植物酚类衍生聚合物染料的合成及其在直接染色或媒染剂型染发中的应用

摘要

本文介绍了一种利用真菌漆酶催化植物酚类聚合生成的预合成聚合物产物的实验方案，该方案可选择性地添加或不添加媒染剂（例如， FeSO₄），在2.5小时内实现耐洗涤剂的角蛋白染发。

摘要

通过有效染发 原位 先前已证实，将角蛋白毛发与真菌漆酶催化植物酚类聚合反应的产物共同孵育可实现染色。然而，与市售染发产品相比，该染色过程耗时较长。为克服这一瓶颈，采用预先合成的植物酚类氧化反应聚合产物 Trametes versicolor 漆酶对儿茶素和邻苯二酚的作用，无论是否添加媒染剂（例如， FeSO₄），用于实现永久性的角蛋白纤维染发，可获得多种颜色和色度。在酸性醋酸钠缓冲液中，漆酶催化植物酚类发生偶联反应，产生深黑色。随后通过超滤对生成的染料产物进行脱盐和浓缩。染料无论是否添加媒染剂，均可显著提高ΔE值（即， 在2.5小时内对灰白发产生明显的色差值。此外，通过调节媒染条件和pH值，可诱导生成不同颜色和色调的角蛋白着色效果。染色后的头发对洗涤剂处理表现出强耐受性，表明本方法可实现持久性染发。. 总体而言，我们的研究为开发环保型染发方法提供了新的见解，可作为商用有毒二胺类染发剂的替代方案。

引言

漆酶是一类对酚类和多酚类化合物具有活性的氧化酶。它们已在多种生物体中被发现，包括植物、真菌、昆虫和细菌。其酶学作用参与了多种形态发生现象¹酶催化底物的单电子氧化，生成自由基，这些自由基可进一步与小分子有机物及固体表面发生偶联。此类偶联过程可实现寡聚物和聚合物的合成，并实现表面功能化。^{2, 3}当漆酶底物来源于天然物质（如植物多酚）时，此类酶促反应在绿色化学领域具有重要意义。在此类反应中，反应物与催化剂均源自天然。此外，由于整体反应过程模拟了天然过程，所生成的产物与天然产物相似。 体内 天然酚类聚合物（包括植物木质素、聚（类黄酮）和腐殖质）的合成，其中小分子植物酚类化合物通过氧化酶诱导的自由基偶联高度交联⁴.

漆酶催化植物源酚类物质偶联反应所得产物可用于染白发 原位 孵育，可开发作为商用染料的替代品¹此类替代品非常重要，因为市售染发剂均基于 p-苯二胺（PPD）、PPD相关的二胺类化合物以及过氧化氢，这些物质已被证实对人类具有毒性、致癌性和致敏性^{5, 6}在漆酶催化偶联反应中，漆酶和植物酚类功能性地取代了过氧化氢和 p-苯二胺，分别⁷然而，基于漆酶的染色体系的染色速度远慢于商用染色剂。通常情况下，基于对苯二胺（PPD）的染色剂在角蛋白毛发上实现有效显色所需时间不足一小时，而基于漆酶....

方案

1. 植物酚类衍生聚合染料的制备

1. 将邻苯二酚（0.1 g）和（+）-儿茶素水合物（0.1 g）溶解于32 ml 100 mM乙酸钠缓冲液（pH 5.0）和8 ml无水乙醇中。
2. 向含有邻苯二酚和儿茶素的缓冲液中加入10 mg T. versicolor漆酶。充分混匀后将溶液倒入方形培养皿中，在摇床培养箱中室温孵育24小时（25 rpm）。漆酶诱导偶联反应后，溶液颜色可由透明变为深黑色，肉眼可见明显颜色变化。
3. 将溶液在20,000 × g条件下离心10分钟，以沉淀不溶性聚合物颗粒。取深黑色上清液进行后续脱盐处理。
4. 使用5 kDa超滤膜对反应液进行脱盐。通过超滤将反应液体积浓缩至20 ml后，加入300 ml蒸馏水置换反应缓冲液。最后通过过滤将溶液浓缩至25 ml。

2. 灰白色角蛋白毛发的染色溶液

1. 配制以下六种聚合物溶液：聚合物染料、聚合物染料/FeSO₄、聚合物染料/FeSO₄ 在 pH 3 水中、聚合物染料/FeSO₄ 在 pH 11 水中、聚合物染料/FeSO₄ 加乙酸、聚合物染料/FeSO₄ 加氨水。
   1. 对于聚合物染料，将 5 ml 蒸馏水与 1 ml 脱盐后的聚合物染料（1.4）混合。
   <....

结果

首先，比较了聚合物染料与植物来源单体的染色能力（即， 儿茶素和儿茶酚）。这些聚合性染料引起了灰色角蛋白毛发颜色的显著变化（图2A 和 图3），而使用植物单体时，毛发固有的灰色保持得非常稳定（数据未显示）。随后评估了媒染剂对聚合物产品染色性能的影响。如图所示， 图 2A，添加Fe离子并未导致灰色角蛋白毛发的ΔE值增加。然而，使用Fe离子后，毛发颜色发生了显著变化图3）。为了检测媒染剂是否可与植物酚类单体产生着色，还将铁离子直接加入未进行氧化聚合的单体中。当铁离子在酸性醋酸钠反应缓冲液中与单体溶解的瞬间，立即出现深黑色。数据未显示）。此外，铁与植物单体酚形成的复合物在染色灰白人类头发方面表现出良好效果，可有效将灰色转变为深黑色（图3）。由铁-植物酚类染料产生的ΔE值高于聚合物染料的ΔE值（图2A

讨论

有趣的是，我们的方法缩短了天然酚类物质在氧化诱导聚合反应中对角蛋白毛发进行染色所需的时间。此外，通过简单的操作调控聚合染料，例如改变pH值或使用媒染剂，可在毛发上产生多种不同的颜色。

原位 角蛋白毛发与漆酶催化氧化植物酚类的孵育需要过长的孵育时间才能实现有效染色⁷。这种缓慢的染色动力学可能是由于植物多酚的结合能力较差，且初始形成的低聚物分子量极低，从而延迟了实际染色的起始时间，直到生成相对高分子量的聚合物后才开始染色。当直接使用聚合产物时，观察到染色速度快且颜色持久性高（图2A 和 4）有力地支持了上述假设。聚合物中增强的结合能力及其所含的发色团可能是导致永久性染发速度快的原因。尽管其他研究人员已表明某些单体酚类化合物能够较好地结合到特定表面，但在外界刺激条件下其结合的耐久性尚不明确，因为作者仅在极为温和的条件下评估了结合现象。^{10, 11}此外，所测试的单体化合物中不存在发色团。因此，本方案中最关键的步骤是使用反应孵育24小时后获得的产物，因为在此期间已.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
十二烷基硫酸钠	Promega	H5114
来自杂色云芝的漆酶	Sigma	38429-1G	酶活性标注为 0.53 U/mg
(+)-儿茶素水合物	Sigma	C1251-5G
1,2-二羟基苯（邻苯二酚）	Sigma	135011-5G
氨水	Duksan	701	氨含量标注为 25 ~ 30%
冰醋酸	Duksan	448
七水合硫酸亚铁	JUNSEI	83380-1250
Ultracell 5 kDa	Amicon	PLCC06210
搅拌式超滤装置	Millipore	Model 8200
人类白发	PheonixKorea	不可用
色度计	SPEC	JCS-10
方形培养皿	SPL	10125	125 * 125 * 20 (mm)