本文来自微信公众号： 世界科学 ，作者：编译 昆仑蒂落
现代人普遍都对头发的存活情况和数量规模极为珍视。从某种意义上说，丧失头发约等于颜值归零。
比较精致的现代人则也会重视美发与护发。托尼老师专业的洗剪吹烫染服务值得成千甚至上万的定价，而烫染以后的头发养护不仅是短期急需，更应成为长期主义。
格外精致的现代人还要严格考察洗发水、护发素的成分表，看其中是否包含对环境损害过大、对人体不够温和的化学成分，并选择更为绿色环保的护发配方。
许多科学家都在尝试从生物体中寻找天然护发分子，或是借鉴生物结构设计绿色的护发素、洗发水成分。部分研究团队取得了进展，其中一些更已将绿色配方融入商用产品。
比如，来自树木的木质素可抚平受损的毛鳞片，从黑曲霉等真菌细胞壁提取的甲壳素也可用作护发成分，念珠菌属的一些真菌所产生的槐糖脂，则可替代部分洗发水里的硫酸盐成分……
为何市场不看好传统的头发洗护产品
而追逐绿色配方？
一名尚无脱发危机的普通人类，其头皮大概拥有12万到15万根头发；若发长及肩，这些发丝的总表面积可达约6平方米。
假如你将一根健康头发的表面放大观察，会发现它整体观感相对光滑，不过似乎隐约可见层叠的“鳞片”，比如下面这幅扫描电子显微镜图像所呈现的。它们被科学家称为“毛鳞片”，是头发表层的透明角质结构。
扫描电镜图像|未经处理的单根头发
毛鳞片的外表面还覆盖有脂质薄膜，这是头发的第一道保护层，也是光泽度的来源。而当头发经过了漂白处理——往往是染粉色或白金等浅发色前的预备步骤——脂质层和毛鳞片就会受损伤。后果包括毛鳞片的翘起、张开、边缘破损等，发丝的整体触感和表现将由此显著改变。
如果放扫描电镜下观察，那些鳞片结构会显得相当粗糙扎眼，犹如蛇鳞……
除了漂白，粗暴梳刷带来的物理磨损也能破坏脂质层和鳞片状结构。
现代人洗发、护发、烫发、染发的过程，本质上都是利用特定化学品对头发做表面化学处理，进而直接改变头发的诸多特性，包括光泽度、强韧度、柔顺度乃至卷曲形态等。当然，化学有好有坏，比如漂白会导致毛鳞片越发粗糙，护发素则可令发丝顺滑，改善粗糙毛躁状态。
经过漂白的头发(上)和漂白后经过常规护发素处理的头发(下)
绝大多数护发产品都含有高分子聚合物。这些长链分子通常带正电荷，可附着于带负电荷的受损发丝表面，并抚平毛鳞片的粗糙边缘以减少头发毛躁。
然而，现有的护发聚合物虽高效，却多为石油化工衍生物。其中极具代表性的一类是聚季铵盐，其铵基分子带正电荷，是护发素配方表的常客，而当它们进入排水系统后，可能最终在环境里累积。
另一方面，部分护发素会使用以硅为主链的合成聚合物，即聚硅氧烷，俗称硅油。硅油来自硅化学工业，可为头发增添顺滑和光泽，但极难被微生物降解，也具有累积性。
天然材料的分解过程相对容易，因此许多科学家都在寻找纯天然的护发成分，尝试配制取代聚季铵盐和硅油的绿色护发素。
材料化学家在湖里游了个泳
结果发现了天然护发素
瑞典斯德哥尔摩大学的材料化学家米卡·西波宁(Mika Sipponen)曾去一片浑浊湖水里游泳。结束后，他发现自己的头发异常顺滑。鉴于自己没用任何护发产品，加之眼前这呈现褐色的湖中富含植物成分，西波宁猜测：常见于木材的有机物木质素有类似护发素的作用。
于是，西波宁与同事尝试将木质素与椰子油混合制成配方，并用实验证明其效果：不仅能抚平毛发表面，还能减少梳子梳理时的阻力。研究团队表示，木质素可从木材废料提取，且极易生物降解，以其为原料的护发素将比传统产品环保太多。
经过漂白的头发(上)以及漂白后经过常规护发素(中)与木质素护发素(下)处理的头发
上述成果发表于2025年2月的《科学进展》(Science Advances)杂志，仅是近年来美发产品绿色化趋势的经典案例之一。
实际上，不光是科学家有拓展绿色前沿的思路，越来越多消费者也倾向于选择环境足迹更小、对人体更温和的天然成分配方。在以百亿美元为计算单位的美发市场，消费者的环保意识形成了强大市场压力，而市场力量又进一步驱动研发人员探索绿色护发。
绿色护发的主题是“将生物基化合物融入产品”，题材则丰富多样，包括从植物、真菌乃至昆虫身上提取神奇分子，以及实验室合成特定蛋白质。
葡萄牙科英布拉大学的药剂师卡拉·瓦雷拉(Carla Varela)同样对木质素寄予厚望，认为这种天然聚合物不仅具备抗菌活性，还能提供一定的紫外线防护，是理想护发成分。
瓦雷拉团队使选用取自金合欢木的木质素，通过化学修饰赋予这种其正电荷特性，使其更易附着于受损发丝，同时提升了水溶性——这是护发素应用的关键。
相关成果刊载于2025年10月发表于《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal)。瓦雷拉指出，新配方虽未能完全避免石油化工产品(木质素改性剂的来源)，但无疑是重要进展。
另有学者探索壳聚糖的护发路线。壳聚糖是一种源自甲壳类动物外壳、昆虫外骨骼和真菌细胞壁的天然材料。西班牙马德里康普顿斯大学的物理化学家爱德华多·古兹曼(Eduardo Guzmán)表示，壳聚糖易加工且不造成刺激性过强的化学作用，现已作为热防护与定型成分用于部分护发产品。
为规避动物源成分，市场更青睐真菌来源的壳聚糖，但其分子尺寸过小，难以在头发上有效沉积。古兹曼等人正通过调整盐浓度、改变溶液pH值等方式优化配方，以提升壳聚糖的沉积效果。
头发的层次
角蛋白的桥梁
如前文所述，脂质和毛鳞片构成了头发的外表；而发丝内部则是蛋白质世界，其中角蛋白占绝对主体。
如下图所示，头发由内到外主要分为髓质层(发芯)、皮质层、表皮层(毛鳞片层)以及脂质涂层。角蛋白几乎遍布发丝的所有层次，而在皮质层含量最高，故皮质层占据头发总重的大头。
头发由内芯到外表的多层结构
从毛发生物学视角看，角蛋白不仅是一条条由肽键连接的多肽长链，相邻肽链之间还存在横向的二硫键、盐键和氢键，其中共价二硫键是最主要且永久性的角蛋白链“桥梁”。日常清洗、梳理等活动会改变盐键和氢键，但无法影响二硫键；而烫发、漂白等剧烈化学反应则能打断二硫键，严重损伤发质。
相邻角蛋白链之间存在多种“横向”的相互作用
部分护发产品已开始应用以角蛋白为作用目标的仿生分子。多年前，生物技术专家阿图尔·卡瓦科-保罗(Artur Cavaco-Paulo)的实验室贡献了一种早期的角蛋白修复分子。
这算是意外收获，因为彼时他关注的蛋白质都为肺功能服务，负责协助肺部在呼吸过程中扩张、收缩及交换氧气，而与头发无直接关联。巧合的是，研究团队从肺黏膜里发现一批具备独特化学特性的多肽，并筛选出了最佳护发分子。
实验表明，该多肽分子能精准定位并附着于二硫键断裂形成的游离末端，从而重建连接。2013年，它成为商业修护发膜产品K18的核心成分。现有证据表明它能显著提高头发的强韧度，在染发等损伤性过程前后使用效果尤佳。
发膜旨在带给头发深度修复和护理，是烫发等显著损伤后急需的发质“重建师”。
如今，科学家正挖掘蚕丝、皮肤和昆虫体内蛋白质的护发潜力。
2025年10月，有团队于《美国化学学会生物材料科学与工程》(ACS Biomaterials Science&Engineering)撰文称，他们借鉴蚕丝与皮肤弹性蛋白的结构，设计并利用大肠杆菌合成出一种仿生蛋白。经该蛋白质处理的头发相较对照组样本，展现更强的韧性和弹性，有望应用于免洗护发产品或发膜。
此外，卡瓦科-保罗等人受昆虫的节肢弹性蛋白启发，研制了能抵御热损伤与机械损伤的护发成分。
上图所示装置通过测量梳子梳理头发时所需力度来分析头发情况，可用于评估护发产品的性能
烫发剂和洗发水有哪些绿色进展
关于烫发，科学家曾尝试基于纤维素(植物细胞壁富含的天然高分子聚合物)的烫发剂配方，以求实现更温和的卷发效果；早期研究表明这种效果可经受3次洗发过程。不过迄今为止，还没有哪类生物分子能比肩传统烫发剂所用的巯基乙酸铵、碱液等强效化学制剂。
硫酸盐是洗发水产生丰富泡沫的关键，也是负责清除汗液、油脂、污垢以及产品残留的主要成分。这类分子的疏水性长链易吸附油脂，能在污垢和油脂周围形成球状外壳将其包裹，而带负电荷的亲水端则使充满污垢的外壳被水流轻松冲走。
此处提到的硫酸盐的疏水长链，只是一种中等长度的有机基团，而非高分子长链那般由成百上千个重复单元组成。
由于可能刺激头皮，硫酸盐一直备受争议。当前市场上已出现众多不含硫酸盐的洗发产品，其中有取自真菌的表面活性剂槐糖脂(Sophorolipids)。这类成分清洁力温和，已应用于部分婴儿洗发水。
其他硫酸盐替代品还包括源于椰子油、棕榈油等植物的淀粉基脂肪分子烷基多糖苷(Alkyl Polyglucosides)，以及从玉米、马铃薯中提取的葡萄糖成分。
洗发水与护发素的成分表上动辄就有几十种化学名称。不同物质间的相互作用直接影响产品功效，因此科学家往往难以简单替换单个成分。但无论如何，每一点一滴的环保改良都会产生累积效应，毕竟，每个人每一天都在洗发护发。
当然，我们也要了解，目前针对各类产品的环保声明仍缺乏问责机制，消费者通常无法判断某款绿色洗发水究竟有多绿色。另一方面，即便产品采用可再生生物基材料，环境仍可能因此遭受损害。例如，为开辟棕榈种植园而砍伐森林的行为，不仅破坏重要栖息地，还将增加碳排放。