Hier presenteren we een protocol om vooraf gesynthetiseerde polymere producten te gebruiken die zijn afgeleid van door schimmellaccase gekatalyseerde polymerisatie van plantaardige fenolen, al dan niet met beitsmiddelen (bijv. FeSO4), om keratine-haarverven die resistent zijn tegen wasmiddelen te induceren binnen 2,5 uur.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Synthese van Plant Fenol-afgeleide Polymeer Kleurstoffen voor directe of Mordant-gebaseerde verven Hair
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Effectieve verven van het haar door middel van in situ incubatie van keratine haar met de producten van schimmel-laccase gekatalyseerde polymerisatie van plantaardige fenolen is eerder aangetoond. Echter, het verfproces draait lange tijd in beslag dan bij de commerciële haarkleurmiddel producten. Voor dit probleem te overwinnen, pre-gesynthetiseerde polymere producten van de oxidatiereactie van Trametes versicolor laccase op catechine en catechol, met of zonder bijtende middelen (bijv FeSO 4), werkten hier permanent keratine haren verven bereiken in diverse kleuren en tinten . De laccase actie in zure natriumacetaatbuffer geleid tot een diepe zwarte kleur na het koppelen van reacties tussen de plant fenolen. De gekleurde kleurstof producten werden vervolgens ontzout en geconcentreerd met ultrafiltratie. De kleurstoffen, met of zonder bijtende middelen, veroorzaakte een significante toename AE waarden (dwz kleurverschil waarde) in grijs menselijk haar widunne 2,5 uur. Bovendien hebben verschillende kleuren en tinten keratine geïnduceerd afhankelijk van het beitsen en pH-veranderingen. De geverfd haar vertoonde ook een sterke weerstand tegen detergent behandelingen, wat aangeeft dat onze methodes leiden tot permanent verven van het haar kan geven. Over het algemeen, ons werk heeft nieuwe inzicht gegeven in de ontwikkeling van milieuvriendelijke hair-verven methoden als alternatief voor commerciële giftige-diamine gebaseerde kleurstoffen .
Inleiding
Laccases zijn oxidasen die actief zijn in de richting van fenol en polyfenolische verbindingen. Zij zijn geïdentificeerd in verschillende levende organismen, waaronder planten, schimmels, insecten en bacteriën. Hun enzymatische acties bijdragen tot een aantal morfogenetische verschijnselen 1. De enzymen katalyseren enkel elektron oxidatie van het substraat, waardoor de vorming van radicalen die verder gekoppeld met kleine organische en vaste oppervlakken. Dergelijke koppeling werkwijzen leiden tot synthese van oligomeren en polymeren en funtionaliseringen 2, 3. Wanneer laccase substraten uit natuurlijke bronnen, zoals plantaardige fenolen, de enzymatische reacties van groot belang met betrekking tot groene chemie oppervlak. Hier zijn zowel reactanten en katalysatoren zijn uit natuurlijke bronnen. Bovendien zijn de resulterende producten zijn vergelijkbaar met de natuurlijke producten, aangezien het totale reacties bootsen de in vivo synthese van natuurlijke fenolische polymeren, waaronder plantaardige lignine, poly (flavonoid) en humus-waarbij kleine plantfenolsamenstellingen zeer verknoopt door-oxidase radicaalprocessen koppeling 4.
Verkregen uit-laccase gekatalyseerde koppelingsreacties van plantaardige fenolen kan worden gebruikt om grijs haar verven via in situ incubatie en kan worden ontwikkeld als alternatieven voor commercieel beschikbare kleurstoffen 1. Dergelijke alternatieven zijn belangrijk, aangezien de commerciële hair-verfstoffen zijn gebaseerd op p-fenyleendiamine (PPD), PPD-gerelateerde diamineverbindingen, en waterstofperoxide, waarvan is aangetoond dat toxisch, carcinogeen, en allergeen mens 5, 6. In het laccase gekatalyseerde koppelingsreacties, de laccasen en plantaardige fenolen functioneel vervangen waterstofperoxide en p-fenyleendiamine, respectievelijk 7. De verven snelheid van het laccase-systemen is veel langzamer dan die van de commerciële één. In het algemeen, de PPD-gebaseerde verfstoffen hebben minder dan een uur te bereikeneffectief kleurverandering in keratine haar, terwijl de laccase gebaseerde reacties een nacht incubatie 7 vereisen. De langzame verven kinetiek kon worden verklaard door twee mogelijke verschijnselen. Ten eerste, het gebruik van een lage pH-buffer (bijvoorbeeld pH 5) te maximaliseren laccase activiteit is waargenomen dat de mate van zwelling in de keratine matrices, en verhindert daarmee diepe kleurstoffen in de matrices te verlagen. Inderdaad, middelen waardoor de verven reacties verlopen in hoge-pH-omstandigheden aangetoond integraal commerciële haarkleurmiddel producten 8 zijn. Ten tweede is het aantal mogelijke chromofoor moleculen die sterke adsorptie aan oppervlakken keratinevezels tijdens de polymerisatiereactie bleek evenredig met de incubatietijd (dat wil zeggen, de mate van polymerisatie) te zijn. Bijvoorbeeld de transformatie van dopamine polydopamine bleek een sterke hechting op vele ondergronden die gelijktijdig met de vorming van een zwarte kleur 9 was induceren.
In het huidige werk, pre-gesynthetiseerde polymeer verkregen uit T. versicolor-laccase gekatalyseerde oxidatie van catechine en catechol werden gebruikt om keratine haar te behandelen voor het verven. Onze hypothese was dat het adsorptievermogen van de polymeren veel sterker dan het monomere plantaardige fenolen zou zijn en dat zij aanvankelijk zouden vormen laag molecuulgewicht oligomeren. Resultaten toonden aan dat, bij gebruik van de pre-gesynthetiseerde polymeren, de enzymatische oxidatie stroom niet meer nodig was. Dit betekent dat de pH kan worden geregeld en dat metaalionen worden gebruikt haarkleurmiddel behandelingen, ongeacht enzymactiviteit. Dit protocol biedt een eenvoudige en snelle methode om keratine haren in verschillende tinten van kleur te verven tijdens het gebruik van milieuvriendelijke en duurzame plantaardige fenolen (figuur 1).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Bereiding van Plant Fenol-afgeleide Polymeer Kleurstoffen
- Ontbinden catechol (0,1 g) en (+) - catechine-hydraat (0,1 g) in 32 ml 100 mM natriumacetaatbuffer (pH 5,0) en 8 ml absolute ethanol.
- Voeg 10 mg van T. versicolor laccase de catechol en catechine bevattende buffer. Meng krachtig en giet de oplossing in een vierkant petrischaal. Incubeer de schotel bij kamertemperatuur in een schudincubator (25 rpm) gedurende 24 uur. Dramatische kleurverandering van de oplossing van transparant naar donker zwart kan worden waargenomen met het blote oog na laccase veroorzaakte koppelingsreacties.
- Centrifugeer de oplossing gedurende 10 min bij 20.000 xg om de verminderde snelheid onoplosbare polymeerdeeltjes. Gebruik de diepzwarte supernatant voor verdere ontzouten.
- Ontzouten de reactieoplossing met een 5 kDa ultrafiltratie disc. Na concentreren van het reactievolume op 20 ml door middel van ultrafiltratie, wisselen de reactiebuffer door toevoeging van 300 ml gedestilleerd water. Bovendien zullen, met filtreren, concentreren het volume van de oplossing tot 25 ml.
2. verven Oplossingen voor Gray Keratine
- Bereid de volgende zes polymeeroplossingen polymere kleurstoffen, polymere kleurstoffen / FeSO 4, polymeerkleurstoffen / FeSO 4 pH 3 water, polymeerkleurstoffen / FeSO 4 pH 11 water, polymeerkleurstoffen / FeSO 4 met azijnzuur en polymere kleurstoffen / FeSO 4 met ammoniak.
- Voor de polymeerkleurstof, meng 5 ml gedestilleerd water met 1 ml ontzout polymeerkleurstoffen (1,4).
- Voor de beitsmiddelen, voeg 0,33 g FeSO 4 aan het mengsel uit stap 2.1.1. Krachtig vortex de FeSO 4 volledig op te lossen.
- Voor de pH 3 of 11 wateroplossing, breng de pH van 5 ml gedestilleerd water met behulp van 1 N HCl of 1 N NaOH. Voeg vervolgens 1 ml ontzout polymeerkleurstoffen (1,4) en 0,33 g FeSO 4.
- Voor azijn- zuur of ammoniak behandelde oplossing, meng 1,0 ml glacial azijnzuur of 1,0 ml ammoniakwater met 5 ml gedestilleerd water. Voeg vervolgens 1 ml ontzout polymeerkleurstoffen (1,4) en 0,33 g FeSO 4.
- Voor de installatie monomeren, meng catechol (0,1 g) en (+) - catechine-hydraat (0,1 g) in 6 ml gedestilleerd water, met of zonder 0,33 g FeSO 4, om het haar inwerken.
- Zodra de kleurende oplossingen van stap 2,1 en 2,2 worden bereid, geheel weken 5 cm lange grijze haarlokken menselijk (0,2 g) in de oplossing. Incubeer de haarlokken bij 32 ° C in een schudincubator (160 rpm) gedurende 2,5 uur.
- Daarna neem de haarlokken en spoel ze onder stromend water. Gebruik een elektronische föhn om het vocht te verwijderen. Kleurverandering veroorzaakt door de polymère kleurstoffen worden met het blote oog.
- De kleurparameters verkrijgen (bijvoorbeeld, L *, a * en b *), gebruik van een conventionele colorimeter volgens het protocol van de fabrikant. Verkreukelen het haar tResses in een bal, zodat ze kunnen worden gemeten met de lens van een colorimeter. Herhaal dit proces op een ander gebied van het haar met de colorimeter lens.
- Meet de kleur parameters van elk geverfd bomen zeven keer. Bereken gemiddelden en standaarddeviaties van de parameters. Bereken AE met de formule: [(100 - L *) 2 + (a *) 2 + (b *) 2] 1/2.
3. Kleur Duurzaamheid Tests
- Oplossen 200 mg natriumdodecylsulfaat (SDS) in 40 ml gedestilleerd water. Week de geverfd haar volledig in SDS-bevattende water gedurende 5 minuten bij kamertemperatuur. Haal de haarlokken en spoel ze met voldoende stromend water om de wasmiddelen te verwijderen. Gebruik een elektronische föhn om het vocht te verwijderen.
- De kleurparameters verkrijgen (bijvoorbeeld, L *, a * en b *), gebruik van een conventionele colorimeter volgens de fabrikantener's protocol. Herhaal de in stap 3.1 beschreven eens meer met dezelfde geverfd haar inweken en vervolgens opnieuw te meten van de parameters.
- Oplossen 800 mg SDS in 40 ml gedestilleerd water. Zoals beschreven in stap 3,1, herhaal weken tweemaal met hetzelfde geverfd haar. Over het algemeen behandelen elke geverfd haarlok met de SDS-oplossing in totaal vier keer.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Ten eerste, de verfvermogen van polymeerkleurstoffen werd vergeleken met die van plantaardige monomeren (bijvoorbeeld, catechine en catechol). De polymeerkleurstoffen induceerde een significante verandering in de kleur van grijs haar keratine (Figuur 2A en Figuur 3), terwijl de aangeboren grijze kleur van het haar erg stabiel planten monomeren blijven (data niet getoond). De effecten van beitsen agentia op het verven mogelijkhed...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Interessant is dat onze methode verminderde de tijd die nodig was om haar met keratine-oxidant geïnduceerde polymerisatie van natuurlijke fenolen verven. Induceerde ook diverse kleuren in de haar door eenvoudige manipulatie van de polymere kleurstoffen, zoals het veranderen van het pH en toepassen bijtmiddel.
In situ incubatie van keratine haar met laccase-gekatalyseerde oxidatie van plantaardige fenolen vergt te lange incubatietijden effectieve verven 7 te bereiken. Derg...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door het New Professor Research Foundation Program, gefinancierd door de Gyeongsang National University (Subsidienummer 2015-04-020).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Natriumdodecylsulfaat | Promega | H5114 | |
| Laccase van Trametes versicolor | Sigma | 38429-1G | Enzyme-activiteit wordt aangeduid als 0,53 U/mg |
| (+)-catechinehydraat | Sigma | C1251-5G | |
| 1,2-dihydroxybenzeen (catechol) | Sigma | 135011-5G | |
| Ammoniakwater | Duksan | 701 | Ammoniakgeh alte wordt aangeduid als 25 ~ 30% |
| Azijnzuur, glashelder | Duksan | 448 | |
| IJzer (II) sulfaat heptahydraat | JUNSEI | 83380-1250 | |
| Ultracell 5 kDa | Amicon | PLCC06210 | |
| Geremde ultrafiltratiecellen | Millipore | Model 8200 | |
| Menselijk grijs haar | PheonixKorea | Niet beschikbaar | |
| Colorimeter | SPEC | JCS-10 | |
| Vierkante schaal | SPL | 10125 | 125 * 125 * 20 (mm) |
Referenties
- 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).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
