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Fluorescence and coloration of grey hair

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Synopsis Grey hair samples were collected from 11 individuals and separated into un-pigmented and pigmented fibres (International Hair Importers). Fluorescence measurements were obtained by using a double-grating fluorescence spectrophotometer and a bifurcated fibre optics accessory to measure the spectra directly from the surface of hair at various distances from the fibre root. Colour measurements were carried out by using a Hunter colorimeter. The fluorescence spectra of un-pigmented hair obtained by the excitation at 290 nm show a peak at 356 nm [tryptophan (Trp)], and multi-peak emissions in the range from 395 to 500 nm. A significant variation in the Trp emission intensity at 356 nm vs. the intensity of emission in the 395–500 nm range was observed for hair collected from various individuals with yellow coloured hair producing stronger relative emission in 395–500 nm range. Quantitative measurements of coloration and the calculation of the Yellowness Index (YI) showed linear correlation between YI and the ratio of fluorescence intensities I/I The spectra obtained by excitation at 320 nm showed the emission peaks at 395 nm (unidentified), 420 nm (-formylkynurenine), 460 nm (kynurenine), and 495 nm (3-hydroxykynurenine), which are the products of oxidative or metabolic conversion of tryptophan. Un-pigmented, yellow hair showed a build-up of the fluorescence band corresponding to 3-hydroxykynurenine at 495 nm. The data also showed the fluorescence quenching effect of melanin resulting in the lowering of the fluorescence intensity of pigmented hair. The spectra obtained at various positions along the fibres demonstrated gradual photo-decomposition of hair chromophores during their lifetimes. This was indicated by a decrease of Trp fluorescence intensity, which was relatively fast (8·10–1.5·10 [day] as calculated for hair obtained from various individuals) for un-pigmented hair and slower for pigmented hair. A decrease in Trp emission was accompanied by an increase in the yellow coloration toward the ends of un-pigmented fibres.


Des échantillons de cheveux gris ont été collectés chez onze personnes et triés entre fibres non pigmentés et fibres pigmentés (International Hair Importers). Les mesures de fluorescence ont été réalisées à l’aide d’un spectrophotomètre de fluorescence double grille et d’un accessoire constitué d’une fibre optique bifurquée. Ce dispositif permet la mesure du spectre directement depuis la surface d’un cheveu à diverses distances de sa racine. Les mesures de couleur ont été réalisées à l’aide d’un colorimètre HUNTER. Le spectre de fluorescence d’un cheveu non pigmenté obtenu par excitation à 290 nm montre un pic à 356 nm (tryptophane : Trp) et des émissions multi pics dans l’intervalle 395 à 500 nm. On observe une variation significative de l’intensité du Trp à 356 nm par rapport à l’intensité d’émission dans l’intervalle 395–500 nm sur les cheveux prélevés sur diverses personnes, les cheveux colorés en jaune produisant une émission relative plus forte dans l’intervalle 395–500 nm. Les mesures quantitatives de la couleur et le calcul de l’indice de jaunissement (YI) montrent une corrélation linéaire entre YI et le rapport des intensités de fluorescence I 440/I356. Le spectre obtenu par excitation à 320 nm montre des pics d’émission à 395 nm (non identifiés), 420 nm (N-formylkynurenine), 460 nm (kynurenine), 495 nm (3-hydroxy kinurenine) propres aux produits d’oxydation ou de conversion métabolique du Tryptophane. Les cheveux jaunes non pigmentés présentent une saturation de la bande de fluorescence correspondant à la 3-hydroxykynurenine à 495 nm. Ces données montrent également l’effet de quenching de la mélanine entraînant un affaiblissement de l’intensité de la fluorescence des cheveux pigmentés. Le spectre obtenu en divers endroits le long des fibres indique une photodécomposition graduelle des chromophores des cheveux durant leur temps de vie. Ceci se traduit par une diminution de l’intensité de fluorescence du Trp qui est relativement rapide pour les cheveux non pigmentés (8–10−4–1,5–10−3 [jour − 1], conformément aux calculs effectués sur des cheveux prélevés sur différents individus) et par une diminution plus lente pour les cheveux pigmentés. Une diminution de l’émission du Trp s’accompagne d’une augmentation de la coloration jaune de l’extrémité des cheveux, détectable sur des cheveux non pigmentés.
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Keywords: coloration; fluorescence; grey hair; kynureine; tryptophan; yellowness

Document Type: Research Article

Affiliations: 1: Johnson and Johnson, Consumer Products Division, Skillman, NJ, USA 2: Better Cosmetics, LLC, Bethel, CT, USA

Publication date: October 1, 2009

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