כאן, אנו מציגים פרוטוקול לשימוש במוצרים פולימריים מסונתזים מראש שמקורם בפילמור מזורז פטרייתי של פנולים צמחיים, עם או בלי חומרים מורדנטים (למשל, FeSO4), כדי לגרום לצביעת שיער קרטין עמידה לחומרי ניקוי תוך 2.5 שעות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
סינתזה של צמח פנול הנגזרים צבעים פולימריים עבור צביעת שיער ישירה או עוקצנית מבוססת
במאמר זה
סיכום
תקציר
לצבוע את השיער אפקטיבי דרך ב הדגירה באתרו של שיער קרטין עם המוצרים של פילמור laccase-catalyzed פטרייתי של פנולים צמח כבר הוכיח בעבר. עם זאת, תהליך הצביעה לוקח זמן רב כדי להשלים לעומת מוצרי שיער-צביעה מסחריות. כדי להתגבר על צוואר הבקבוק הזה, מראש מסונתז מוצרי פולימריים תגובת החמצונים של Trametes versicolor laccase על catechin ו catechol, עם או בלי סוכנים עוקצניים (למשל, FeSO 4), הועסקו כאן כדי להשיג צביעת שיער קרטין קבעה צבעים וגוונים שונים . פעולת laccase חיץ נתרן יצטט חומצי הובילה צבע שחור עמוק לאחר צימוד תגובות בין פנולים הצמח. המוצרים לצבוע בצבע אז היו desalted ומרוכז עם אולטרה סינון. הצבעים, עם או בלי סוכנים עוקצניים, גרמו לעלייה משמעותית בערכי ΔE (כלומר, צבע ערך הבדל) ב wi שיער אדם האפור2.5 שעות רזה. בנוסף, צבעים וגוונים קרטין שונים היו מושרים בהתאם לשינויי mordanting ו- pH. השיער הצבוע גם הציג התנגדות חזקה לטיפולים חומרים ניקוי, המציין כי השיטות שלנו יכולות להצמיח צביעת שיער לצמיתות. בסך הכל, העבודה שלנו ספקה תובנה רומן לתוך בפיתוח שיטות ידידותית לסביבת שיער צביעה כתחליף צבעי diamine המבוסס רעילים מסחריים .
מבוא
Laccases הם oxidases הפועלים כלפי תרכובות פנוליות ו polyphenolic. הם זוהו באורגניזמים שונים החיים, כולל צמחים, פטריות, חרקים, וחיידקים. פעולות אנזימטיות שלהם לתרום כמה תופעות המוךפו"גנטי שהולכות 1. האנזימים מזרזים חמצון יחיד אלקטרונים של המצעים, וכתוצאה מכך ההיווצרות של רדיקלים כי הם מצמידים נוספים אורגניים קטן כדי משטחים מוצקים. תהליכי צימוד כאלה מובילים סינתזות של oligomers ופולימרים ויציגו functionalizations 2, 3. כאשר מצעי laccase הם ממקורות טבעיים, כגון phenolics המפעל, תגובות אנזימטיות הן עניין רב ביחס כימיה ירוקה. כאן, הן המגיבים זרזים הם ממקורות טבעיים. בנוסף, המוצרים וכתוצאה מכך הם דומים למוצרים הטבעיים, מאז התגובות הכוללות לחקות את סינתזות in vivo של פנוליות הטבעית פולימרים כוללים ליגנין צמח, פולי (flavonoid), חומוס-שבו קטן תרכובות פנוליות הצמח הם מאוד צולבים ידי צימוד הרדיקלי-induced מונואמין 4.
מוצרים שמקורם תגובות צימוד-catalyzed laccase של פנולים הנגזרות הצמח יכול לשמש כדי לצבוע את השיער האפור דרך ב הדגירה באתרו ניתן לפתח כתחליף צבעים זמינים מסחרית 1. חלופות כאלה הן חשובות, שכן סוכני שיער צביעה מסחריים מבוססים על p -phenylenediamine (PPD), תרכובות diamine הקשורים PPD, ואת מי חמצן, אשר הוכחו כרעילים מסרטנים, אלרגניים לבני אדם 5, 6. ב תגובות הצימוד היה זרז-laccase, את laccases ו פנולים צמח תפקודיים להחליף מי חמצן ו- p -phenylenediamine, בהתאמה 7. עם זאת, את מהירות הצביעה של המערכות מבוססות laccase היא אטי בהרבה מזה של אחד המסחרי. באופן כללי, סוכני הצביעה המבוססים PPD דורשים פחות משעה כדי להשיגשינוי צבע יעיל שיער קרטין, בעוד התגובות מבוססות laccase דורשות דגירת לילה 7. קינטיקה הצביעה האיטית יכולה להיות מוסברת על ידי שתי תופעות אפשריות. ראשית, השימוש חיץ נמוך pH (למשל, pH 5) על מנת למקסם פעילות laccase נצפתה כדי להקטין את מידת הנפיחות מטריצות קרטין, ובכך מעכב חדירה עמוקה של צבעים לתוך מטריצות. ואכן, סוכנים המאפשרים תגובות הצביעה להמשיך בתנאים הגבוהה pH הוכחו להיות חלק בלתי נפרד למוצרים מסחריים שיער צביעה 8. שנית, מספר מולקולות כרומופור אפשריים מפגינות ספיחה חזקה למשטחי keratinous במהלך תגובת פילמור הוכח להיות פרופורציונאלי זמן הדגירה (כלומר, מידת פילמור). לדוגמה, את הטרנספורמציה של דופמין polydopamine הוצגה לגרום הדבקה חזקה משטחים רבים כי היה בד בבד עם הקמתה של צבע שחור 9.
בעבודה הנוכחית, מראש מסונתז מוצרים פולימריים המתקבלים ט versicolor חמצון-catalyzed laccase של catechin ו catechol שימשו לטיפול שיער קרטין לצביעה. החוקרים שערו כי יכולת הספיחה של הפולימרים תהיה הרבה יותר חזק מזה של פנולים צמח monomeric ושהם בתחילה ייצרו oligomers נמוך משקל מולקולרי. התוצאות הראו כי, כאשר באמצעות פולימרים מראש מסונתז, הכוח חמצון אנזימטי כבר לא היה צורך. זה מצביע על כך pH ניתן לשלוט וכי יונים של מתכות ניתן להשתמש טיפולי שיער צביעה, ללא תלות פעילות האנזים. פרוטוקול זה מספק שיטה פשוטה ומהירה לצבוע את שיער קרטין בגוונים שונים של צבע תוך שימוש ידידותי לסביבה מתחדש phenolics צמחי (איור 1).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. הכנת הצמח פנול הנגזרים צבעים פולימריים
- ממיסים catechol (0.1 גרם) ו (+) - מימה catechin (0.1 גרם) ב -32 מ"ל של 100 חיץ נתרן אצטט מ"מ (pH 5.0) ו -8 מ"ל של אתנול מוחלט.
- הוסף 10 מ"ג של T. versicolor laccase אל catechol- ו מאגר המכיל-catechin. מערבב נמרץ ויוצקי הפתרון לתוך צלחת פטרי רבועה. דגירת הצלחת בטמפרטורת חדר בתוך חממה רועדת (25 סל"ד) למשך 24 שעות. שינוי צבע דרמטי של הפתרון מ שקוף לשחור כהה ניתן לראות בעין בלתי מזוינת אחרי תגובות צימוד-induced laccase.
- צנטריפוגה הפתרון במשך 10 דקות ב 20,000 XG כדי לסובב את חלקיקי פולימריים מסיסים. השתמש supernatant השחור העמוק עבור desalting נוספת.
- Desalt פתרון התגובה עם דיסק אולטרה סינון 5 kDa. לאחר ריכוז עוצמת התגובה ל -20 מ"ל באמצעות אולטרה סינון, להחליף למאגר התגובה על ידי הוספת 300 מ"ל של מים מזוקקים. לבסוף, באמצעות סינון, לרכז את היקף הפתרון 25 מ"ל.
2. פתרונות צביעה עבור שיער אפור קראטין
- הכן שישה הפתרונות פולימריים הבאים: צבעים פולימריים, צבעים פולימריים / FeSO 4, פולימריים צבעים / FeSO 4 במים pH 3, צבעים פולימריים / FeSO 4 במים pH 11, פולימריים צבעים / FeSO 4 עם חומצה אצטית, וצבעים פולימריים / FeSO 4 עם אמוניה.
- לקבלת צבע פולימרי, לערבב 5 מ"ל מים מזוקקים עם 1 מ"ל של צבעים פולימריים desalted (1.4).
- לקבלת הפתרונים העוקצניים, להוסיף 0.33 גר 'FeSO 4 לתערובת משלב 2.1.1. מערבולת במרץ לפזר את FeSO 4 לחלוטין.
- לקבלת פתרון מי pH 3 או 11, ולהתאים את ה- pH של מים מזוקקים 5 מיליליטר באמצעות 1 N HCl או 1 N NaOH. לאחר מכן להוסיף 1 מ"ל של צבעים פולימריים desalted (1.4) ו 0.33 גרם של FeSO 4.
- לקבלת דיאלקטרי אצטית או פתרון שטופלו אמוניה, לערבב 1.0 מ"ל של GLחומצה אצטית acial או 1.0 מ"ל של מים אמוניה עם 5 מ"ל מים מזוקקים. לאחר מכן להוסיף 1 מ"ל של צבעים פולימריים desalted (1.4) ו 0.33 גרם של FeSO 4.
- עבור מונומרים צמח, לערבב catechol (0.1 גרם) ו (+) - מימה catechin (0.1 גרם) ב 6 מ"ל של מים מזוקקים, עם או בלי 0.33 גרם של FeSO 4, להשרות את השיער.
- ברגע פתרונות צביעה משלב 2.1 ו -2.2 ערוכים, לחלוטין להשרות 5 ס"מ תלתלים שיער אדם אפור ארוך (0.2 גר ') ב הפתרונות. דגירת תלתלי השיער על 32 מעלות צלזיוס חממה רועדת (160 סל"ד) במשך 2.5 שעות.
- לאחר מכן, להוציא את מחלפות השיער ולשטוף אותם עם מים זורמים. השתמש מייבש שיער אלקטרוני כדי להסיר את הלחות. שינוי צבע נגרמת על ידי צבעים פולימריים ניתן דמיינו בעין בלתי מזוינת.
- כדי להשיג את פרמטרי הצבע (כלומר, * L, *, ו- b *), להעסיק colorimeter קונבנציונלי על פי הפרוטוקול של היצרן. לקמט את השיער tresses לכדור, ובכך מאפשר להם להימדד עם העדשה של colorimeter. חזור על תהליך זה על אזור אחר של השיער עם עדשת colorimeter.
- מדוד את פרמטרי הצבע של כל צמה צבועה שבע פעמים. חישוב ממוצעים וסטיות התקן של הפרמטרים. חישוב ΔE באמצעות הנוסחה: [(100 - * L) 2 + (א *) 2 + (ב *) 2] 1/2.
3. מבחני עמידות הצבע
- ממיסים 200 מ"ג סולפט dodecyl נתרן (SDS) ב 40 מ"ל מים מזוקקים. משרים את שיער צבוע לחלוטין במים SDS המכילים במשך 5 דקות בטמפרטורת החדר. קח את מחלפות שיער ולאחר מכן לשטוף אותם עם מים זורמים מספיק כדי להסיר את דטרגנטים. השתמש מייבש שיער אלקטרוני כדי להסיר את הלחות.
- כדי להשיג את הפרמטרים צבע (כלומר, * L, *, ו- b *), להעסיק colorimeter קונבנציונאלי פי manufacturהפרוטוקול של ER. חזור על השרייה כמתוארת בשלב 3.1 פעם נוספת עם אותו השיער צבוע ולאחר מכן למדוד את הפרמטרים שוב.
- ממיסים 800 מ"ג של SDS ב 40 מ"ל מים מזוקקים. כפי שתואר בשלב 3.1, לחזור על השריית עוד פעמיים עם אותו שיער צבוע. בסך הכל, להתייחס לכל צמת שיער צבוע עם פתרון SDS בסך הכל ארבע פעמים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
ראשית, היכולת צביעה של צבעים פולימריים הושווה לזה של מונומרים הצמחי (כלומר, catechin ו catechol). צבעי פולימריים מושרה שינוי משמעותי צבע שיער קרטין האפור (איור 2 א ו איור 3), בעוד הצבע האפור המולד של השיער נותר יציב מאוד עם מונומרים צמח (מידע לא מוצג). ההשפעות של mordanting סוכנים על יכולות הצביעה של מוצרים פולימריים הוערכו אז. כפי שניתן לראות באיור 2 א, התוספת של יוני Fe ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
מעניין לציין, כי השיטה שלנו הקטינה את הזמן שנדרש כדי לצבוע את שיער קרטין עם polymerizations נגרמת חמצון של phenolics הטבעי. זה גם מושרה צבעי מגווני השיער באמצעות מניפולציות פשוטות של הצבעים פולימריים, כגון שינוי pH ויישום עוקצני.
בשנת הדגירה באתרו של שיער קרטין עם חמצון laccase-זרז של פנולים צמח דורש פעמי דגירה ארוכות מדי כדי להשיג צביעת 7 יעיל. קינטיקה צביעה איטית כזה יכול להיות בגלל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
תודות
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית קרן המחקר של הפרופסור החדש, במימון האוניברסיטה הלאומית של גיונגסאנג (מספר מענק 2015-04-020).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| נתרן דודציל סולפט | פרומגה | H5114 | |
| לקאז מ-Trametes versicolor | Sigma | 38429-1G | פעילות האנזים מסומנת כ-0.53 U/mg |
| (+)-catechin hydrate | Sigma | C1251-5G | |
| 1,2-dihydroxybenzene (catechol) | Sigma | 135011-5G | |
| מי אמוניה | Duksan | 701 | מסומנת כ-25 ~ 30% |
| חומצה אצטית, קרחוני | Duksan | 448 | |
| ברזל (II) סולפט heptahydrate | JUNSEI | 83380-1250 | |
| Ultracell 5 kDa | Amicon | PLCC06210 | |
| תאי אולטרה-סינון מעורבבים | Millipore | דגם 8200 | |
| שיער אפור אנושי | PheonixKorea | לא | |
| זמין Colorimeter | SPEC | JCS-10 | |
| צלחת מרובעת | SPL | 10125 | 125 * 125 * 20 (מ"מ) |
מקורות
- Jeon, J. R., Chang, Y. S. Laccase-mediated oxidation of small organics: bifunctional roles for versatile applications. Trends Biotechnol. 31, 335-341 (2013).
- Kudanga, T., Nyanhongo, G. S., Guebitz, G. M., Burton, S. Potential applications of laccase-mediated coupling and grafting reactions: a review. Enzyme Microb Technol. 48, 195-208 (2011).
- Jeon, J. R., Le, T. T., Chang, Y. S. Dihydroxynaphthalene-based mimicry of fungal melanogenesis for multifunctional coatings. Microb. Biotechnol. 9, 305-315 (2016).
- Jeon, J. R., Baldrian, P., Murugesan, K., Chang, Y. S. Laccase-catalyzed oxidations of naturally occurring phenols: From in vivo biosynthetic pathways to green synthetic application. Microb. Biotechnol. 5, 318-332 (2012).
- Chung, K. T., et al. Mutagenicity and toxicity studies of p-phenylenediamine and its derivatives. Toxicol. Lett. 81, 23-32 (1995).
- Bai, Y. H., et al. p-aminophenol and p-phenylenediamine induce injury and apoptosis of human HK-2 proximal tubular epithelial cells. J. Nephrol. 25, 481-489 (2012).
- Jeon, J. R., et al. Laccase-catalyzed polymeric dye synthesis from plant-derived phenols for potential application in hair dyeing: Enzymatic colorations driven by homo- or hetero-polymer synthesis. Microb. Biotechnol. 3, 324-335 (2010).
- Franca, S. A., Dario, M. F., Esteves, V. B., Baby, A. R., Velasco, M. V. R. Types of hair dye and their mechanisms of action. Cosmetics. 2, 110-126 (2015).
- Ball, V., et al. Deposition mechanism and properties of thin polydopamine films for high added value applications in surface science at the nanoscale. BioNanoSci. 2, 16-34 (2012).
- Barrett, D. G., Sileika, T. S., Messersmith, P. B. Molecular diversity in phenolic and polyphenolic precursors of tannin-inspired nanocoatings. Chem. Commun. 50, 7265-7268 (2014).
- Sileika, T. S., Barrett, D. G., Zhang, R., Lau, K. H. A., Messersmith, P. B. Colorless multifunctional coatings inspired by polyphenols found in tea, chocolate, and wine. Agnew. Chem. 52, 10766-10770 (2013).
- Boonsong, P., Laohakunjit, N., Kerdchoechuen, O. Natural pigments from six species of Thai plants extracted by water for hair dyeing product application. J. Clean. Prod. 37, 93-106 (2012).
- Bechtold, T., Turcanu, A., Ganglberger, E., Geissler, S. Natural dyes in modern textile dyehouses - how to combine experiences of two centuries to meet the demands of the future. J. Clean. Prod. 5, 499-509 (2003).
- Zheng, H., Gao, C., Peng, B., Shu, M., Che, S. pH-responsive drug delivery system based on coordination bonding in a mesostructured surfactant/silica hybrid. J. Phys. Chem. C. 115, 7230-7237 (2011).
- Robbins, C. R. Chemical and physical behavior of human hair. , 5th, Springer. 105-176 (2011).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
