Onderzoekers van de North Carolina State University hebben de grootste openbaar beschikbare chemische database van haarkleurstoffen gecreëerd als hulpmiddel voor het ontwikkelen van een nieuwe generatie haarkleurproducten die veiliger zijn voor de consument, stylisten en het milieu.

De online Hair Dye Substance Database bevat gedetailleerde informatie over de structuur en eigenschappen van 313 stoffen in huidige en vroegere commerciële haarkleurmiddelen. Met behulp van computergebaseerde classificatie - wat bekend staat als cheminformatica - groepeerden onderzoekers de kleurstoffen in clusters met vergelijkbare structuren en eigenschappen. De resultaten onthulden enkele verrassingen en veelbelovende nieuwe wegen voor onderzoek.

"De database kan zeker helpen bij het ontwerpen, niet alleen van haarkleurmiddelen, maar ook van andere soorten kleurstoffen, dezelfde benadering gebruiken, " zegt Tova Williams, NC State promovendus en hoofdauteur van een tijdschriftartikel over het onderzoek.

Haarkleuring is een wereldwijde onderneming van miljarden dollars die snel groeit. Haarkleurmiddelen zijn onderverdeeld in drie basistypen, afhankelijk van hoe lang ze duren. Tijdelijke kleurstoffen, die het haaroppervlak bedekken, uitwassen met een of twee shampoos. Semi-permanente kleurstoffen gaan iets langer mee - zes tot acht wasbeurten.

Ongeveer 80 procent van de commerciële haarkleurmiddelen op de markt, echter, zijn blijvend, ontstaan ​​door het chemische proces van oxidatie. Wanneer permanente haarverf wordt aangebracht, het is aanvankelijk kleurloos. Kleine voorlopermoleculen glijden in de kern van haarvezels, waar ze "de handen ineen slaan" om grotere moleculen te vormen en kleur te geven, zegt Willems. Permanente haarkleuring is bestand tegen uitwassen omdat het in de haarschacht zit en chemisch gebonden is.

Onderzoekers kunnen de database gebruiken om kleurstoffen te identificeren die minder snel allergische reacties veroorzaken of het risico op kanker verhogen. Veiligheid is een belangrijk punt van zorg voor consumenten omdat haarkleur op de hoofdhuid zit, evenals voor stylisten die in de loop van de tijd herhaaldelijk met kleurstoffen werken.

"Door computermodellering te gebruiken, kunnen we voorspellingen doen over welke stoffen in de database waarschijnlijk huidsensibilisatie veroorzaken of die een grotere kans op gezondheidsrisico's hebben, "zegt Williams. "Dit kan leiden tot de ontwikkeling van kleurstoffen die betere eigenschappen hebben en duurzamer zijn."

Cheminformatica kan het onderzoeks- en ontwikkelingsproces versnellen, het mogelijk maken om de eigenschappen van honderden stoffen in de database te analyseren en te vergelijken - een prestatie die anders niet mogelijk zou zijn, zegt co-auteur Denis Fourches, assistent-professor scheikunde bij NC State.

"Als je dit werk met de haarverf in een laboratorium zou moeten doen, het zou verscheidene jaren werk en verscheidene miljoenen dollars vergen, " zegt Fourches. "Met meer dan 300 stoffen, het zou een hele uitdaging zijn zonder computermodellering, die een transparante en reproduceerbare manier biedt om kleurstoffen te karakteriseren en classificeren."

Tijdens het maken van de database, onderzoekers vonden een intrigerende groep kleurstoffen die niet in de gevestigde categorieën paste:een subcluster van semi-permanente kleurstoffen die eigenschappen leken te hebben die vergelijkbaar waren met de voorlopers in permanente kleurstoffen.

In feite, er is een hele bak met deze kleurstoffen in de Max A. Weaver Dye Library van NC State, een verzameling van duizenden kleurstof- en stofstalen die de Eastman Chemical Company aan de universiteit schonk, zegt co-auteur Harold Freeman, hoogleraar kleurstofchemie bij NC State.

"Een van de dingen die ons opvielen was het potentieel om deze studie te verbinden met de kleurstofbibliotheek, met zijn 100, 000 unieke kleurstoffen, " zegt Freeman. "Door de structuur van de belangrijkste verbindingen in de kleurstofbibliotheek te wijzigen, we verwachten nieuwe kleurstofprecursoren te ontwerpen die milieuvriendelijk zijn, zet ze in het haar en transformeer ze vervolgens in kleuren om te profiteren van de unieke ouderstructuren.

"Er is nu zoveel potentieel om deze groep kleurstoffen in de coulissen te gebruiken om ons te helpen bij het ontwerpen van haarkleurmiddelen die niet alleen effectief maar ook veilig zijn."

Onderzoekers hielden ook rekening met de milieu-impact van kleurstoffen. Ze koppelden de haarverfdatabase aan het interne chemiedashboard van de Amerikaanse Environmental Protection Agency. Co-auteur Antony John Williams werkt bij het National Center for Computational Toxicology van de EPA in Research Triangle Park, Noord Carolina.

"Nu we de database in het publieke domein hebben vrijgegeven, andere modelbouwers zijn al geïnteresseerd in deze groep haarkleurmiddelen, dat is een stap in de richting van het ontwerpen van nieuwe stoffen die duurzamer en groener zijn - minder giftig, ', zegt Fourches. 'Ze berekenen nieuwe soorten eigendommen waar we op dit moment niet eens aan denken, dat is heel spannend."

De studie verschijnt in ACS Duurzame Chemie en Engineering .