Исследование внутренней структуры и локальных упругих свойств волоса человека методом атомно-силовой микроскопии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) в режиме прерывистых осцилляций зонда (Tapping ModeTM) детально исследована микроструктура волоса человека в поперечном и продольном сечениях. Кроме того, с помощью индентации на основе АСМ определялись локальные упругие свойства (локальный модуль Юнга, Елок) в различных структурных зонах волоса. Для количественного анализа Елок проводилась точная калибровка системы и оценка геометрии иглы зонда. Для расчета Елок использовалась адаптированная контактная механическая модель Снеддона.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Ерина

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: natalia.erina@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Robbins C.R. Chemical and Physical Behavior of Human Hair. N.Y.: Springer, 1988.
  2. Fernandes C., Medronho B., Alves L., Rasteiro M. // Polymers. 2023. V. 15. №3. P. 603. https://doi.org/10.3390/polym15030608
  3. Chen N., Bhushan B. // J. Microscopy. 2005. V. 220. P. 96. https://doi.org/10.1111/j.1365-2818.2005.01517.x
  4. Araujo R., Fernandes M., Cavaco-Paulo A., Gomes A. // Adv. Biochem. Eng./Biotechnol. 2010. V. 125. https://doi.org/10.1007/10_2010_88
  5. Pauling L., Corey R.B., Branson H.R. // Proc. Nat. Acad. Sci. 1951. V. 37. № 4. https://doi.org/10.1073/pnas.37.4.205
  6. Brill R. //Anal. Chim. 1923. V. 434. P. 204.
  7. Feughelman, M. // Text. Res. J. 1959. P. 223.
  8. Bendit E. G. // Ibid. 1960. V. 30. P. 547.
  9. Mkentane K. PhD Thesis. Department of Medicine (Trichology & Cosmetic Science). University of Cape Town, 2016.
  10. Binnig G., Rohrer H., Berber C. // Appl. Phys. Lett. 1981. V. 40. № 2. Р. 178.
  11. Гришин М.В., Гатин А.К., Сарвадий С.Ю. и др. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 7. С. 63. https://doi.org/10.31857/S0207401X20070067
  12. Гатин А.К., Сарвадий С.Ю., Дохликова Н.В., Гришин М.В. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 6. С. 10. https://doi.org/10.31857/S0207401X21060042
  13. Гришин М.В., Гатин А.К., Слуцкий В.Г. и др. // Хим. Физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0207401X22060048
  14. Гришин М.В., Гатин А.К., Слуцкий В.Г и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 1. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0207401X23010053
  15. Binnig G., Quate C.F., Gerber. Ch. // Phys. Rev. Lett. 1986. V. 56. № 9. Р. 930. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.930
  16. Magonov S.N. Atomic Force Microscopy in Analysis of Polymers. In Encyclopedia of Analytical Chemistry / Ed. Meyers R.M.. Chichester: John Willey & Sons Ltd, 2000. https://doi.org/10.1002/9780470027318.a2003
  17. Pittenger B., Erina N.A., Su C. Nanomechanical Analysis of High Performance Materials. Dordrecht: Springer, 2014. https://doi.org/10.1007/978-94-007-6919-9_2 .
  18. Zhong Q., Innis D., Kjoller K., Elings V. // Surf. Sci. Lett. 1993. V. 290. №7. P. 1688.
  19. Sahin O., Magonov S., Su C., Quate C.F., Solgard O. // Nature Nanotechnol. 2007. V. 2. № 8. P. 507. https://doi.org/10.1038/nnano.2007.226
  20. Weisenhorn A.L., Hansma P.K., Albrecht T.R., Quate C.F. // Appl. Phys. Lett. 1989. V. 54. Р. 2651. https://doi.org/10.1063/1.101024
  21. VanLandingham M.R, McKnight S.H. et al. // J. Adhesion. 1997. V. 64. P. 31.
  22. Sneddon I.N. // Int. J. Eng. Sci. 1965. 3. Р. 47. https://doi.org/10.1016/0020-7225(65)90019-4
  23. Smith J.R. Swift J.A. // Micron. 2005. V. 36. P. 261. https://doi.org/10.10116.j.micron.2004.11.004
  24. Smith J. R., Tsibouklis J., Nevel T. G., Breakspear S. // Appl. Surf. Sci. 2013. V. 285. Pt. B. P. 638. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.08.104
  25. Rogers G. // Cosmet. Sci. 2013. V. 6. № 2. P. 32 https://doi.org/10.3390/cosmetics6020032
  26. Mcmullen R. L., Zhang G. // J. Cosmet. Sci. 2020. V. 71. P. 117.
  27. Belikov S., Erina N., Huang L. et al. // J. Vac. Sci. Tech. B. 2009. V. 27. P. 984. https://doi.org/10.1017/S1431927616002622
  28. Parbhu A., Bryson W., Lal R. // Biochemistry. 1999. V. 38. P. 11755. https://doi.org/10.1021/bi990746d
  29. Aebi U., Fowler W.E., Rew P, Sun T-T. // J. Cell Biology. 1983. V. 97. P. 1131. https://doi.org/10.1083/JCB.97.4.1131
  30. Ezawa Y., Nagase S., Mamada A. et al. // Cosmetics. 2019. V.6. P. 24. https://doi.org/10.3390/cosmetics6020024

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. a – Схематическое изображение внутренней структуры волоса; б – трехмерное топографическое изображение внешнего слоя волоса, полученное на сканирующем зондовом микроскопе MultiModeTM в режиме прерывистых осцилляций зонда (Tapping ModeTM). Модуль Юнга волоса при одноосном растяжении определялся на разрывной испытательной машине Instron-3365 (UK).

Скачать (146KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Иллюстрация упаковки спиралевидных ансамблей -кератина, которые при растяжении превращаются в складчатые пластины -кератина.

Скачать (212KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Условная силовая кривая, полученная методом наноиндентации.

Скачать (41KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Оценка геометрических размеров зонда с помощью метода кусочно-линейной интерполяции: а – СЭМ-микрофотография параболического зонда; б – профиль зонда, представленный через набор прямолинейных сегментов; в – схема вдавливания зонда в поверхность образца; г – график функции H(a), определяющей радиус контакта зонда с гипотетическим образцом при любой текущей глубине индентирования.

Скачать (95KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Особенности внутренней структуры волоса в перпендикулярном сечении: а – оптическое изображение микротомированного волоса, импрегнированного в эпоксидную смолу; б – топографическое изображение внешней кутикулярной зоны (слева) и части зоны кортекса (справа); в и г – детальные топографическое и фазовое изображения кутикулы; д и е – детальные топографическое и фазовое изображения кортекса.

Скачать (597KB)
Метаданные
7. Рис. 6. а – Топографическое изображение кутикулы, показывающее следы индентов и показатели значений локального модуля Юнга для эндо- и экзослоя; б, в – характерные силовые кривые для эндо- (б) и экзослоя (в).

Скачать (150KB)
Метаданные
8. Рис. 7. а – Топографическое изображение кортекса со следами индентов и показателями значений локального модуля Юнга; б–г – характерные силовые кривые в различных зонах кортекса: б – паракортикальная область, в – ортокортикальная область, г – меланин.

Скачать (207KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Особенности внутренней структуры волоса в продольном сечении: а – оптическое изображение микротомированного волоса, импрегнированного в эпоксидную смолу; б – топографическое АСМ-изображение подструктур в сопряженных участках кутикулы и кортекса; в, г – увеличенные топографические изображения областей кутикулы и кортекса соответственно.

Скачать (350KB)
Метаданные
10. Рис. 9. а – Топографическое изображение внутренней структуры кутикулы в продольном направлении с указанием местоположения индентов и показателями значений локального модуля Юнга; б и в – характерные силовые кривые в различных зонах кутикулы.

Скачать (158KB)
Метаданные
11. Рис. 10. а – Топографическое изображение кортекса в продольном направлении с указанием местоположения индентов и показателями значений локального модуля Юнга; б и в – характерные силовые кривые в различных зонах кутикулы: б – ортокортикальная область, в – меланин.

Скачать (210KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025