La biotribologia, ossia lo studio dell’attrito, dell’usura e della lubrificazione nei sistemi biologici, gioca un ruolo centrale nella vita quotidiana. La sensazione percepita quando le chiome vengono toccate, spazzolate o pettinate è influenzata, ad esempio, dall’attrito tra i capelli, così come tra fibre capillari e polimeri comunemente utilizzati per i denti di spazzole e pettini.
La superficie dei capelli è ricoperta da uno strato squamoso di cellule cuticolari sovrapposte, che sono alte circa 0,5 μm e lunghe 5 μm. La ruvidità su microscala dovuta ai bordi della cuticola porta al caratteristico comportamento di attrito stick-slip.
L’impatto di fattori endogeni ed esogeni
Quando i capelli sani vengono spazzolati o pettinati in modo convenzionale (dalla radice alla punta), l’attrito è relativamente basso. Quando, invece, sono cotonati, nella direzione opposta (dalla punta alla radice), un meccanismo a cricchetto dai bordi della cuticola può determinare un attrito molto più elevato, noto come effetto di attrito differenziale (DFE), segnalato anche per altre fibre cheratinose, come la lana.
Con l’invecchiamento delle chiome l’attrito aumenta, principalmente a causa della progressiva perdita del monostrato protettivo di acido 18-metilicosanoico (18-MEA) sulla superficie delle fibre.
I capelli presentano anche un attrito anisotropico dovuto ai bordi sporgenti delle cuticole, che possono incastrarsi quando scivolano verso la radice.
In aggiunta, alcuni processi chimici (ad esempio decolorazione e colorazione), termici (ad esempio stiratura e arricciatura) e meccanici (ad esempio spazzolatura e pettinatura) possono accelerare drasticamente la perdita di acido 18-metilicosanoico (18-MEA), portando ad un attrito molto più cospicuo e ad una percezione sensoriale insoddisfacente.
Sono stati sviluppati prodotti haircare, in particolare balsami, per riparare temporaneamente questo danno attraverso la deposizione di varie sostanze chimiche sulla superficie del capello.
Tali formulazioni possono ridurre l’attrito a livelli simili a quelli misurati sui capelli vergini. Anche altri fattori esterni, come l’umidità e la pulizia, nonché caratteristiche biologiche, come l’etnia e l’età, possono influenzare l’attrito delle fibre capillari.
Tribologia dei capelli: la review
Il presente lavoro, pubblicato su Advances in Colloid and Interface Science, fornisce una prospettiva storica degli strumenti e delle conoscenze disponibili nel campo della tribologia dei capelli.
Nello specifico, la revisione esamina dapprima le tecniche sperimentali, teoriche e computazionali storiche e all’avanguardia per la misurazione dell’attrito delle fibre capillari. Discute, dunque, i diversi meccanismi di attrito dei capelli su diverse scale, analizza il ruolo della chimica e della ruvidità superficiale sulla tribologia dei capelli e chiarisce l’influenza dei prodotti haircare sull’attrito delle chiome. Da ultimo, sottolinea le sfide e le opportunità per futuri esperimenti e modelli di tribologia dei capelli.
Il valore dell’approccio multiscala
Comprendere la tribologia dei capelli è essenziale per controllare la percezione tattile e le prestazioni di districamento e, di conseguenza, il successo dei prodotti haircare. Gli studi macroscopici sull’attrito delle fibre capillari sono adatti per lo screening ad alto rendimento di numerose formulazioni haircare.
La maggior parte dei meccanismi tribologici sui capelli viene risolta al meglio ricorrendo a tecniche di screening su micro e nanoscala come la microscopia a forza atomica (AFM) e, più recentemente, i modelli computazionali.
I modelli molecolari rappresentano una base adeguata per lo screening preliminare delle formulazioni per la cura dei capelli, in termini di tribologia dei capelli e altri aspetti rilevanti, in un approccio integrato.
Sono, inoltre, adatti per lo sviluppo in fase iniziale di composti chimici più ecologici e non precedentemente testati, altrimenti difficili da sintetizzare in laboratorio.
Alcuni meccanismi di attrito dei capelli non sono però ancora del tutto compresi. Tra questi, l’importanza relativa della ruvidità e della chimica superficiali, nonché il meccanismo di lubrificazione dei complessi polimero-tensioattivo sui capelli. Abbinare metodi su piccola scala a scale di lunghezza più ampie per comprendere come determinati meccanismi si traducano sia nell’aggrovigliamento dei capelli che nella percezione sensoriale potrebbe fare la differenza.
Erik Weiand, Francisco Rodriguez-Ropero, Yuri Roiter, Stefano Angioletti-Uberti, Daniele Dini, James P. Ewen, Understanding and controlling the friction of human hair, Advances in Colloid and Interface Science, Volume 345, 2025, 103580, ISSN 0001-8686, https://doi.org/10.1016/j.cis.2025.103580.
