New approach for hair keratin characterization: Use of the confocal Raman spectroscopy to assess the effect of thermal stress on human hair fibre

The objective of our research was to investigate the heat-protecting effect of a product ex vivo and in vivo on human hair fibres.A preparatory study was carried out in order to determine an optimal threshold of thermal stress. For this, the structure of cross-sections of the hair fibre was observed by optical microscopy. Then, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Confocal Raman Spectroscopy (CRS) were applied to analyse ex vivo and in vivo morphological and molecular damage in hair structure after heat stress. Finally, in vivo tests were used to collect consumer perception.The preparatory study enabled us to determine an optimal stress threshold of 10 heating cycle for SEM and 5 heating cycle for CRS. Based on spectral hierarchical classification using Ward's clustering algorithm, the ex vivo Raman results show that the spectral signature of the hair treated and heated is very close to the negative control. This shows that the product preserves the keratin structure after thermal stress. These results were also confirmed by an in vivo Raman analysis performed on hair samples from 5 donors. In concordance with Raman results, SEM shows that treated hair presents lesser "bubbles" and "crackling" on the hair surface. Finally, the in vivo studies proved that hair was more protected from heat.The authors concluded that the product shows protective properties with respect to morphological and molecular heat damage. We also demonstrate that the product promotes the α-helix keratin conformation and preserves the S-S disulfide bands.L'objectif de notre étude est d'évaluer ex vivo et in vivo l'effet thermoprotecteur d'un produit sur les fibres capillaires humaines. MÉTHODES: Une étude préparatoire a été réalisée afin de déterminer un seuil optimal du stress thermique. Pour cela, la structure des coupes transversales des cheveux a été observée par microscopie optique. Ensuite, la microscopie électronique à balayage (MEB) et la spectroscopie confocale Raman (SCR) ont été appliquées pour analyser les dommages morphologiques et moléculaires (ex vivo et in vivo) de la structure du cheveu après un stress thermique. Enfin, des tests in vivo ont été réalisés pour recueillir la perception des consommateurs. RÉSULTATS: L'étude préparatoire nous a permis de déterminer un seuil de stress thermique optimal correspondant à 10 cycles de chauffage pour la MEB et 5 cycles de chauffage pour la SCR. Basés sur une classification hiérarchique utilisant l’algorithme de Ward, les résultats Raman « ex vivo » montrent que la signature spectrale des cheveux traités et chauffés est très proche du témoin négatif. Cela montre que le produit préserve la structure de la kératine après un stress thermique. Ces résultats ont également été confirmés par une analyse Raman « in vivo » réalisée sur des échantillons de cheveux de 5 donneurs. En concordance avec les résultats Raman, la MEB montre que les cheveux traités présentent moins de « bulles » et de « craquelures » à la surface des cheveux. Enfin, l’étude in vivo a prouvé que les cheveux sont mieux protégés de la chaleur.Les auteurs ont conclu que le produit présente des propriétés protectrices vis-à-vis des dommages thermiques morphologiques et moléculaires. Nous avons démontré également que le produit favorise la conformation de la kératine en hélice-α et préserve les bandes disulfures S-S.