Forskare från North Carolina State University har skapat den största allmänt tillgängliga kemiska databasen över hårfärgningsämnen som en resurs för att utveckla en ny generation hårfärgsprodukter som är säkrare för konsumenter, stylister och miljön.

Hårfärgämnesdatabasen online innehåller detaljerad information om strukturen och egenskaperna hos 313 ämnen i nuvarande och tidigare kommersiella hårfärger. Med hjälp av datorbaserad klassificering - det som kallas keminformatik - grupperade forskare färgämnena i kluster med liknande strukturer och egenskaper. Resultaten avslöjade några överraskningar och lovande nya vägar för forskning.

"Databasen kan definitivt hjälpa till att driva design, inte bara av hårfärgningsmedel utan av andra typer av färgämnen, använder samma tillvägagångssätt, säger Tova Williams, NC State doktorand och huvudförfattare till en tidskriftsartikel om forskningen.

Att färga hår är en global affärsverksamhet som kostar flera miljarder dollar och som växer snabbt. Hårfärgningsmedel är indelade i tre grundläggande typer, beroende på hur länge de håller. Tillfälliga färgämnen, som täcker hårytan, tvätta ur med ett eller två schampon. Semi-permanenta färgämnen håller lite längre - genom sex till åtta tvättar.

Cirka 80 procent av kommersiella hårfärger på marknaden, dock, är permanenta, skapas genom den kemiska processen av oxidation. När permanent hårfärgning appliceras, den är till en början färglös. Små prekursormolekyler glider in i kärnan av hårfibrer, där de "förenar varandra" för att bilda större molekyler och ge färg, säger Williams. Permanent hårfärg motstår att tvättas ut eftersom det är inuti hårstrået och kemiskt bundet.

Forskare kan använda databasen för att identifiera färgämnen som är mindre benägna att orsaka allergiska reaktioner eller öka cancerrisken. Säkerhet är en viktig fråga för konsumenterna eftersom hårfärg sitter på hårbotten, samt för stylister som arbetar med färgämnen upprepade gånger över tid.

"Genom att använda datormodellering kan vi göra förutsägelser om vilka ämnen i databasen som sannolikt skulle orsaka hudsensibilisering eller som kan ha en större sannolikhet för hälsorisker, Williams säger. "Detta kan leda till utveckling av färgämnen som har bättre egenskaper och är mer hållbara."

Kemiformatik kan påskynda forsknings- och utvecklingsprocessen, gör det möjligt att analysera och jämföra egenskaperna hos hundratals ämnen i databasen - en bedrift som annars inte skulle vara möjlig, säger medförfattaren Denis Fourches, biträdande professor i kemi vid NC State.

"Om du var tvungen att göra det här arbetet med hårfärgningsmedel i ett labb, det skulle ta flera års arbete och flera miljoner dollar, Fourches säger. "Med mer än 300 ämnen, det skulle vara mycket utmanande utan datormodellering, som ger ett transparent och reproducerbart sätt att karakterisera och klassificera färgämnen."

När du skapar databasen, forskare hittade en spännande grupp färgämnen som inte passade in i etablerade kategorier:en subkluster av semipermanenta färgämnen som verkade ha egenskaper som liknar prekursorerna i permanenta färgämnen.

Faktiskt, det finns en hel bricka med dessa färgämnen i NC States Max A. Weaver Dye Library, en samling av tusentals färg- och tygprover som Eastman Chemical Company donerade till universitetet, säger medförfattaren Harold Freeman, professor i färgkemi vid NC State.

"En av sakerna som slog oss var potentialen att koppla den här studien till färgämnesbiblioteket, med sina 100, 000 unika färgämnen, " säger Freeman. "Genom att modifiera strukturen av nyckelföreningar i färgämnesbiblioteket, vi förväntar oss att designa nya färgämnesprekursorer som är miljövänliga, sätt dem i håret och omvandla dem sedan till färger för att dra fördel av de unika föräldrastrukturerna.

"Det finns så mycket potential nu att använda denna grupp av färgämnen som väntar i kulisserna för att hjälpa oss med design av hårfärger som inte bara är effektiva utan också säkra."

Forskare övervägde också färgämnenas miljöpåverkan. De kopplade ihop hårfärgsdatabasen med U.S. Environmental Protection Agencys interna kemiinstrumentpanel. Medförfattare Antony John Williams arbetar vid EPA:s National Center for Computational Toxicology i Research Triangle Park, Norra Carolina.

"Nu när vi har släppt databasen till allmän egendom, andra modellerare är redan intresserade av denna grupp hårfärger, vilket är ett steg mot att designa nya ämnen som är mer hållbara och grönare - mindre giftiga, Fourches säger. "De beräknar nya typer av fastigheter som vi inte ens tänker på just nu, vilket är väldigt spännande."

Studien dyker upp i ACS Sustainable Chemistry and Engineering .