Investigation of internal structure and local elastic properties of human hair with atomic force microscopy

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The detailed microstructure of human hair in the transverse and longitudinal directions was studied using of scanning force microscopy (SPM) in the mode of intermittent probe oscillation (known as TappingModeTM). In addition, operating in SPM-based nanoindentation local elastic properties (Young modulus, Eloc) were determined in various zones of the hair. For quantitative analysis of Eloc precise calibration of the SPM system and assessment of the tip apex geometry were carried out. To calculate the numbers of Eloc the adapted Sneddon contact mechanical model was used.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

N. Erina

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: natalia.erina@mail.ru
Ресей, Moscow

Әдебиет тізімі

  1. Robbins C.R. Chemical and Physical Behavior of Human Hair. Springer. N.Y.: Springer, 1988.
  2. Fernandes C., Medronho B., Alves L., Rasteiro M. Polymers. 15(3), 603 (2023). https://doi.org/10.3390/polym15030608
  3. Chen N., Bhushan B.J. Microscopy. 220, 96 (2005). 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. 125 (2010). https://doi.org/10.1007/10_2010_88
  5. Pauling L., Corey R.B., Branson H.R. Proc. Nat. Acad. Sci. 37(4). (1951). https://doi.org/10.1073/pnas.37.4.205
  6. Brill R. Anal. Chim. 434, 204 (1923).
  7. Feughelman M. Text. Res. J. 223 (1959).
  8. Bendit E. G. Ibid. 30. 547 (1960).
  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. 40(2), 178 (1981).
  11. Grishin M.V., Gatin A.K., Sarvadii S.Yu. et al. Russ. J. Phys. Chem. B. 14(4), 697 (2020). https://doi.org/10.1134/S1990793120040065
  12. Gatin A.K., Sarvadii S.Yu., Dokhlikova N.V., Grishin M.V. Russ. J. Phys. Chem. B. 15(3), 367 (2021). https://doi.org/10.1134/S1990793121030209
  13. Grishin M.V., Gatin A.K., Slutskii V.G. et al. Russ. J. Phys. Chem. B. 16(3), 211 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122030150
  14. Grishin M.V., Gatin A.K., Slutskii V.G. et al. Russ. J. Phys. Chem. B. 17(1), 49 (2023). https://doi.org/10.1134/s1990793123010050
  15. Binnig G., Quate C.F., Gerber. Ch. Phys. Rev. Lett. 56(9), 930 (1986). 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. 290(7), 1688 (1993).
  19. Sahin O., Magonov S., Su C., Quate C.F., Solgard O. Nature Nanotechnol. 2(8), 507 (2007). https://doi.org/10.1038/nnano.2007.226
  20. Weisenhorn A.L., Hansma P.K., Albrecht T.R., Quate C.F. Appl. Phys. Lett. 54, 2651 (1989). https://doi.org/10.1063/1.101024
  21. VanLandingham M.R, McKnight S.H, Palmese G.R., Elings J.R., Huang X., Bogetti T.A., Eduljee R., Gillespie J.W. J. Adhesion. 64, 31 (1997).
  22. Sneddon I.N. Int. J. Eng. Sci. 3, 47 (1965). https://doi.org/10.1016/0020-7225(65)90019-4
  23. Smith J.R, Swift J.A. Micron. 36, 261 (2005). https://doi.org/10.10116.j.micron.2004.11.004
  24. Smith J. R., Tsibouklis J., Nevel T. G., Breakspear S. Appl. Surf. Sci. Pt. B. 285, 638 (2013). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.08.104 .
  25. Rogers G. Cosmet. Sci. 6(2), 32 (2013). https://doi.org/10.3390/cosmetics6020032
  26. Mcmullen R.L., Zhang G.J. Cosmet. Sci. 71, 117 (2020).
  27. Belikov S., Erina N., Huang L., Su C., et al. Vac. Sci. Tech. B. 27, 984 (2009). https://doi.org/10.1017/S1431927616002622
  28. Parbhu A., Bryson W., Lal R. Biochemistry. 38, 11755 (1999). https://doi.org/10.1021/bi990746d
  29. Aebi U., Fowler W.E., Rew P., Sun T. J. of Cell Biology. 97, 1131 (1983). https://doi.org/10.1083/JCB.97.4.1131
  30. Ezawa Y., Nagase S., Mamada A., Inoue S., Koike K., Itou T. Cosmetics. 6, 24 (2019). https://doi.org/10.3390/cosmetics6020024

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. a - Schematic image of the internal structure of the hair; b - three-dimensional topographic image of the outer layer of the hair, obtained on a scanning probe microscope MultiModeTM in the mode of intermittent oscillations of the probe (Tapping ModeTM). Young's modulus of the hair in uniaxial tension was determined on an Instron-3365 (UK) tensile testing machine.

Жүктеу (146KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Illustration of the packing of -keratin spiral ensembles that transform into folded -keratin plates upon stretching.

Жүктеу (212KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Conditional force curve obtained by the nanoindentation method.

Жүктеу (41KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Estimation of the geometric dimensions of the probe using the piecewise linear interpolation method: a - SEM-micrograph of the parabolic probe; b - probe profile represented through a set of rectilinear segments; c - scheme of probe indentation into the sample surface; d - graph of the function H(a) determining the radius of contact between the probe and the hypothetical sample at any current indentation depth.

Жүктеу (95KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Features of the internal structure of the hair in perpendicular section: a - optical image of microtomized hair impregnated in epoxy resin; b - topographic image of the outer cuticular zone (left) and part of the cortex zone (right); c and d - detailed topographic and phase images of the cuticle; e and f - detailed topographic and phase images of the cortex.

Жүктеу (597KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. a - Topographic image of cuticle showing indentation marks and indices of local Young's modulus values for endo- and exolayer; b, c - characteristic force curves for endo- (b) and exolayer (c).

Жүктеу (150KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. a - Topographic image of the cortex with indent traces and indices of local Young's modulus values; b-d - characteristic force curves in different zones of the cortex: b - paracortical region, c - orthocortical region, d - melanin.

Жүктеу (207KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Features of hair internal structure in longitudinal section: a - optical image of microtomized hair impregnated in epoxy resin; b - topographic AFM-image of substructures in conjugated areas of cuticle and cortex; c, d - enlarged topographic images of cuticle and cortex areas, respectively.

Жүктеу (350KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. a - Topographic image of the internal structure of cuticle in longitudinal direction with indentation of indents location and indices of local Young's modulus values; b and c - characteristic force curves in different cuticle zones.

Жүктеу (158KB)
Метадеректер
11. Fig. 10. a - Topographic image of the cortex in longitudinal direction with indentation of indents location and indices of local Young's modulus values; b and c - characteristic force curves in different cuticle zones: b - orthocortical region, c - melanin.

Жүктеу (210KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».