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おもしろ科学実験室(工学のふしぎな世界)

毛髪の表面を解析しよう

2016年8月29日
群馬大学 理工学部

はじめに

はじめに

毛髪に指を滑らせると、ある方向には滑らかにすべるのに対して逆方向には引っかかる感じがしませんか。これは毛髪の表面をちょうど魚の鱗(うろこ)のようにキューティクルが覆っているからです。毛髪をそのまま見ても真っ黒な棒にしか見えませんが、身近なものを使ってレプリカ(複製)標本を作れば、普通の顕微鏡できれいな模様が観察できますよ。

毛髪の構造

毛髪の構造

毛髪は3種類の部分でできています。

  • 毛髄(もうずい)毛髪の芯の部分で、細かい蜂の巣のようになっています。
  • 毛皮質ケラチンタンパク質1)が分子間ジスルフィド結合2)により強固でしなやかな構造を作っています。毛髪の大部分を占めています。
  • 毛小皮(キューティクル)薄くなった角化した無色透明の細胞が魚の鱗のように重なって毛髪の表面を覆っています。

注:

  1. ケラチンとは、髪だけでなく爪や皮膚の角質を形成するタンパク質の総称。18種類のアミノ酸からなり、その割合の違いによって、使われ方がことなる。
  2. ジスルフィド結合とは、この場合、ケラチンに含まれるアミノ酸の一つであるシステイン(Cys)とシステインとの、その構成元素である硫黄(S)間同士でできる共有結合のこと。

用意するもの

用意するもの

スライドガラス 液状のり(市販のもの) 毛髪 顕微鏡 スマートフォンや携帯電話のカメラ

※顕微鏡や写真撮影装置は学校の理科の先生にも相談してみましょう。
カバーガラスは使わないので、対物レンズをのりで汚さないように注意しましょう。

作り方

  1. 作り方

    スライドガラスに液状のりを垂らします。のりが自然に広がって、スライドガラスの上に直径1.5 cmほどの円ができるようにします。

    のりを盛り上げすぎると乾くのに時間がかかるので、楊枝(ようじ)などを使って広げましょう。

    表面がでこぼこになっても、少し待てばのりが流れて表面が滑らかになります。

  2. 作り方

    のりの表面に毛髪を並べて置きます。置いたときに毛髪がずれないように、そっと置きましょう。

    のりが乾いてしまうと跡がつかなくなります。のりをスライドガラスに載せたあとは、あまり時間をおかずに毛髪をのせましょう。

    失敗しても水洗いすればのりは取れるので、何度でもやり直せます。

  3. 作り方

    夏なら1~2日間風通しの良い所へ置いて自然乾燥しましょう。ホコリがつかないように工夫しましょう。

    ドライヤーなどを使って乾かすのはお勧めしません。のりが一部分だけ急に乾いて縮み、しわがよったり、毛髪がはがれたりします。あわてず、自然に乾くのを待ちましょう。

  4. 作り方

    のりがよく乾いたら毛髪をはがします。のりに付いた毛髪の跡が崩れないように、まっすぐ上にはがすようにしましょう。

    のりが生乾きだと、毛髪をはがしたときにしわになったり、毛髪の跡が壊れてしまいます。のりが固まるまでは触らずにそっとしておきましょう。

  5. 作り方

    毛髪の跡がついたのりの表面を顕微鏡で観察します。対物レンズにのりがつかないように、ピントを合わせるときは気をつけましょう。始めは倍率の低い対物レンズで見て、毛髪でついた筋が視野の中央に来るようにします。顕微鏡の倍率は100倍 〜 200倍でよく見えます。

  6. 作り方

    きれいなキューティクルが見えたら写真に撮ってみましょう。携帯電話やスマートフォンのカメラのレンズを接眼レンズに接着させて、ズームします。画面を見ながら顕微鏡のピントを合わせましょう。携帯電話やスマートフォンのオートフォーカスではピントのあった写真が撮れないことがあります。またレプリカはへこんでいるので、ピントをいろいろな場所に合わせながら、何枚か写真を撮りましょう。

  7. 携帯電話のカメラで撮ったキューティクル

    携帯電話のカメラで撮ったキューティクル
    携帯電話のカメラで撮ったキューティクル

解析のしかた

  1. キューティクルの間隔を測ってみましょう。

  2. 解析のしかた

    写真を画面に表示します
    パソコンが使える人はパソコンに取り込んで表示させましょう。

  3. 解析のしかた

    画面上でキューティクルの間隔を定規で測ります

    一つ一つの幅を測っても良いのですが、キューティクル10本分、20本分の長さを測って割り算すれば、一度の計測でキューティクルの間隔の平均値が得られます。

解析の例

解析の例

薄めた食酢に毛髪を浸して、時間を追ってキューティクルの幅を測りました。

キューティクルの幅は画面上で測定した長さですから、表示させる画面によって異なります。

また、実験結果はあくまで例です。

うまく行かないとき

1.キューティクルが見えない

  • ピントが毛髪の縁に合っている
    毛髪の縁がくっきりと黒い線になって見えている場合は、縁にピントが合っています。キューティクルは縁より凹んでいるため、ピントが合わずにぼやけて見えることがあります。
    【対策】顕微鏡のピントを動かしてみましょう。
  • 毛髪がのりの層を突き抜けてしまった
    毛髪がのりの層を突き抜けてスライドガラスに直接接していると、のり毛髪の跡がつきません。毛髪はのりの表面に浮かべるように置きましょう。 毛髪にシャンプーがついていたり、実験でキューティクルを取り除いたりしてしまうとのりの中に沈みやすくなります。のりを少し乾かしてから毛髪を置いてみましょう。
    【対策】毛髪はのりの表面に置くようにしましょう。

2.データが比較できない

別々の毛髪のレプリカを比較するときには、顕微鏡の倍率、写真を撮る時のカメラの倍率、画像を表示するときの倍率、をすべて同じにする必要があります。

顕微鏡の倍率やパソコンの拡大倍率は数字ではっきり決められますが、携帯電話やスマートフォンのズームを一定にするのは難しいので、全くズームしないか、フルズームで撮るか、どちらかにするとよいでしょう。

発展

いろいろな工夫をすることで、別の世界が見えてくるかもしれませんよ。

  1. 夏、プールや海で泳ぐのは気持ちがいいですね。でも髪の毛がゴワゴワになったことはありませんか。そういう時のキューティクルはどうなっているのでしょうね。水で洗えば元に戻るのでしょうか。
  2. キューティクルの本当の幅を測るにはどうすればよいでしょう。
  3. もっと良いのりはないでしょうか。例えば早く乾く、変形しない、ベタベタしない、硬くなる、など。
  4. 色のついた画像が撮れたら楽しいですよね。
  5. キューティクルの幅や形に個人差はあるのでしょうか。指紋(しもん)のように使えるでしょうか。

よりよく理解するために

試料の表面は走査電子顕微鏡や実体顕微鏡で観察することもできますが、大きくて運べないものや、貴重なため壊してスライドガラスの上に載せることができないものの表面を観察するのにはレプリカ法が役に立ちます。このようなときに電子顕微鏡の試料を作るのにも、のりのようなものが「転写剤」として用いられるそうです。

参考図書

  • 朝倉健太郎・平坂雅男・為我井晴子 共編 「失敗から学ぶ電子顕微鏡試料作成技法Q&A」
    アグネ承風社(2006)
  • 松崎 貴著 「岩波科学ライブラリー61 毛髪を科学する 発毛と脱毛の仕組み」
    岩波書店(1998)

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