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The α-to-β transition in human hair investigated by in-situ SAXS
Amélia Garance Pellicier
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Herwig Peterlik
DOI
10.25365/thesis.81386
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24986.29567.754491-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, einen Aspekt der strukturellen Veränderungen in menschlichen Haaren unter feuchten Bedingungen und longitudinaler Belastung der Fasern darzustellen. Frühere Studien zu Haarfasern haben Hinweise auf einen strukturellen Übergang in Keratin von α- zu β-Konfiguration bei verschiedenen Arten geliefert, während die Haarfasern in Wasser oder Dampf gedehnt wurden. Dies zeigt die Bedeutung von Feuchtigkeit und Spannung für komplexe biologische Materialien wie Säugetierhaare. Diese Arbeit baut auch auf einer früheren These von Johannes Liebhart auf, mit dem Ziel, einige der dort auftretenden Probleme zu lösen und herauszufinden, ob Dampf notwendig ist und ob der α- zu β-Übergang ab einer bestimmten Schwelle stattfindet. Um die Qualität der Ergebnisse im Vergleich zur vorherigen Arbeit zu verbessern, wurde ein neues Fenster entwickelt, das größer war und mit einer Kunststofffolie verschlossen wurde, um die Feuchtigkeitsbedingungen zu garantieren. Das Experiment wurde dann bei relativen Luftfeuchtigkeiten von 20 %, 40 %, 60 % und 80 % durchgeführt, wobei die Belastung eines Bündels von 20 Fasern während der Messung schrittweise erhöht wurde. Der äquatoriale Teil des Musters wurde hier untersucht und spiegelt im reziproken Raum die Faserorganisation über den Querschnitt wider; Für die vorhandenen Entfernungen bietet es Zugang zum Abstand zwischen den intermediären Filamenten, zur Größe der Keratinketten, deren Abstand und deren Entwicklung unter zunehmender Spannung. Bei unterschiedlichen Dehnungen und bei jeglichen Luftfeuchtigkeiten wurden keine signifikanten Änderungen wie Erscheinen oder Verschwinden von Peaks in den Röntgendiagrammen beobachtet. Während des gesamten Dehnungsprozesses traten jedoch nur allmähliche Veränderungen in den SAXS-Bildern und in der Mechanik der Fasern von niedriger zu hoher Luftfeuchtigkeit auf. Diese Ergebnisse deuten auf keinen plötzlichen Übergang von α-Helices zu β-Sheets hin, aber die Veränderungen in den Peak-Positionen sowie in den Peak-Intensitäten geben Hinweise darauf, wie sich menschliches Haar während der Dehnung verformt. Diese Ergebnisse unterscheiden sich grundlegend von denen in der Literatur, in denen man bei Pferdehaar eine signifikante Änderung der Röntgendaten fand, die als α-zu-β-Übergang interpretiert wurden. Solche grundlegenden Unterschiede zwischen menschlichem und Pferdehaar - der α-zu-β-Übergang in Pferdehaar, der im menschlichen Haar fehlt, könnten auf Unterschiede in ihrer inneren Zusammensetzung und Struktur zurückgeführt werden. Eine weitere mögliche Ursache könnte sein, dass beide, Spannung und Dampf, notwendig sind, um solche Veränderungen zu beobachten. Weitere SAXS-Untersuchungen an Pferdehaaren und menschlichem Haar sowie zusätzliche Spektroskopiemessungen sollten die Unterschiede in der Haarstruktur der beiden Lebewesen, Pferd und Mensch, klären.
Abstract
(Englisch)
The present thesis aims to present one aspect of the structural changes in human hair under humid conditions and longitudinal straining of the fibres. Previous studies of hair fibres have provided evidence of a structural transition in keratin from α- to β-configuration, in different species while the fibre is strained in water or steam, showing the importance of humidity and stress for complex biological materials, such as mammalian hair. This thesis also builds on a previous thesis by Johannes Liebhart, with the goal of solving some of the problems encountered there, and to find out whether steam is necessary and if the α-to-β transition is happening at a certain threshold. To improve the quality of the results compared with the previous thesis, a new window has been developped which was larger and closed with a plastic foil. The experiment was then conducted at relative humidities of 20%, 40%, 60% and 80%, with the fibre strain progressively increased during measurement, on a bundle of 20 fibres. The equatorial part of the pattern was investigated here and it reflects, in reciprocal space, the fibre organisation across the cross-section ; for the distances at hand, it provides access to the distance between intermediate filaments, the size of the keratin strands, the distance between them, and their evolution under straining. During extension, and that at any humidities, no significant peak changes, such as appearance or vanishing were observed. However, and during all the straining process, gradual changes occurred in the SAXS images and the mechanics of the fibres from low to high humidity. These results suggest no sudden transition from α-helices to β-sheets, but the changes in the peak positions as well as in the peak intensities give hints about how human hair deform during extension. These results fundamentally vary from the ones found in literature, where changes have been observed in horse hair in the SAXS pattern, and which have been interpreted as a α-to-β transition of the keratin. These changes are absent in human hair, and such difference could be attributed to differences in the inner compositions and structures of human and horse hair. Another possible cause could be that both strain and steam are necessary to observe such changes. Further SAXS investigations on horse hairs and human hair, as well as additional spectroscopy measurements, should clarify the differences between the two species.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
α-zu-β-Übergang in Keratin Haar SAXS WAXS Feuchtigkeit Zugversuch
Schlagwörter
(Englisch)
α-to-β transition in keratin hair SAXS WAXS humidity tensile test
Autor*innen
Amélia Garance Pellicier
Haupttitel (Englisch)
The α-to-β transition in human hair investigated by in-situ SAXS
Paralleltitel (Deutsch)
In-situ SAXS-Untersuchung des α-zu-β-Übergangs im menschlichen Haar
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
iv, 61, x Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Herwig Peterlik
AC Nummer
AC17913263
Utheses ID
80837
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |