFの配列に関連→IFの配列に関連放射光X線マイクロビーム（ 5 ）

単繊維(直径：30-100m)（～5m）

ｱﾌﾘｶﾝ-ｱﾒﾘｶﾝの毛髪の小角散乱像

(外側) (内側)

A B C D（キューティクル） （キューティクル）

InnerOuter午線子午線

(=毛髪繊維軸)

赤道軸

面間隔90Åの散乱ピークｲﾝﾀｰﾒﾃﾞｨｴｲﾄ（IF）配列に由来

コルテックス小角散乱像の解析

得られる情報散乱強度プロファイルの抽出

1 赤道方向 IF直径と平均IF間1. 赤道方向 IF直径と平均IF間距離

0

2 方位角方向 毛髪繊維軸に対する2. 方位角方向 毛髪繊維軸に対する平均のIF傾き角180

3. 子午線方向 IF内部構造の午線方繰り返し単位長さ

ｱﾌﾘｶﾝｰｱﾒﾘｶﾝのくせ毛における赤道方向の散乱強度プロファイルの変化赤道方向の散乱強度プロファイルの変化

赤道方向の散乱強度プロファイル

内側外側

赤道方向の散乱強度プロファイル

IF配列由来ピーク毛髪繊維軸方向

赤道方向

(a.u

.)

内側

内側外側

散乱強度IF配列由来ピーク

散

外側

0.01 0.02 0.03

散乱ベクトル (Å 1)

外側

散乱ベクトル s (Å-1)

測定位置によりIF由来ピークの位置、強度が変化

IFの配列構造モデルFatma Briki et al.,Biochim. Biophys. Acta, 1429(1998)Bertrand Busson and Jean Doucet, Acta Cryst., A56(2000)

散乱強度

I(S)∝〔F(S)〕2 Z(S) (S =2sinθ/λ : 散乱ベクトル)2θ

X線

羊毛繊維

小角散乱

<コルテックス細胞の断面>

IFの形状を直径D（= 2*r）の均一な円柱と仮定

＜形状因子 F(S)＞

ｒ

<コルテックス細胞の断面>

IF直径

D

の均 な円柱と仮定

F(S)=2πρｒ2J1(2πrS)/ 2πrSρ: 電子密度r : 半径

IF半径

J1(x): １次のベッセル関数IF

＜干渉関数 Z(S)＞IF 隣接するIFは六方細密格子の格子点上に存在し

ほぼ六方細密充填P. Kassenbeck, In ‘Hair Research’,Springer-Verlag, p62(1981) (一部改変）

分布関数 z(x)

IF

ガウス関数 G <d>,σ(x)

隣接するIFは六方細密格子の格子点上に存在し、ガウス分布に従う存在確率の揺らぎを持つと仮定

（パラ結晶近似）

分布関数 ( )

(*n ： n回畳み込み)

z(x)=δ(0)

+Σ {G <d>,σ(x)}*n + ΣG <d>,σ(-x) *nn=1

∞

n=1

∞

干渉関数 Z(S) （ z(x)のフーリエ変換 ）Z(S)=∫z(x)e-2πiS・xdxIF間隔

六方格子<d>

ｱﾌﾘｶﾝｰｱﾒﾘｶﾝのくせ毛のカ ル内側 外側でのIF配列の変化カール内側～外側でのIF配列の変化

100

内側外側 (N=5)

直径D

80

90

(a.u

.)

内側 <d>

(Å)

IF<d>

70

散乱強度

内側D

(Å),

< <d>IF-IF間距離

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.060

0.01 0.02 0.03

散

外側

P(外側) (内側)散乱ベクトル s (Å-1) P: 毛髪直径で規格化した相対位置

IF間のマトリックスタンパクの厚みは間の トリック タン クの厚みはカール外側よりも内側の方が厚い。

ｱﾌﾘｶﾝｰｱﾒﾘｶﾝのくせ毛における方位角方向の散乱強度プロファイルの変化

0 繊維軸（子午線） 方位角方向の散乱強度プロファイル

方位角方向の散乱強度プロファイルの変化

0方位角方向

繊維軸（子午線）

IF 傾き角

内側外側

180IF度

(a.u

.) 内側

IF

FWHMは毛髪繊維軸に

散乱強度

FWHM は毛髪繊維軸に対する平均のIF傾き角を反映外側

FWHM

Y. Kajiura et al., J. Appl. Cryst. 38, 420-425 (2005). 0 180

(度)

測定位置によりIF由来ピークの強度、半値幅（FWHM）が変化

ｱﾌﾘｶﾝｰｱﾒﾘｶﾝのくせ毛のカ ル内側～外側でのIF傾き角の変化カール内側～外側でのIF傾き角の変化

60

(N 5)

内側外側

40

50

(度)

(N=5)

度(a

.u.)

内側 20

30

FWH

M (

散乱強度

FWHM 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00

10

カール内側のIFは平行に配列しているのに

散

外側

0 180 (度)

FWHM

P(外側) (内側)

対し、カール外側のIFは傾いている。 (度)

ﾘｶ ﾒﾘｶ

カール外側 カール内側

ｱﾌﾘｶﾝｰｱﾒﾘｶﾝのくせ毛のIF配列

ｱﾌﾘｶﾝｰｱﾒﾘｶﾝのくせ毛と日本人のほぼ直毛の比較

【ｱ ﾘｶﾝ ｱﾒﾘｶﾝのくせ毛 】

90

100

Å) 50

60

度)

【ｱﾌﾘｶﾝｰｱﾒﾘｶﾝのくせ毛 】

(N=5) (N=5)

70

80

Å),

<d>

(20

30

40

FW

HM

(度

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.060

70

D(Å

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00

10

F

PP

100

50

60

Å)

)

(N=6) (N=6)

【 日本人のほぼ直毛 】

80

90

20

30

40

Å),

<d>

(Å

WH

M (度

)0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.060

70

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00

10

20

P P

D(Å FW

P P

ｱﾌﾘｶﾝｰｱﾒﾘｶﾝのくせ毛 ： カール内・外で不均一なIF配列構造日本人のほぼ直毛 ： カール内・外で不均一性は見られない

IF傾き角の変化率の定量化

カール内側に対する外側のIF傾き角の比 50

60

カール外側の平均FWHM (0.2 < P < 0.4) カール内側の平均FWHM (0 6 < P < 0 8)

カ ル内側に対する外側のIF傾き角の比

10

20

30

40

FWH

M

カ ル内側の平均FWHM (0.6 < P < 0.8) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0

10

外側 内側

Df

毛髪繊維の直径で規格化

幅 幅

変化の度合い

/ Df

半値幅

半値幅 度合い

P P 毛髪横方向のIF傾き角の変化率

は同じ値

IF傾き角の変化率とマクロスコピックなくせとの関係マクロスコピックなくせとの関係

マクロスコピックな100

直毛

形状100

ﾓﾝｺﾞﾛｲﾄﾞ

ｺｰｶｿｲﾄﾞ

径(c

m)

10

ﾈｸﾞﾛｲﾄﾞ

ｳｰﾙ

カール半径

カ

1

くせ毛

0 2 4 6 8 100.1

0 2 4 6 8 10100η/ Df (m-1)

梶浦嘉夫ら, 放射光 19, 371-376(2006).

均一 不均一

くせ毛の構造解析研究まとめ

マイクロビームX線小角散乱法により、毛髪ナノ構造のミクロンスケールでの空間分布を定量評価可能

くせ毛において、カール内側から外側にかけて不均一なIF配列構造が見出された配列構造が見出された

マクロスコピックなくせの強さは、人種によらず、毛髪横方向のミクロスコピックな不均一性の度合いによって説明できるのミクロスコピックな不均一性の度合いによって説明できる

・放射光を利用したくせ毛の構造解析と・放射光を利用したくせ毛の構造解析と商品開発への応用事例

１－１ くせ毛の構造解析研究髪 ジ グ 究１－２ 毛髪のエージング研究

美容科学的な髪質の加齢変化の実態調査

10-14

15-19

20-24

25-29

30-34

35-39 年齢35 39

40-44

45 49

年齢

45-49

50-54

955-59

60-70

年齢１０～７０才の日本人女性２３０名（６ヶ月以内にパーマ処理者は除く）→ 髪質評価、形状・物性測定、ミクロ構造解析 （白髪・薄毛以外）

毛髪の見え方（艶）の加齢変化

10-14

15-19

20-24

25-29

30-34

35-39 年齢35 39

40-44

45-49

年齢

45-49

50-54

55 59

N 230

55-59

60-70

毛髪研究者と美容師（N=3）による艶の官能評価艶あり 艶なし N=230

艶のある人は年齢と共に減少 一定条件で洗髪・乾燥後に評価

１０代

加齢にともなう髪の見え方の変化２０代 ３０代 ４０代 ５０代 ６０代１０代 ２０代 ３０代 ４０代 ５０代 ６０代

ショートショート

セミロングセミロング

茶髪茶髪セミロング

年代によりツヤ感に変化、くっきりしたツヤから乱れたツヤへ

一本一本の毛髪の形状比較（代表例）

25才 40才 46才 57才

cm

0

cm

10

20

30

加齢によるツヤ低下は、うねり毛の発生が一因

加齢による毛髪形状の変化

うねり指数「うねり」 → カール半径で評価

6cm以上

うねり指数（カール半径）

直毛

100%

頻度

直毛減少

2 以下2～4cm4～6cm6cm以上

うねり毛

直毛

80%

の発生

直毛減少

カール半径

2cm以下 うねり毛

40%

60%

直毛の

カ ル半径

20%

40%

り毛／直

0%

うねり うねり毛増加

10代（N 42）

20代（N 41）

30代（N 42）

40代（N 42）

50代（N 42）

60代（N 21） N=230

加齢と共にうねりった毛髪が増加／直毛が減少

（N=42） （N=41） （N=42） （N=42） （N=42） （N=21） N=230

加齢と共にうねりった毛髪が増加／直毛が減少

SAXSにより、うねり毛の内部構造解析（IFの傾き）

加齢とともに増えるうねり毛の内部構造

10040代前半

30代後半 20代後半10代前半

m) 50代前半

40代後半40代前半

30代前半

20代前半

10

半径 (cm African

Asian

Caucasian50代後半

60代30代前半

10代後半

1

カール半 Caucasian

wool

エージング毛加齢毛

0.1

0 2 4 6 8 10

100* /D ( -1)均一 不均一100*η/Df (m )均 不均

（内部の不均一性の程度）加齢により、内部構造不均一性が増大→うねりの原因

うねり緩和剤の探索

PTS

SO3H処理液：PTS 5%, BA2.5%, ﾘﾝｺﾞ酸5%, ｴﾀﾉｰﾙ15% (pH=3.7)処理条件：40℃ 1h浸漬

1.6

1.7N=5

PTS 処理条件：40℃,1h浸漬

1 4

1.5

1.6

Radius

reatment)

比 理前）

うね

1.3

1.4

atio of Curl

r/Before tr

カール径比

理後／処理ね

りが取

1.1

1.2Ra

(After

カ（処理

取れる

1

Ｆ13 G12 H09 I14 J08 K01 K15 Av.Age 36 43 45 54 58 63 70

PTSにうねり緩和効果あり（特にダメージした毛先）

Age 36 43 45 54 58 63 70

PTSのうねり緩和効果

PTS

SO3H処理液：PTS 5%, BA2.5%, ﾘﾝｺﾞ酸5%, ｴﾀﾉｰﾙ15% (pH=3.7)処理条件 40℃ 1h浸漬

）1.5

N=5-7

PTS 処理条件：40℃,1h浸漬

うね

1.4

径比処理前） N 5 7

ねりが取 1.2

1.3

カール径

処理後／

取れる

1.1

（処

1.0毛髪１根元

毛髪１毛先

毛髪2（ﾌﾞﾘｰﾁ毛）

毛髪3（ﾌﾞﾘｰﾁ毛）

特にダメージした毛先でうねり緩和効果大

毛） 毛）

ＰＴＳ配合ｼｬﾝﾌﾟｰ・ｺﾝﾃﾞｨｼｮﾅｰの効果

２週間連用相当ハーフヘッド加速試験３８才女性

PTS 配合処方 無添加処方PTS 配合処方

毛髪 うねりを緩和

無添加処方

毛髪のうねりを緩和ツヤ／まとまりの向上 うねりが残っている

ラインナップ

2007年4月27日 発売

スタンダードアイテム スペシャルケアアイテム

トリートメント

シャンプー コンディショナー トリートメント 地肌エステ

ヘアエステ

グロッシー・ヘア・ウォーター

グロッシー・ヘア・オイル

ヘアエマルジョン

毛髪のエージング研究まとめ

年齢とともにうねった毛が増加し、髪の艶が低下年齢とともにうねった毛が増加し、髪の艶が低下

うねりの原因は内部構造不均一性の増大うねりの原因は内部構造不均一性の増大 （（SPringSPring--88の成果）の成果）うねりの原因は内部構造不均 性の増大うねりの原因は内部構造不均 性の増大 （（SPringSPring--88の成果）の成果）

PSTPST配合シャンプー・コンディショナーで髪のうねりが緩和し、ツ配合シャンプー・コンディショナーで髪のうねりが緩和し、ツヤ／まとまりが向上ヤ／まとまりが向上ヤ／まとまりが向上ヤ／まとまりが向上

２００７年４月２００７年４月 SegretaSegreta （セグレタ）（セグレタ）発売発売