设计下一代发染料

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D 'Lyn福特 dcford@ncsu.edu. 919-513-4798

北卡罗莱纳州立大学的研究人员建立了最大的可公开使用的染发剂物质化学数据库，作为开发新一代对消费者、造型师和环境更安全的染发剂产品的资源。

在线毛发染料物质数据库包含有关当前和过去商业染料中313种物质的结构和性质的详细信息。使用基于计算机的分类 - 所谓的化学信息学 - 研究人员将染料分组成具有类似结构和性质的簇。结果揭示了一些令人惊讶和有希望的研究途径。

“使用同样的方法，这个数据库绝对可以帮助推动设计，不仅仅是染发剂，还有其他类型的染发剂，”北卡罗来纳州博士生、一篇关于该研究的期刊文章的主要作者Tova Williams说。

染发是一项数十亿美元的全球业务，而且发展迅速。染发剂根据使用时间的长短可分为三种基本类型。覆盖在头发表面的临时染料，用一两次洗发水洗掉。半永久性染料要经过6到8次洗涤才能保持较长时间。

然而，大约80％的商业染料在市场上是永久性的，通过氧化的化学过程创造。当施加永久性染发剂时，它最初是无色的。威廉姆斯表示，微小的前体分子在头发纤维的核心内滑动，在那里它们“携手”以形成更大的分子并赋予颜色。永久发色致电洗涤，因为它在毛发轴内并进行化学粘合。

研究人员可以使用数据库来帮助鉴定不太可能导致过敏反应或增加癌症风险的染料。安全是消费者的关键问题，因为头发坐在头皮上，以及随着时间的推移，反复使用染料产品的造型师。

“使用计算机建模使我们能够预测数据库中的哪些物质可能会导致皮肤致敏或可能具有更大的健康风险可能性，”威廉姆斯说。“这可能导致具有更好性质的染料和更可持续的染料。”

化学信息学可以加速研究和开发过程，使分析和比较数据库中数百种物质的特性成为可能——否则这是不可能实现的，合著者Denis Fourches说，他是北卡罗来纳州立大学的化学助理教授。

“如果你必须在实验室里用染发剂做这项工作，那将需要几年的工作和几百万美元，”福尔奇斯说。“有超过300种物质，如果没有计算机建模，这将是非常具有挑战性的，计算机建模提供了一种透明和可复制的方法来描述和分类染料。”

在创建数据库的同时，研究人员发现了一种不适合已建立的类别的有趣染料：半永久性染料的子簇，似乎具有与永久性染料中的前体类似的性质。

In fact, there’s a whole tray of these dyes in NC State’s Max A. Weaver Dye Library, a collection of thousands of dye and fabric samples that the Eastman Chemical Company donated to the university, says co-author Harold Freeman, professor of dye chemistry at NC State.

弗里曼说：“我们跳过美国跳出的东西是将这项研究与染料图书馆联系起来，”弗里曼说。“通过改变染料库中的关键化合物的结构，我们希望设计有环境良性的新型染料前体，将它们转化为头发，然后将它们转化为颜色以利用独特的父结构。

“现在有这么多的潜力来使用这群染料在翅膀中等待着我们的染发设计，这不仅是有效而是安全的。”

研究人员还考虑了染料对环境的影响。他们将染发剂数据库与美国环境保护署的内部化学仪表盘联系起来。作者之一安东尼·约翰·威廉姆斯(Antony John Williams)就职于北卡罗来纳州三角研究公园的美国环保署国家计算毒理学中心。

“现在我们已经将数据库发布到公共领域，其他建模者已经对这组发染料感兴趣，这是设计更可持续和更环保的新物质的一步，”Fourches说。“他们正在计算我们现在甚至不考虑的新类型的属性，这非常令人兴奋。”

这项研究发表在ACS可持续化学与工程。

-福特

笔记：纸上的摘要跟随。

“朝着使用化学信息学方法的可持续发染料的合理设计：1）数据库开发和分析”

作者：Tova Williams，Melaine Agnes Kuenemann，北卡罗来纳州立大学乔治·阿伦van den driessche;安东尼约翰威廉姆斯，美国环境保护局;Denis Fourches，以及NC州立大学的Harold S Freeman

出版:ACS可持续化学与工程

抽象的本文中，我们报道了具有预期性能的新型染发剂设计过程的初步步骤。第一步是致力于开发最大的、可公开获得的用于商业染发剂配方的染发剂物质(包括临时和半永久性染发剂以及永久性染发剂前体)数据库。利用该数据库进行化学信息学研究，评估计算出的不同染发剂物质的物理化学性质，特别是在每个结构相似的染料簇内。根据不同物质的平均分子量、疏水性、拓扑极性表面积和氢键受体的数量可以对其进行区分，并观察到一些重叠。特别是，我们发现C.I. Basic Orange 1和2等染料在前体中聚类，表明它们的扩散行为与永久性染发剂前体相似。我们期望在调查的第二设计阶段利用这些有趣的知识。作为这个方向的一步，我们使用了QSAR模型，并注意到65%的物质被预测是诱变的(22个置信阈值> 90%)，而79%的物质被预测是皮肤增敏剂(37个置信阈值> 90%)。我们根据文献提取的实验数据讨论了这些初步计算的相关性。