한국산학기술학회논문지 Vol. 11, No. 9 pp. 3277-3283, 2010 이하나 1, 조희숙 2* 1 건국대학교생물공학과, 2 삼육보건대학피부미용과 The Study of Development of permanent wave for Additives of Collagen Ha-Na Lee 1 and Hee-Sook Cho 2* 1 Bioengineerring at the Postgraduate Shcool, Konkuk University 2 Cosmetology & Beauty, Sahm Yook Health University 요약본연구에서는콜라겐의처방이퍼머넌트웨이브시술시미치는영향을알아보기위하여정상모에콜라겐을농도별처방한퍼머넌트웨이브제로퍼머넌트웨이브를시술한후모발에컬의형성력, 굵기관찰, 인장강도, 메틸렌블루흡광도, 수분감소량등의변화를측정하여비교분석하였다. 결론적으로퍼머넌트웨이브제의콜라겐처방여부에따라모발의굵기, 모발의인장강도, 모발의수분감소량, 흡광도가처방하지않은환원제에대비하여감소하였으며, 처방된콜라겐의농도가증가할수록모발의손상도가줄어드는결과를보였다. 그러나콜라겐의농도의크기가커질수록퍼머넌트웨이브시술시컬의형성력이떨어지는결과가나타났다. 그러므로퍼머넌트웨이브시술시모발의손상도를줄이기위한콜라겐처방농도는 2% 가적당하였다. Abstract In this study, in order to find effects of collagen manipulation on hair in permanent wave treatment, it was conducted measurement and analysis on hair curl formation, thickness, tensile strength, methylene blue absorbance, and moisture loss after manipulating concentration proportion of collagen in permanent wave treatment on normal hair. As a result, it was found that by contrast with applying the reductant, hair thickness, tensile strength, methylene blue absorbance, and moisture loss were decreased when applied collagen in permanent wave treatment the higher concentration proportion of collagen was applied, the less damage was occurred on hair However curl formation capacity was decreased in permanent wave treatment as concentration proportion of collagen was increased. Therefore, the appropriate concentration proportion of collagen was 2% in order to reduce hair damage in permanent wave treatment. Key Words : Collagen, Permanent wave, Thioglycolic acid, Hair damage 1. 서론 형성하고, 이러한원섬유들이모여 20~100μm의섬유속 을형성한다 [2]. 콜라겐펩타이드구조는 (Gly-X-Y)n으로 콜라겐은척추동물과무척추동물의골격을형성하는 서이중 X는 proline, Y는 hy-droxyproline으로되는경우 중요한구성물질로특히포유류에있어콜라겐은피부, 가 1/3정도이고, 나머지 2/3은 glycine 등의아미노산으로 연골, 조직, 힘줄등의주요한성분을이루는섬유단백질 존재여며안정한구조로되어있다 [3,4]. 로 [1] 100~200A 의직경이며필라멘트상에서콜라겐분 일반적으로돈피나우피를산또는알카리로처리하여 자들이수개가가지런히배열되어 1000~2000A 콜라겐 콜라겐을제조한후가수분해효소를처리하여펩타이 피브릴을형성하고이피브릴이모여 2~5μm의원섬유를 드로만든다음콜라겐펩타이드또는젤라틴으로추출 * 교신저자 : 조희숙 (chs4670@syhc.ac.kr) 접수일 10년 06월 28일 수정일 (1차 10년 07월 30일, 2차 10년 08월 06일 ) 게재확정일 10년 09월 08일 3277
한국산학기술학회논문지제 11 권제 9 호, 2010 한다 [5]. 콜라겐은의약품, 화장품및식품분야에서광범위하게이용하고있으며, 최근에는피부탄력개선 [6], 피부광노화억제 [7] 등과관련된기능성화장품소재로점차이용범위가확대되었다. 모발화장품에서콜라겐은컨디셔닝효과를높였으며 [8], 모발세정제에도콜라겐을첨가하여기포력및촉감을향상시켰으며 [1], 합성피역의코팅직물에도첨가하여투습성능의부족과표면의 tacky성의단점을보완하고있다 [9]. 모발의성분은대부분케라틴단백질이 80~90% 로 cystine을비롯하여 18종의아미노산으로구성되어있으며 18종의아미노산은 polypeptide 결합을하고있다 [10]. 특히큐티클세포사이를연결하고있는세포막복합체 (Cell Membrane Complex, CMC) 분리에의해서생긴틈으로환원제가침투되면모발내의단백질구조가변화되어모발조직이건조하고광택이없어지며강도가낮아진다 [11]. 모발제품의적용되는단백질의효과는모발성분과같은케라틴가수분해물, 콜라겐가수분해물, 엘라스틴가수분해물이대체적으로우수한것으로알려져있다 [12]. 따라서본연구에서는 Thioglycolic acid에콜라겐을농도별처방한환원제를사용하여퍼머넌트웨이브시술후컬의형성력, 모발의굵기, 인장강도, 수분감소량, 메틸렌블루를이용하여염색후흡광도측정등을분석하여퍼머넌트웨이브시술시모발의손상도를줄이면서효과적인퍼머웨이브시술을할수있는제품개발에활용하는것을목표로한다. 2.1 시편제작 2. 실험재료및방법 장기약물복용이나편식을하지않고생활습관이규칙적인 20대여성중최근 1년동안화학적인시술을하지않은자로서직모이며, 색채색차계로모발의색상을측정 하였을때 L * (3.80), a * (1.47), b * (0.60) 이었으며 W사레벨스케일로모발의레벨을측정하였을때 2레벨이었다. Digital micrometer로굵기를측정하였을때 0.103 mm 로후두부에서약 17 cm를채취하여소형전자저울로 2 g 씩으로정량하여모 ( 毛 ) 다발을그룹당 10개씩만들어사용하였다. 정제수를사용하여 ph7의중성샴푸로세발하였다. 2.2 실험기기 -교반기 : 영지 S-10 -ph 측정기기 : METTLER TOLEDO MP230 -소형전자저울: Scout Pro 0.01~400 g -모발시술용기구 : 꼬리빗, rap, timer, 로드 5호, 앤드페이퍼, 고무줄 -모발가온기기 : 통일전자 heating cap -색채색차계 : CR-400 -Digital micrometer : Mitutoyo MDC-25PJ -물체수분측정기 : METTLER-TOLEDO Halogen Moisture Analyzer HR83 halogen -만능재료강도시험기 : Instron, model no.4301 -Spectrophotometer : Ultrospec 3100 pro 2.3 전처리실험에앞서모든모발시료는정제수를이용하여 ph7 의중성샴푸제로세척하여먼지나이물질을제거한후약 25 의실온에서자연건조하여사용하였다. 2.4 콜라겐성분콜라겐은독일 Deutsche Gelatine Fabriken St사의돈피에서추출한것으로직수입한것을사용하였다. 2.5 퍼머넌트웨이브제의제조 2.5.1 환원제의제조환원제는티오글리콜산타입으로알칼리제는 M.E.A(Mono-Ethanol Amine) 을첨가한후정제수를 7 0 로가열하고계면활성제를녹여수상으로하였다. 고급알코올을 70 로가열하여녹여유상을만들고, 이를수상과혼합한후 30 로냉각한다음나머지성분을가한후녹였다. 표 1은환원제를처방한원료명과원료량이다. [ 표 1] 환원제제조시첨가한물질 Thioglycolic acid Material content Thioglycolic acid 7.0 Sodium lauryl sulfate 0.1 Cetostearyl alcohol 0.9 Urea 2.0 MEA 9.5 Disodium EDTA 0.2 Collagen 1.0/ 2.0/ 3.0 DI Water 79.3/78.3/77.3 Unit:(%) 3278
2.5.2 산화제의제조산화제는과산화수소타입으로정제수에계면활성제를녹인후, 산화제를혼합하여녹였으며, ph조절제로용액의 ph4 부근으로조절하였다. 표 2는산화를처방한원료명과원료량이다. [ 표 2] 중화제제조시첨가한물질 Hydrogen peroxide Material content Hydrogen peroxide (35%) 5.7 Laureth-23 0.25 Citric acid 적량 Sodium citrate 적량 DI Water 94.05 Unit:(%) 2.6 실험방법 2 g을측정하여한다발로처리한모발시료에콜라겐 1%, 2%, 3% 첨가하여처방한티오글리콜산타입의환원제를그룹별로모발시료에환원제 ( 각 15 ml ) 를도포하고 5회빗질하였다. 환원제가도포된모발의가운데직경이 10 mm인 5호로드로와인딩하였다. 각각의와인딩모발에비닐캡을씌우고상온에서 30분간방치후증류수로 1 분간중간세척하였다. 타올드라이를한후과산화수소가주성분인산화제 ( 각 10 ml ) 를 1차도포하였다. 캡을씌우지않은상온에서 8분동안자연방치하고, 산화제 ( 각 10 ml ) 를재도포하여 7분동안자연방치후에로드오프하였다. 처리된모발시료를증류수로헹군후 Wella사의산성린스로세척한후증류수로 1분간헹구었다. 그리고상온 25 에서자연건조시켰다. 2.7 측정방법 2.7.1 컬의형성력퍼머넌트웨이브시술후측정시료모발을 48시간중력상태에서자연건조시킨후풀웨이브의길이를각시편당 10회를측정하고 SPSS for Window Version 12.0을이용하여평균을구하였다. 2.7.2 굵기모발시료를 24~25, 상대습도 50~55% 의환경에서 48시간방치한후 170 mm, 2 g으로만든모발시료당 50 가닥을채취하여 Digital micrometer로 20회반복측정후 SPSS for Window Version 12.0을이용하여평균을구하였다. 측정지점은실리콘처리되어있는모근부위쪽으로부터 5 cm지점으로하였다. 2.7.3 인장강도모발시료를모근방향으로동일하게만능재료강도시험기로인장시험을실시하였다. 인장시험의측정규격은섬유단사를측정하는한국산업규격섬유의인장강도의시험방법에준하여실시하였다. 측정값의신뢰성을위하여각시편당 20회를측정하고측정값의편차범위가 30% 를넘는측정값은제외하고 SPSS for Window Version 12.0을이용하여평균을구하였다. 인장시험조건으로 clamping distance 20 mm, 인장속도 20 mm /min로시험하여인장강도를측정하였다. 실험실온도는 20 이며습도는 65% 이었다. 2.7.4 메틸렌블루를이용한흡광도측정화학처리에의한모발의손상도를측정하기위하여 Methylene blue(mb) 염색법을시행하였으며그방법은다음과같다. 즉 1 ml의 20% MB용액이담겨있는 Eppendrof tube에시료모발 5 cm를 1가닥씩담근다음 shaker에서 1,000 rpm으로 50 에서 1시간동안시료모발의염색을시행하였다. 손상부위에흡착된 MB용액을추출하고자염색된모발시료를 eppendrof tube에서추출하여 15 ml tube에넣고 100% 의 ethanol을 49%, 1% 의 glacial acetic acid 및 50% 의증류수로만들어진 NR desorb solution 5 ml을넣어서 10분간두었으며 Spectrophotometer를이용하여 660 nm에서추출된용액의흡광도 (optical density, O. D.) 값을측정하였다. 측정값의신뢰성을위하여각시편당 20회를측정한후 SPSS for Window Version 12.0을이용하여평균을구하였다. 실험실온도는 20 이며습도는 65% 이었다. 2.7.5 수분측정퍼머넌트웨이브를시술한후자연건조된모발시료를물체수분측정기를이용하여 halogen을 10분동안조사한후감소되는수분량을측정하였다. halogen drying temp 100, 모발시료의무게는 1 g으로준하여측정하였다. 측정값의신뢰성을위하여각시편당 10회를측정한후 SPSS for Window Version 12.0을이용하여평균을구하였다. 실험실온도는 20 이며습도는 65% 이었다. 2.8 자료분석본연구를위해실시된자료분석은 SPSS for Window 3279
한국산학기술학회논문지제 11 권제 9 호, 2010 Version 12.0을이용하여컬의형성력, 모발의굵기, 인장강도, 수분감소량, 흡광도를 mean±standard deviation(m±sd) 로나타냈으며, 실험후의변화를 t 검증에서 p-value를구하여유의성 (P<0.05) 을검증하였다. 3. 결과및고찰 3.1 컬의형성력 펌을시술한후모발시료를 48시간건조시킨후모발시료의풀웨이브를측정하였으며그림 1은컬의형성력을측정한결과의값을도식화한그래프이다. 3.2 굵기펌을시술한후모발시료를 48시간건조시킨후 Digital micrometer로측정하였으며그림 2는모발시료의굵기를측정한결과의값을도식화한그래프이다. 그림 2에서정상모의굵기는 0.103±0.00078 mm로나타났으며, 콜라겐을처방하지않은환원제로펌을시술한모발시료의굵기는 0.0714±0.00083 mm로나타났다. 1% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의굵기는 0.087±0.00084 mm이었으며, 2% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의굵기는 0.089±0.00091 mm이었다. 또한, 3% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의굵기는 0.091±0.00084 mm이다. 모발의굵기는정상모에대비하여펌 0.031 mm감소 (30%), 콜라겐 1% 처방 + 펌 0.016 mm감소 (16%), 콜라겐 2% 처방 + 펌 0.014 mm감소 (14%), 콜라겐 3% 처방 + 펌 0.012 mm (12%) 감소하였다. 펌을시술한후모발의굵기가가늘어지는정도는콜라겐무처방, 콜라겐 1% 처방, 콜라겐 2% 처방, 콜라겐 3% 처방하여시술한시료의순으로컸다. [ 그림 1] 콜라겐농도에따른컬의형성력. 그림 1에서퍼머넌트웨이브를시술하지않은정상모의길이는 170±2.7 mm로나타났으며, 콜라겐을처방하지않은환원제로펌을시술한모발시료의풀웨이브의길이는 131.4±7.5 mm로나타났다. 1% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의풀웨이브의길이는 132.9±5.17 mm이었으며, 2% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의풀웨이브의길이는 137.1±10.7 mm이었다. 또한, 3% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의풀웨이브의길이는 141.3±10.6 mm이다. 콜라겐무처방한모발시료의풀웨이브의길이의값이콜라겐을처방한풀웨이브길이의값과유의한것으로보아콜라겐의처방여부는컬의형성력에영향을미치는정도가미미한것으로사료된다. 그러나콜라겐의 3% 에서풀웨이브의길이가무처방및다른농도와비교하여컬의형성력이떨어짐을확인할수있었다. 그러므로컬의형성력을고려하여콜라겐은 2% 정도로처방하여환원제를제조해야한다고사료된다. [ 그림 2] 콜라겐농도에따른굵기. 3.3 인장강도만능재료강도시험기 (Instron, model no.4301) 로인장조건 30 mm /min 속도로인장강도및신도를측정하였다. 그림 3는모발시료의인장강도를측정한결과의값을도식화한그래프이다. 그림 3에정상모의인장강도는 0.147±0.011 Kgf로나타났으며, 콜라겐을처방하지않은환원제로펌을시술한모발시료의인장강도는 0.1024±0.008 Kgf로나타났다. 1% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의인장강도는 0.1126±0.005 Kgf이었으며, 2% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의인장강도는 0.1242±0.006 Kgf이었다. 또한, 3% 의콜라겐을처방 3280
한환원제로펌을시술한모발시료의인장강도는 0.1224±0.013 Kgf이었다. 모발의인장강도는정상모에대비하여펌 0.045 Kgf 감소 (31%), 콜라겐 1% 처방 + 펌 0.034 Kgf 감소 (23%), 콜라겐 3% 처방 + 펌 0.024 Kgf 감소 (17%), 콜라겐 2% 처방 + 펌 0.022 Kgf 감소 (16%) 의순으로감소하였다. 펌을시술한후모발의인장강도의값이감소하는정도는콜라겐무처방, 콜라겐 1% 처방 + 펌, 콜라겐 3% 처방 + 펌, 콜라겐 2% 처방 + 펌순으로감소하였다. 콜라겐무처방한모발시료의인장강도의값이가장작은것으로보아콜라겐의처방여부에따라펌을시술시영향을미치는것으로사료된다. 또한콜라겐의처방한농도에따라인장강도의값의차이가유의한것으로보아콜라겐의처방한농도에따라서는펌의시술시영향을미치지않은것으로사료된다. 그러므로인장강도는콜라겐의처방여부에따른감소경향은알수있었으나모발의복잡한구조로인한파단 ( 破斷 ) 으로농도의차이에대해정확한비례관계를파악하기어렵다고사료된다. 는 0.412±0.05이었으며, 2% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의흡광도는 0.281±0.04이었다. 또한, 3% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의흡광도는 0.271±0.07이다. 모발의흡광도는정상모에대비하여무처방 0.396 (68%) 증가, 콜라겐 1% 처방 + 펌 0.229 (55%) 증가, 콜라겐 2% 처방 + 펌 0.98(35%) 증가, 콜라겐 3% 처방 + 펌 0.88(32%) 로증가하였다. 펌을시술한후흡광도가증가하는정도는콜라겐무처방, 콜라겐 1% 처방, 콜라겐 2% 처방, 콜라겐 3% 처방하여시술한시료의순으로컸다. 콜라겐을처방하지않은모발시료의흡광도가가장증가하는것으로보아모발이손상될수록흡광도의값이커지는것을알수있었다. 그러므로콜라겐의처방여부에따라펌을시술시콜라겐이모발의손상에영향을미치는것으로사료된다. 또한, 콜라겐의처방한농도에따라흡광도의증가하는정도가줄어드는것은볼수있으나콜라겐 2% 처방이나콜라겐 3% 처방의흡광도는증가정도가유의하므로콜라겐 2% 농도이상으로처방한환원제로펌의시술시모발의손상도를줄이는것으로사료된다. [ 그림 3] 콜라겐농도에따른인장강도. 3.4 메틸렌블루를이용한흡광도모발시료를 methylene blue(mb) 염색법을시행한후 NR desorb solution을넣어용출시켰다. Spectrophotometer 를이용하여 660 nm에서추출된용액의흡광도 (optical density, O. D.) 값을측정하였다. 모발시편당 20회를측정한후평균을구하였으며그림 4는모발시료의흡광도를정한결과의값을도식화한그래프이다. 그림 4에서정상모의흡광도는 0.183±0.083로나타났으며, 콜라겐을처방하지않은환원제로펌을시술한모발시료의흡광도는 0.579±0.04로나타났다. 1% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료의흡광도 [ 그림 4] 메틸렌블루염색후흡광도. 3.5 펌시술후모발의수분측정물체수분측정기 (Halogen Moisture Analyzer HR83 halogen) 로 halogen drying temp 100, 모발시료의무게는 1.0 g, 1분마다 10분동안 10회측정하였다. 표 3은수분측정전과후의모발시료의무게변화를측정한값이며그림 5는수분측정시모발시료의수분량이감소되는값을도식화한그래프이다. 3281
한국산학기술학회논문지제 11 권제 9 호, 2010 [ 표 3] 모발시료의측정전후의무게 Measurement Virgin Perm Before measurement After measurement Collage n 1% +Perm Collage n 2% +Perm Collage n 3% +Perm 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.965 0.714 0.896 0.947 0.952 [ 그림 5] 콜라겐농도에따른수분감소량. Unit:(g) 표 3에서수분측정전의모발시료의무게는 1.0 g이고, 측정후정상모 0.965 g, 펌 0.714 g, 콜라겐 1%+ 펌 0.896 g, 콜라겐 2%+ 펌 0.947 g, 콜라겐 3%+ 펌 0.952 g 으로나타났다. 측정전에대비하여감소된수분량은정상모 0.035 g, 펌0.286 g, 콜라겐 1% 처방 + 펌 0.104 g, 콜라겐 2% 처방 + 펌 0.053 g, 콜라겐 3% 처방 + 펌 0.048 g으로나타났다. 그림 5에서정상모의수분측정시 2.92% 로감소되었으며, 콜라겐을처방하지않은환원제로펌을시술한모발시료의수분측정시감소되는양은 14.84% 으로나타났다. 또한, 1% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료는 9.06% 이었으며 2% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료는 5.26% 이었으며 3% 의콜라겐을처방한환원제로펌을시술한모발시료는 3.84% 로감소되었다. 10동안수분측정후정상모에대비하여펌 (11.92%), 콜라겐 1% 처방 + 펌 (6.14%), 콜라겐 2% 처방 + 펌 (2.34%), 콜라겐3% 처방 + 펌 (0.92%) 로감소되는양이증가하였다. 모발에콜라겐의농도를달리하여펌을시술한후수분량이감소되는정도는펌, 콜라겐 1% 처방 + 펌, 콜라겐 2% 처방 + 펌, 콜라겐 3% 처방 + 펌, 정상모순으로컸다. 화학적시술인펌모의감소된수분량이화학적시술을하지않은정상모보다큰것으로보아화학시술후모발의손상도가수분량감소에영향을미치는것으로사료된다. 또한, 콜라겐을무처방한모발시료의수분량이 가장많이감소되는것으로보아콜라겐의처방여부와농도에따라펌을시술시콜라겐이모발의수분량에영향을미쳤으며콜라겐의농도가증가할수록모발에감소되는수분량은줄어드는것을확인할수있었다. 4. 결론 선행연구들에서모발에퍼머넌트웨이브제를처리하면모발의아미노산의함량이감소하였으며 [13], 모발의굵기가가늘어졌다 [14]. 또한, 모발의인장강도및신도가감소하였으며 [14] 모표피는쪼개지고절단되었으며모피질까지드러나는형태학적변화가생겼다 [15]. 이와같은증상들을모발의손상이라고한다. 특히, 이미화학적제품들에여러번노출되어손상된모발 [16] 이나유전적으로모발이가는연모 [17] 에서퍼머넌트웨이브시술시모발의손상도는증가하였다. 그리하여시스테아민을원료 [18] 로한퍼머넌트웨이브제를사용하거나 Amino silicon 을농도별처방한퍼머넌트웨이브제 [14] 가모발의손상도를줄였다고선행연구들에서보고되었다. 또한, 모발에 protease 조효소액을처리 [19], 가수분해한케라틴을처리 [20], 히아루론산을농도별처방 [21] 하여모발에손상도를줄였다고선행연구들에서보고되었다. 마찬가지로본연구에서환원제에콜라겐의처방하여모발의굵기, 모발의인장강도, 모발에감소되는수분량, 메틸렌블루의흡광도가콜라겐을처방하지않은환원제에대비하여감소하였다. 이것은콜라겐의처방이모발의손상도를줄이는것을알수있었다. 또한, 처방된콜라겐의농도가증가할수록모발의손상도가줄어드는결과를보아손상도와콜라겐농도의처방이비례관계를확인할수있었다. 그러나콜라겐의농도의크기가커질수록퍼머넌트웨이브시술시컬의형성력이떨어지는결과가나타났다. 그러므로퍼머넌트웨이브시술시일차적인목적인컬의형성력때문에모발의손상도를줄이기위한콜라겐처방농도는 2% 가적당하다고사료된다. 정상모뿐만아니라염색, 탈색, 디지털퍼머넌트웨이브등에노출된손상모, 유전적으로모발이얇은연모, 탈모나두피질환이있는모발등에적용하여퍼머넌트웨이브시술시손상도를줄이는데효과적일것으로사료된다. 단백질을가수분해한콜라겐은모발의주성분인아미노산과유사하여모발에적용했을시안정성및흡수율이높아모발의손상도를줄이는효과가우수하므로향후에는다양한모발및여러종류의퍼머넌트웨이브를적용하여세분화된연구를통하여기능성퍼머넌트웨이브제의개발을목표로하고있다. 3282
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