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通过光衍射提供分散颜色的毛发处理方法
申请号	CN201480002947.4	申请日	2014-03-28	公开(公告)号	CN104853808A	公开(公告)日	2015-08-19
申请人	宝洁公司; 洛斯阿拉莫斯国家安全有限公司;			发明人	R·M·C·萨顿; B·C·拉马丁; E·B·奥勒; 宋双琦;
摘要	本发明公开了一种用于通过光衍射提供分散颜色的毛发处理方法，包括(a)用包含聚合物的材料涂覆毛发，(b)用包括一个或多个表面的挤压装置挤压毛发，以及(c)在毛发上形成次级纳米结构化表面图案，该次级纳米结构化表面图案与挤压装置的一个或多个表面上的初级纳米结构化表面图案互补。其中次级纳米结构化表面图案将光衍射成毛发上可见的分散颜色。毛发的部段用挤压装置挤压约1至55秒。聚合物具有约55℃至约90℃的玻璃化转变温度。一个或多个表面包括初级纳米结构化表面图案。
权利要求	1.一种用于通过光衍射提供分散颜色的毛发处理方法，包括： a.用包含聚合物的材料涂覆毛发； b.用包括一个或多个表面的挤压装置挤压所述毛发的部段，其中所述一个或多个表面各自包括初级纳米结构化表面图案；以及 c.在所述毛发的所述部段上形成次级纳米结构化表面图案，所述次级纳米结构化表面图案与所述挤压装置的所述一个或多个表面上的所述初级纳米结构化表面图案互补；其中所述次级纳米结构化表面图案将光衍射成所述毛发的所述部段上可见的分散颜色；并且其中所述毛发的所述部段用所述挤压装置挤压1至55秒。 2.根据权利要求1所述的毛发处理方法，其中所述材料是水性的。 3.根据权利要求1所述的毛发处理方法，其中所述材料包含增塑剂。 4.根据权利要求1所述的毛发处理方法，其中所述材料包含表面活性剂。 5.根据权利要求1所述的毛发处理方法，其中所述聚合物具有55℃至90℃的玻璃化转变温度。 6.根据权利要求1所述的毛发处理方法，其中所述聚合物选自聚乳酸聚合物、丙烯酸酯聚合物、聚乙烯醇聚合物、聚氨酯、它们的共聚物、以及它们的组合。 7.根据权利要求1所述的毛发处理方法，其中在3psi至7psi的压力下，用所述挤压装置挤压所述毛发的所述部段。 8.根据权利要求1所述的毛发处理方法，其中在高于所述聚合物的所述玻璃化转变温度的温度下，用所述挤压装置挤压所述毛发的所述部段。 9.根据权利要求1所述的毛发处理方法，其中所述初级纳米结构化表面图案选自锯齿形图案、螺线图案、环形图案、阿基米德图案、椭圆形图案、包括双曲线环的图案、包括抛物线环的图案、以及它们的组合。 10.根据权利要求1所述的毛发处理方法，其中所述初级纳米结构化表面图案是锯齿形图案。
说明书全文	通过光衍射提供分散颜色的毛发处理方法 [0001] 关于联邦权利的声明 [0002] 本发明在美国能源部授予的合同号DE-AC52-06NA25396下由政府支持来进行。政府拥有本发明的某些权利。技术领域 [0003] 提供了一种用于通过光衍射提供分散颜色的方法，该方法包括：用聚合物涂覆毛发并且用包括纳米结构化表面图案的一个或多个表面挤压毛发。背景技术 [0004] 几乎所有的毛发着色方法均使用改变毛发的颜色并由经处理的毛发产生单一颜色的着色剂(例如，染料)。着色方法包括用于永久着色的方法和用于临时着色的方法。 [0005] 永久着色方法通常使用氨打开毛发表皮，使得着色剂可沉积在下面的毛发皮质上。过氧化物用于驱使形成新颜色并且去除现存的天然和人造颜料。 [0006] 临时方法也使用着色剂，诸如不显著穿透表皮的酸性染料。临时方法还不使用氨。用洗发剂洗发最终洗掉临时着色剂并且保留毛发的天然色素。还使用悬浮在聚合物中的经研磨的二氧化硅来产生临时的彩虹色效应。 [0007] 自然界中存在具有很少或不具有着色剂的纤维着色。例如，已知孔雀羽毛具有很少或不具有色素沉着。孔雀羽毛的鲜艳颜色主要由入射光从孔雀羽毛的纳米级分支衍射所产生。这种效应对于人的毛发而言是期望的。 [0008] 基于前文，需要一种用于通过人的毛发上的光衍射提供分散颜色的毛发处理方法。发明内容 [0009] 根据本发明的实施例，提供了一种用于通过光衍射提供分散颜色的毛发处理方法，该方法包括(a)用包含聚合物的材料涂覆毛发，其中聚合物具有约55℃至约90℃的玻璃化转变温度；(b)用包括一个或多个表面的挤压装置挤压毛发，其中一个或多个表面各自包括初级纳米结构化表面图案；以及(c)在毛发上形成次级纳米结构化表面图案，该次级纳米结构化表面图案与挤压装置的一个或多个表面上的初级纳米结构化表面图案互补；其中次级纳米结构化表面图案将光衍射成毛发上可见的分散颜色；并且其中用挤压装置将毛发的部段挤压约1至55秒。 [0010] 根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于通过光衍射提供分散颜色的毛发处理方法，该方法包括(a)用包含聚合物的材料涂覆毛发，其中聚合物具有约55℃至约90℃的玻璃化转变温度；(b)用包括两个或更多个表面的挤压装置挤压毛发的部段，其中两个或更多个表面各自包括初级纳米结构化表面图案；以及(c)在毛发的部段上形成次级纳米结构化表面图案，该次级纳米结构化表面图案与挤压装置的两个或更多个表面上的初级纳米结构化表面图案互补；其中次级纳米结构化表面图案将光衍射成毛发的部段上可见的分散颜色。 [0011] 根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于通过光衍射提供分散颜色的毛发处理方法，该方法包括(a)用包含聚合物的材料涂覆毛发，其中聚合物具有约55℃至约90℃的玻璃化转变温度；(b)用包括一个或多个表面的挤压装置挤压毛发，其中一个或多个表面各自包括初级纳米结构化表面图案；以及(c)在毛发上形成次级纳米结构化表面图案，该次级纳米结构化表面图案与挤压装置的一个或多个表面上的初级纳米结构化表面图案互补；其中次级纳米结构化表面图案将光衍射成毛发上可见的分散颜色；并且其中压机不包括加热元件。附图说明 [0012] 并入说明书中并形成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并连同说明书一起用于解释说明本发明的原理。在附图中： [0013] 图1示出了根据本发明的实施例的热压涂覆流体的毛发样品的示意图。 [0014] 图2a示出了经放大的热压前涂覆流体的毛发的细节示意图，并且图2b示出了热压后形成膜的毛发的示意图，该膜具有衍射多色光从而产生分散颜色的纳米结构化图案。 [0015] 图3示出了在涂覆膜的毛发上形成的锯齿形图案的示意图，所述毛发示出当与太阳光和舞台灯光相互作用时，形成分散的彩色光。 [0016] 图4a至4e示出包括螺线、抛物线和双曲线的纳米图案，所述纳米图案被铣削到坯料上以制备实施例加热块，所述加热块被压印到聚合物膜中，所述聚合物膜由入射多色光诸如太阳光和舞台灯光来形成分散的彩色光。具体实施方式 [0017] 为实现前述和其它目的，并根据本发明的目的，如本文所体现和广泛描述的，本发明提供一种毛发处理方法。该方法涉及用合适的可溶性(和/或可分散性)聚合物的含聚合物的材料涂覆毛发，并将涂覆的毛发插入挤压装置中，该挤压装置既能够将材料转化成膜又能够通过光衍射在膜的表面上形成适于产生颜色的纳米结构化图案。在一个实施例中，在用材料涂覆毛发之前清洗并干燥毛发。材料可以任选地包括增塑剂。任选地，材料包括表面活性剂。可以在适于在毛发上形成次级纳米结构化表面图案的条件下挤压涂覆材料的毛发，该次级纳米结构化表面图案与挤压装置的一个或多个表面上的初级纳米结构化表面图案互补。可以冷却毛发和膜，并且之后将毛发和膜从挤压装置去除。将涂覆的毛发暴露于入射的多色光(例如，太阳光、舞台灯光)导致来自从膜衍射的光的分散的彩色光。在一个实施例中，材料可为流体。在一个实施例中，聚合物具有约55℃至约90℃的玻璃化转变温度。在一个实施例中，可将毛发挤压约1至55秒，或者约1至约50秒，或者约1至约45秒，或者约1至约40秒，或者约1至约30秒，并且或者约1至约15秒。 [0018] 本发明还涉及一种用于处理毛发的挤压装置。在一个实施例中，挤压装置可以是加热铁。除了一个或多个加热块之外，挤压装置可包括常规加热铁的所有元件，该一个或多个加热块被构造成具有适于在柔性膜中形成互补的次级纳米结构化图案的初级纳米结构化表面图案，该柔性膜在使用加热块热压涂覆有材料的毛发样品时形成，该材料包含玻璃化转变温度为约55摄氏度至约90摄氏度的聚合物。在一个实施例中，本发明还可为一种不具有加热元件的如上所述的挤压装置。在一个实施例中，挤压装置可具有各自包括纳米结构化表面图案的两个表面。 [0019] 通过所提供的方法处理的毛发变得涂覆有聚合物膜，该聚合物膜衍射光以产生分散的彩色光。在一个实施例中，色谱得自次级纳米结构化表面图案的光衍射，该次级纳米结构化表面图案压印到涂覆到毛发上的聚合物膜上。纳米图案通过以下方式形成：用包括聚合物的流体涂覆毛发，并且在数磅/平方英寸(psi)压力下使用热压机热压涂覆流体的毛发，该热压机包括一个或多个适当改进的加热块，该一个或多个加热块各自包括初级纳米结构化表面图案，该初级纳米结构化表面图案能够在毛发上形成次级纳米结构化表面图案。在一个实施例中，该方法可提供临时着色效应，因为可用洗发剂将聚合物从毛发上洗去。在一个实施例中，该方法可提供永久性或半永久性着色效应。在一个实施例中，着色效应可通过使用加热去除。 [0020] 初级纳米结构化表面图案可结合到类似于常见烫发器的手持装置的一个或多个表面中。初级纳米结构化表面图案可被适当地构造成在涂覆膜的毛发中提供次级纳米结构化表面图案以产生彩虹颜色。初级纳米结构化表面图案可被适当地构造成在涂覆聚合物的毛发中产生定向图像。 [0021] 在一个实施例中，所描述的毛发处理方法可用于通过处理单独的毛发发束来赋予毛发挑染效果。在一个实施例中，毛发处理方法还可施用于其它类似毛发的材料，这些类似毛发的材料可固定到毛发或头皮上作为毛发延伸部，或通过适于给出期望的纳米结构化效应的任何其它手段来固定。 [0022] 向毛发应用该方法的净效应可在于当毛发相对于主光源(诸如太阳光或舞台灯光)改变位置时，毛发颜色和任何结合到毛发中的图像也改变。 [0023] 可将不同的纳米图案化块用于经处理毛发中的不同的多种颜色或图像效果。 [0024] 毛发处理方法可形成毛发与含聚合物的膜的复合材料，并且可在膜中产生纳米结构化图案，该膜产生分散的彩色光。适用于本发明的聚合物的非限制性示例可溶于和/或可分散于水或醇中，不损伤毛发，并具有在一定范围内的玻璃化转变温度(Tg)，使得能够在将包含聚合物的流体涂覆到毛发上时形成膜，然后将其热压并转换成具有纳米结构化图案的膜，该纳米结构化图案使光衍射成分散的彩色光。用于热压涂覆溶液的毛发的温度应该高于聚合物的玻璃化转变温度(Tg)。在一个实施例中，挤压温度可比聚合物的玻璃化转变温度高20至30度。流体和其中的聚合物应流动以适形于热压装置的纳米结构化块的纳米结构化特征。适用于聚合物的Tg的范围为约55摄氏度至约90摄氏度的范围。在一个实施例中，聚合物的玻璃化转变温度可不高于可能显著损伤或灼伤毛发的温度。 [0025] 具有约55摄氏度至约90摄氏度的Tg的适宜聚合物包括但不限于聚乳酸、聚乙烯醇、丙烯酸、丙烯酸酯、聚氨酯、它们的共聚物、以及它们的混合物。 [0026] 在一个实施例中，材料可以是含聚合物的溶液。在一个实施例中，材料可以是含聚合物的悬浮液。在一个实施例中，材料可以是含聚合物的分散体，诸如含聚合物的乳液。在一个实施例中，材料可以是被静电吸引到毛发上的在加热下熔化的颗粒。含聚合物的材料可以包括增塑剂。含聚合物的材料可以包括表面活性剂。含聚合物的材料可以包括乳化剂。这些附加组分可以为材料的任选组分，使得该材料适于涂覆毛发并适于后续加热，后续加热将材料转换成具有压印有次级纳米结构化表面图案的表面的膜，该次级纳米结构化表面图案能够将入射光衍射成在涂覆膜的毛发上可见的分散颜色。 [0027] 热处理后的涂覆膜的毛发可以被看作毛发与含聚合物的膜的复合材料，所述膜可使入射的多色光衍射成分散颜色。 [0028] 含聚合物的材料可包括选自水(提供含聚合物的水溶液)、醇(例如，乙醇)以及它们的混合物的液体。 [0029] 毛发处理方法可能不需要染料，因为颜色结果可来自光的衍射而不是来自任何染料。在一个实施例中，颜色结果可通过润湿或用洗发剂清洗处理过的毛发来去除–合适的聚合物可以是可通过润湿或洗发剂洗发从毛发去除的聚合物。这些包括但不限于可溶性和/或可分散性的聚合物诸如聚乙烯醇和丙烯酸酯。在一个实施例中，颜色结果可以通过再加热毛发来去除。 [0030] 用于处理毛发的一个实施例装置可包括具有热块的标准毛发压机，该热块包含插入到毛发压机中的初级纳米结构化表面。在形成毛发与聚合物的复合材料后，可使用烫发器通过热压来处理该复合材料。处理的结果是使光衍射产生颜色的毛发与聚合物的薄膜复合材料。在一个实施例中，可使用不包括加热元件的挤压装置来处理复合材料。 [0031] 实施例纳米图案化热块可以使用任何已知的方法和装置来制备，所述方法和装置诸如但不限于，聚焦离子束(FIB)、光子光刻、电子束光刻、工具机加工、刻线机、金刚石车削装置、以及任何其它能够产生纳米级特征结构的方法或装置。 [0032] 图1示出了热压涂覆聚合物的毛发的样品的实施例示意图。应注意，包括初级纳米结构化表面22的加热块20可以处于热压机10中距离毛发样品24最近的两个表面上。热压机10包括压机钳口12和用于加热钳口12的加热元件14。如图1所示，台板16邻近每个钳口12。背衬层18邻近台板16之一，所述背衬层诸如可商购获得的耐热聚合物(诸如但不限于特氟隆)的层。加热块20邻近背衬层18，该加热块被构造成具有面向涂覆聚合物的毛发样品24的初级纳米图案化表面图案22。涂覆流体的毛发样品24涂覆有含聚合物的流体，所述流体可任选地包括增塑剂、表面活性剂和乳化剂中的一种或多种。流体可以为包含聚合物、增塑剂、表面活性剂和乳化剂的分散体。背衬层26(例如铝箔)邻近样品 24和邻近压机钳口12的台板16。图1示出了施用到钳口12上以将钳口12压制在一起的力，其将钳口之间的所有元件(即，台板16、背衬层18、具有表面22的加热块20、样品24、以及背衬层26)挤压在一起，同时将电流发送到加热元件14，所述加热元件加热钳口12并使压机产生热压。发送足够的电流以将装置加热至适于形成膜的温度，所述膜用加热块20的纳米图案化表面22压印。当将涂覆的毛发24的样品热压时，膜形成压印有纳米图案的表面，所述纳米图案与面向样品的纳米图案表面22互补。挤压可持续合适的时间、压力和温度直至涂覆毛发的流体适形于纳米图案化表面22，使得具有该纳米图案化表面的膜可以形成，这将使入射多色光衍射成光的分散颜色。热压后，终止挤压力。可从热压机去除经挤压的样品并使其冷却。 [0033] 图2a示出了经放大的热压前涂覆聚合物的毛发的细节的“挤压前”示意图，并且图2b示出了热压后形成膜的毛发的“挤压后”示意图，该膜具有衍射光的次级纳米结构化表面图案。所述示意图为剖视图。图2a示出了来自涂覆有含聚合物的材料的毛发样品的单个发束。发干1各自涂覆有含聚合物的流体2。在涂覆的毛发的各个发束之间存在间隔。热压的结果可为膜，该膜将各个毛发粘结成复合材料(图2b)。如图2b所示，聚合物膜的表面部分可由具有次级纳米结构化表面图案3的加热块表面22压印，该次级纳米结构化表面图案将入射的多色光衍射成分散颜色。 [0034] 在一个实施例中，可制备具有锯齿形图案的纳米图案化加热块22并用于由涂覆流体的毛发制备衍射膜。可使用划线机将锯齿形图案铣削到金属坯料中来制备具有锯齿形图案的金属块。然后可以使用钠钙玻璃浇铸的图案化金属作为加热块。毛发样品可以是已清洗并干燥的人的毛发。可在约3-7psi的压力下，在高于聚合物的玻璃化转变温度的温度下热压毛发样品。结果是包含毛发和聚合物的复合膜。包含具有初级纳米结构化表面图案的表面的热压机可以如图3中所示将互补的锯齿形次级纳米结构化表面图案压印到膜中。可展示该挤压样品由入射到膜的锯齿形图案化表面上的多色太阳光和舞台灯光形成光的分散颜色。 [0035] 可使用聚焦离子束(FIB)制备多种其它的纳米图案化热块。出于形成适于入射多色光的光衍射的纳米图案的这个目的，可写入FIB图案发生器控制文件。 [0036] 图4a至4e示出了可制备并可压印到不涂覆到毛发上的聚合物膜的表面中的若干初级纳米结构化表面图案。图4a示出了具有圆形包络线的螺线图案，该螺线图案可使用图案发生器控制文件SpieqarcRounded2@1.str铣削以形成图案化块。图4b示出了可使用图案发生器控制文件ParabExactArc10.str制得的同心抛物线环的纳米图案。图4c示出了可使用图案发生器控制文件HyperpbExactarc10.str制得的同心双曲线环的纳米图案。图4d示出了可使用图案发生器控制文件Smotheye2@30.str制得的在垂直和水平方向上具有不同节距的矩形凹点的蛾眼图案。图4e示出了可使用图案发生器控制文件ConcentricEllipsesEqArcFlat10.str制得的具有椭圆形包络线的螺线。每个纳米图案均可被铣削到金属坯料中以产生纳米图案化加热块，该加热块可压印到聚合物膜中，以将入射多色光衍射成分散颜色。提供有具有这些纳米图案的这些类型的膜的毛发可使入射多色光衍射成分散颜色。 [0037] 如何将FIB用于在介质诸如金属上铣削纳米级三维特征结构的说明可见于美国专利5773116和美国专利5721687，两者均以引用方式并入。以引用方式并入的美国专利6583933也描述了使用FIB铣削以形成低对称性凹点的聚集体，其产生具有强调特定任意光谱范围的闪光的定向衍射光栅。 [0038] 可以在首先制备模座之后，将与用于CDROM复制类似的母板加工用于制备纳米图案化的加热块。为了制备模座，可对FIB铣削装置写入铣削图案并应用到母板坯料以将母板坯料转化成用于加热块的母板。所述母板坯料可以为由金属制成的金属坯料，所述金属诸如镍、钛、铝、钨、硅等。模座可用于制备加热块上的初级纳米结构化表面图案。所述加热块可以由例如钙钠玻璃制成。 [0039] 据设想，可商购获得的挤压装置诸如热烫发器可根据本发明的一个实施例通过用适当地构造有表面的一个或多个加热块替代可商购获得的烫发器中的一个或多个加热块来改进，该表面包括初级纳米结构化表面图案诸如上述锯齿形纳米图案或一些其它纳米图案诸如图4中所示的纳米图案。通过FIB铣削或通过用于产生合适的纳米图案的一些其它方法制备的纳米图案化加热块可用于改进可商购获得的加热装置的一个或多个加热块。另选地，适于装配到可商购获得的烫发器中的坯料加热块可铣削有适于加热涂覆溶液的毛发并将互补的次级纳米结构化表面图案压印到所得膜中的初级纳米结构化表面图案。据设想，可商购获得的烫发器可被改进以产生挤压装置，该挤压装置可用于根据用于向毛发提供压印有次级纳米结构化表面图案的膜的前述方法来处理涂覆流体的毛发，该次级纳米结构化表面图案将入射多色光衍射成分散颜色。以此方式，人们可根据本发明的实施例处理他们自己的毛发或另一个人的毛发，并向他们自己的毛发或另一个人的毛发提供压印有纳米图案的含聚合物的膜，所述膜可将多色光诸如太阳光或舞台灯光衍射成分散的彩色光。 [0040] 本发明的方法可使用人的毛发和已知商品名称为KOLLICOAT MAE 100P的可商购获得的含聚合物的流体来展示。这些流体为分散体，所述分散体被报告为包括甲基丙烯酸和丙烯酸乙酯的1:1共聚物。已报告它们还包括为表面活性剂的月桂酸钠和聚山梨醇酯80，以及衍生自多乙氧基化脱水山梨糖醇和油酸的乳化剂。在一个实施例中，可将人的毛发的样品与KOLLICOAT MAE 100P混合。在一个实施例中，可使用18重量％的KOLLICOAT MAE 100P在水中的分散体制备厚度为13微米的毛发-聚合物膜复合材料。在另一个实施例中，可使用具有10％柠檬酸三乙酯增塑剂的4.2重量％的KOLLICOAT MAE 100P在乙醇中的分散体制备厚度为3-4微米的毛发-聚合物膜复合材料。每个膜在用纳米图案化加热块热压之后均可将多色光衍射成分散颜色。 [0041] 应理解，本发明不限于使用具有增塑剂、表面活性剂、乳化剂等的任何特定的添加组分的任何特定的含聚合物的材料，并且适于在热压或挤压以适形于挤压装置上的合适的初级纳米结构化表面图案之后在毛发上形成膜的任何含聚合物的材料均在本发明的范围内。 [0042] 本发明不限于任何特定的纳米图案。图案可根据时尚流行来制备。适宜的纳米图案为能够将多色光衍射成光的分散的颜色的任何纳米图案。 [0043] 处理的实施例可提供随毛发在头部上移动而暂时出现的彩色图像。头部的运动导致膜涂覆的毛发和有些人看到的毛发之间的关系改变。个人注视毛发检测分散的颜色，所述分散的颜色在入射光的反射角允许观察者观察到颜色的分散时发生。 [0044] 这种毛发处理方法可提供一种用于随意定向控制受照毛发所反射的颜色，和使用将光衍射成分散颜色的合适的纳米图案将局部彩虹色区域嵌入毛发中的手段。 [0045] 本发明的前述具体实施方式已被提供用于举例说明和描述的目的并且不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式，并且显然可按照上述教导进行很多修改和变型。 [0046] 选择并描述本实施例，以对本发明的原理及其实际应用进行最佳的解释说明，从而使其他本领域技术人员能够在各种实施例中最佳地使用本发明，并且为设想的具体应用进行适当的各种修改。旨在通过本文所附的权利要求限定本发明的范围。 [0047] 本文所公开的量纲和值不应被理解为严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表示所述值以及该值附近的函数等效范围。例如，所公开的量纲“40mm”旨在表示“约40mm”。 [0048] 除非明确排除或换句话讲有所限制，本文所引用的每个文献包括任何交叉引用或相关的专利或专利申请，据此全文均以引用方式并入本文。对任何文献的引用均不是承认其为本文公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术、或承认其独立地或以与任何其它一个或多个参考文献的任何组合的方式提出、建议或公开任何此类发明。此外，当本文献中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中相同术语的任何含义或定义冲突时，应以本文献中赋予该术语的含义或定义为准。 [0049] 尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，但是对那些本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的实质和范围的情况下可作出许多其它的改变和修改。因此，所附权利要求书旨在涵盖本发明范围内的所有此类改变和变型。

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