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Chemistry

직접 또는 모던 기반 머리 염색에 대한 공장 페놀 유래 고분자 염료의 합성

doi: 10.3791/54772 Published: December 1, 2016

Abstract

식물 페놀의 곰팡이 락카 - 촉매 중합의 제품과 각질 머리의 현장 배양에 통해 효과적인 머리 염색은 이전에 증명되었다. 그러나, 염색 처리는 모발 염색 상용 제품에 비해 완료하는 데 오랜 시간이 걸린다. 이러한 병목 현상을 극복하기 위해, 또는 매염제 제제 (예를 들면, 다음날에 FeSO4), 여기에서 다양한 색상 및 색조 영구 케라틴 모발 염색을 달성하기 위해 사용 하였다없이 어느 카테킨 및 카테 콜의 락카 베르 Trametes의 산화 반응의 중합체 제품, 중고 합성 . 산성 아세트산 나트륨 완충액에서 락카 동작 식물 페놀과 반응 후 결합 깊은 흑색 착색되었다. 착색 염료 제품은 탈염 및 한외 여과로 농축시켰다. 또는 매염제 에이전트없이 염료, 회색 머리카락 위스콘신 ΔE 값 (즉, 색차 값)의 상당한 증가를 야기얇은 2.5 시간. 또한, 다른 케라틴 색상 및 색조가 매염하여 pH 변화에 따라 유도 하였다. 염색 머리는 또한 우리의 방법은 영원한 머리 염색을 야기 할 수 있음을 나타냅니다, 세제 처리에 강한 저항성을 나타냈다. 전반적으로, 우리의 작업은 상업 독성 디아민 계 염료에 대한 대안으로 환경 친화적 인 헤어 염색 방법을 개발에 새로운 통찰력을 제공하고있다 .

Introduction

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Laccases는 페놀과 폴리 페놀 화합물 대한 활성 옥시 다제이다. 그들은 식물, 균류, 곤충, 박테리아 등 다양한 생물에서 발견되었습니다. 그들의 효소 활동은 여러 형태 발생 현상 일에 기여한다. 효소는 또한 작은 유기물을 고체 표면에 결합되는 라디칼의 형성의 결과로, 기판의 단 전자 산화 촉매. 이러한 커플 링 프로세스는 올리고머 및 폴리머의 합성으로 이어질 및 락카 기판은 식물 페놀과 같은 천연 소스에서 경우 3., 효소 반응이 녹색 화학에 대해 큰 관심의 관능 2, 표면. 여기, 두 반응물과 촉매는 천연 자원으로부터 있습니다. 또한, 얻어진 제품은 전체 반응은 천연 페놀의 생체 내 합성 모방 때문에 식물 리그닌, 폴리 (flavono 중합체를 포함한 상기 천연물 유사한ID)와 상기 부식 - 작은 식물 페놀 화합물 고도로 가교 다제 - 유도 라디칼 커플 4이다.

식물 유래의 페놀 락카 - 촉매 커플 링 반응에서 파생 된 제품은 현장에서 배양 백발을 통해 염색하는데 사용될 수 있고 대안으로 시판 염료로 개발 될 수있다. 상업적 헤어 염색 에이전트 피의 -phenylenediamine (PPD)에 기초하기 때문에 이러한 대안은 중요 PPD 관련 디아민 화합물, 수소, 유독성 발암 것으로 나타났다 옥사이드, 인간 5, 6 알러지.에서 락카 - 촉매 커플 링 반응은 laccases 식물 페놀 기능적 각각 과산화수소 및 P의 -phenylenediamine 7 대체. 그러나, 락카 기반 시스템의 염색 속도가 상업용 하나보다 훨씬 느리다. 일반적으로, PPD 계 염색 제제는 달성 한 시간 미만을 필요각질 머리에 효과적인 색상 변경은 락카 기반 반응이 하룻밤 배양 (7)를 필요로한다. 느린 동역학 염색은 두 가지 현상을 설명 할 수있다. 첫째, 낮은 pH 완충의 사용 (예를 들어, pH가 5) 락카 제 활성을 최대화하기 위해, 따라서 매트릭스에 염료의 깊은 침투를 억제 케라틴 매트릭스 부종의 정도를 감소하는 것으로 관찰되었다. 실제로, pH가 높은 상태에서 진행 염색 반응을 허용 화제는 상업적 모발 염색 제품 (8)에 통합 될 것으로 나타났다. 둘째, 중합 반응 동안 케라틴 표면에 강한 흡수를 나타내는 발색단 가능한 분자의 개수는 배양 시간 (중합 정도)에 비례하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 도파민 polydopamine로의 변환은 흑색 (9)의 형성에 수반되었다 많은 표면에 강한 접착을 유도하는 것으로 나타났다. </ P>

현재의 연구에서, T.에서 얻은 고분자 제품을 미리은 합성 카테킨과 카테 콜 락카 - 촉매 산화 베르 염색 각질 머리를 치료하는 데 사용되었다. 우리는 중합체의 흡착 능력은 모노머 식물 페놀보다 훨씬 더 강할 것이라는 그들은 초기에 저 분자량 올리고머를 형성하는 것으로 가정 하였다. 결과는 프리 - 합성 폴리머를 사용하는 경우, 효소 산화력이 더 이상 필요했던 것을 입증 없다. 이것은 pH가 조절 될 수 있고 그 금속 이온은 효소 활성에 관계없이, 헤어 염색 치료에 사용될 수 있음을 나타낸다. 이 프로토콜은 친환경 및 신 재생 식물 유래 페놀 (그림 1)을 사용하는 동안 색상의 다양 한 음영에서 각질 머리를 염색하는 간단하고 빠른 방법을 제공한다.

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Protocol

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공장 페놀 유래 고분자 염료의 1. 준비

  1. 100 mM의 아세트산 나트륨 완충액 (pH 5.0) 및 무수 에탄올 8 ㎖를 32 ㎖의 카테킨 수화물 (0.1 g) - 카테 콜 (0.1 g) 및 (+) 녹인다.
  2. T. 10 mg을 추가 catechol-과 카테킨 함유 버퍼에 베르의 락카. 격렬하게 혼합 사각형 페트리 접시에 솔루션을 붓는다. 24 시간 동안 진탕 배양기 (25 회전)에 실온에서 접시를 품어. 짙은 검정색 투명의 용액의 색상의 극적인 변화는 락카 유도 커플 링 반응 후 육안으로 관찰 할 수있다.
  3. 불용성 고분자 입자를 스핀 다운하기 위해 20,000 XG에서 10 분 동안 솔루션을 원심 분리기. 더 탈염에 대한 깊은 블랙 뜨는을 사용합니다.
  4. 5 kDa의 한외 여과 디스크와 반응 액을 탈염. 한외 여과 내지 20 ㎖의 반응 부피를 농축 한 후, 증류수 300 ㎖에 첨가하여, 반응 완충액을 교환. 마지막으로, 여과하여, 25 ㎖의 상기 용액의 부피를 농축시킨다.

회색 케라틴 헤어 2. 염색 솔루션

  1. 다음 여섯 가지 폴리머 솔루션을 준비 : 고분자 염료, 고분자 염료 / 다음날에 FeSO4, 고분자 염료 / 다음날에 FeSO4의 pH 3 물, 고분자 염료 / 다음날에 FeSO4 pH를 11 물, 고분자 염료 / 병용했을 아세트산 4, 및 고분자 염료 / 병용했을 암모니아 4.
    1. 중합체 염료, 탈염 중합체 염료 (1.4) 1 ㎖ 증류수 5 mL를 섞는다.
    2. 매염제 솔루션의 단계 2.1.1에서 혼합물에 다음날에 FeSO4의 0.33 g을 추가합니다. 격렬하게 소용돌이 완전히 다음날에 FeSO4를 용해한다.
    3. pH를 3 ~ 11 수용액의 경우, 1 N 염산 또는 1 N의 NaOH를 사용하여 5 ㎖의 증류수의 pH를 조정한다. 그런 다음 탈염 고분자 염료 (1.4) 다음날에 FeSO4의 0.33 g 1 ㎖를 추가합니다.
    4. 아세트산 산성 또는 암모니아 처리 솔루션의 경우, GL 1.0 ㎖의 혼합acial 아세트산 또는 증류수 5 mL를 암모니아수 용액 1.0. 그런 다음 탈염 고분자 염료 (1.4) 다음날에 FeSO4의 0.33 g 1 ㎖를 추가합니다.
  2. 의 머리를 흡수하기 위해, 또는 다음날에 FeSO4의 0.33 g없는 증류수 6 ml의에 카테킨 수화물 (0.1 g) - 식물 단량체를 들어, 카테 콜 (0.1 g) 및 (+)를 섞는다.
  3. 즉시 단계 2.1 및 2.2에서 염색 솔루션이 준비 될 때, 완전히 솔루션에서 5 cm 긴 회색 머리카락 다발 (0.2 g)을 흡수. 2.5 시간 동안 진탕 배양기 (160 RPM)에서 32 ° C에서 머리 다발을 품어.
  4. 그 후, 모발 다발을 꺼내 흐르는 물로 씻어. 습기를 제거하기 위해 전자 헤어 드라이어를 사용합니다. 중합체 염료에 의한 색상의 변화를 육안으로 가시화 될 수있다.
    1. 색 파라미터를 얻기 위해 (즉, L *, a * 및는 B *), 제조자의 프로토콜에 따라 종래의 색채를 채용한다. 머리 t을 구겨따라서 이들을 색채의 렌즈로 측정 될 수 있도록 공으로 resses. 색도계 렌즈와 머리의 다른 지역에이 과정을 반복합니다.
    2. 각 염색 머릿 일곱 번 컬러의 파라미터를 측정한다. 평균 및 매개 변수의 표준 편차를 계산합니다. 식을 사용하여 ΔE를 계산한다 : [(100 - L의 *) 2 + (a *) 2 + (b *) 2] 1/2.

3. 색상 내구성 테스트

  1. 40ml의 증류수에 황산 도데 실 나트륨 (SDS) 200 mg을 용해. 실온에서 5 분간 SDS 함유 물에 완전히 염색 된 모발을 담근다. 머리 다발을 꺼내 한 후 세제를 제거하기에 충분한 수돗물로 씻어. 습기를 제거하기 위해 전자 헤어 드라이어를 사용합니다.
  2. 색 파라미터를 얻기 위해 (즉, L *, a *B는 *)에 따른 manufactur의 종래의 색채를 채용어의 프로토콜입니다. 같은 염색 머리를 한 번 더 단계 3.1에 설명 된 균열을 반복 한 후 다시 매개 변수를 측정합니다.
  3. 증류수 40 ㎖에 800 mg의 SDS를 녹인다. 단계 3.1에 기재된 바와 같이, 더욱 동일한 염색 된 머리 회 침지 반복한다. 전반적으로, SDS 용액을 4 회 총 염색 각 머리칼을 치료.

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Representative Results

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우선, 중합체 염료의 염색 능력은 식물 유래의 단량체 (예, 카테킨, 및 카테 콜)의 것과 비교 하였다. 모발의 타고난 그레이 색 (데이터 미도시) 식물 단량체 매우 안정적으로 유지하면서 고분자 염료 회색 모발 케라틴 (도 2a 및도 3)의 색상에 큰 변화를 야기. 고분자 제품의 염색 능력에 에이전트를 매염의 효과는 다음 평가 하였다. 도 2a에 도시 된 바와 같이, 철 이온의 첨가는 회색 모발의 케라틴 ΔE 값의 증가없이되었다. 그러나, 머리 색이 크게 철 이온 (도 3)를 사용하여 변화시켰다. 매염 제는 식물 페놀 단량체와 채색을 유도 할 수 있는지 여부를 확인하기 위해, 철 이온은 산화하지 않고, 중합 모노머에 첨가 하였다. 즉시 철 이온이하는 ACI의 단량체와 용해으로DIC 아세트산 나트륨 반응 완충액 깊은 흑색 (데이타 미기재) 바로 나타났다. 또한, Fe 및 공장 단량체 페놀의 복합체 (그림 3), 회색 머리카락을 염색 깊은 블랙에 그레이 컬러의 효율적인 변환의 결과에 효과적인 것으로 입증되었다. 유한 요소 플랜트 페놀 염료 인한 ΔE 값은 중합체 염료 (도 2a)의 것보다 높았다.

pH의 변화가 철 이온 고분자 염료 단지, 낮은 pH와 각질 머리의 염색 효율에 영향을 미치는 여부를 평가하기 위해 (pH가 3을 조정하고 아세트산 산 함유 물)을하여 pH에서 높은 pH (11 조정 및 암모니아 함유 물)을 시험 하였다. 도 2a에 도시 된 바와 같이, 이러한 pH 변화는 고분자 염료의 효과는 반대로 ΔE 값의 작은 변화되었다. 그러나, 염색 머리에서 보이는 색상은 pH의 조정에 따라 크게 변화 않았다에이전트는 (그림 3)를 사용 하였다. 흥미롭게도, 염산의 사용으로 인한 모발의 색은 pH 조절에서의 외관상 유사한 역할에도 불구하고, 아세트산 의한 것과는 다르다. 다른 머리 색은 수산화 나트륨과 암모니아의 결과. 세 가지 색상 매개 변수 (즉, 0 (검정)에서 100 (흰색)에 이르기까지 L의 * -100 (녹색) 100-100 (빨간색) -100 (블루에 이르기까지 *)에 이르기까지 * (노란색 도 2b에 도시 된 바와 같이)) 우리 모발 염색 후 비교 하였다. ΔE 값은 다른 염색 조건에 약간 차이가 있지만, 컬러 파라미터 (도 3) 상대적으로 (도 2b) 다른 모발 다발의 다양한 가시 색상과 일치 하였다.

최종적으로 염색 된 모발 세정제 저항 조사 하였다. 그림 4에서 볼 수 있듯이, 모든 염색 머리는 일반적으로 유지 그들의(16)와 함께 또는없이 고분자 염료는 영구 염색 결과 매염을 나타내는 반복 SDS 처리에 대한 E 값. 중합없이 식물 단량체를 사용한 경우, ΔE 값이 적용 SDS먼트의 수 (도 4)에 반비례 하였다. 고분자 염료 만 또는 다음날에 FeSO4와 함께 사용했을 때 달리, 염색 더 안정 하였다.

그림 1
친환경 및 신 재생 식물 유래 페놀 표시됩니다 사용하는 동안 식물 페놀 계 고분자 염료 합성 및 각질 머리 염색에서의 응용 프로그램에 대한 그림 1. 계획. 간단하고 빠른 방법은 색상의 다양 한 음영에서 각질 머리를 염색 할 수 있습니다. 를 클릭하십시오 여기이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.


염색 된 모발의도 2 색 평가. (A) ΔE 값 (SD ± N = 7) 및 (B) 삼색 파라미터 (L *, a *b *) 다른 반응 조건 하에서 분배. 클릭하세요 여기이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.

그림 3
다양한 반응 조건 하에서 염모제도 3의 사진 용 화상 (A) 만 버진 회색 인간 모발.; (B) 중합체 염료; (C) 중합체 염료 / 다음날에 FeSO4; (D) 아세트산과 고분자 염료 / 다음날에 FeSO4; (E) 고분자 염료 / pH를 11 물에 다음날에 FeSO4; (F) 고분자 염료 / pH 3으로 물에 다음날에 FeSO4; (G) 고분자 염료 / 암모니아와 병용했을 4; (H) 단량체 / 다음날에 FeSO4. 스케일 바는 0.5 cm입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
그림 4. 색상 반복 세제 치료에 염색 머리의 내구성. 직접 염색 (고분자 염료)의 더 큰 안정 효과와 폴리머 제품 매염 (고분자 염료 / 다음날에 FeSO4)가 아니라 (단량체 / 다음날에 FeSO4)을 나타내었다 단량체와 매염보다 ( ± SD, N = 7). LAR을 보려면 여기를 클릭하십시오이 그림의 게르 버전입니다.

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Discussion

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흥미롭게도, 우리의 방법은 천연 페놀의 산화제에 의한 중합와 각질 머리를 염색하는 데 걸린 시간을 감소시켰다. 그것은 또한 pH를 변경하고 매염제인가와 중합체 염료의 간단한 조작을 통해 머리에 다양한 색상을 유도.

식물 페놀의 락카 - 촉매 산화와 각질 머리의 현장 배양에 효과적인 염색 (7)를 달성하기 위해 지나치게 긴 배양 시간이 필요합니다. 느린 염색 동역학으로 인해 식물 페놀의 빈약 한 결합 능력에 따라서 형성되고, 상대적으로 높은 분자량 중합체까지 실제 모발 염색의 시작 시간을 지연시키는, 매우 낮은 분자량을 갖는 초기 올리고머 일 수있다. 직접 중합하여 제품 (도 2a 및 4)을 강하게 상기 가설을지지 할 때 빠른 모발 염색 색상 내구성을 관찰했다. CHR의 증가 결합 능력과 존재폴리머의 omophore 영구 머리 염색의 빠른 속도에 기여 할 수 있습니다. 다른 연구자들은 어떤 단량체 페놀 특정 표면에 잘 결합 할 수있는 것으로 도시 하였지만, 외부 자극의 존재하에 결합 내구성 저자 매우 온화한 조건 (10), (11). 또한, 발색단의 밑에 결합 현상을 평가로서, 불명확 테스트 단량체 화합물에 존재하지 않았다. 고 분자량의 다수의 강한 결합 특성을 나타내는 다채로운 페놀 중합체 따라서 충분히 형성되어 있기 때문에,이 프로토콜에서 가장 중요한 단계는 24 시간 항온 반응 한 후 얻어진 제품을 사용하는 것이다.

몇몇 연구는 직물 (13)을 12 염색 금속 이온 - 페놀 복합체를 사용한 이러한 염색 현상에 대한 두 가지 가능한 메커니즘들이있다 :. 금속 이온 - 페놀 복합체 발색단 역할이나 금속 이온 양방향 페놀류와 SURFAC 좌표ES는 단지의 강한 첨부 파일로 이어지는, 염색한다. 중합체 제품 및 단량체와 금속 이온의 배위는 각각 색의 변화 및 생성 될 수 있기 때문에, 철 이온 (도 2b 및도 4)의 존재에 따라 헤어 컬러의 변화는, 전술 한 메카니즘 모두 일치 . 또한, 상세한 배위 결합 구조는 약물 전달 시스템 (14)에서 관찰 된 바와 같이, pH 변화에 의해 변조되어있다. 이 pH 변화에 수반을 매염하는 발색단의 구조 변형을 통해 다양한 색상의 변경을 초래할 것이라는 점을 시사하는 것이 부당하지 않습니다. 일반적으로, 매염 천연 식물의 염색 능력을 향상 13를 추출하는 것으로 생각된다. 그러나와 철 이온 (도 2A)없는 중합체 염료 ΔE 값의 유사성을 표시하는 염료 주로 변화와 철의 코디D 그림 3에서와 같이 서로 다른 색상의 염색 머리, 결과 발색단. 높은 pH가 암모니아의 물과 같은 높은 pH 에이전트가 알려져 있기 때문에, 염색 모발의 높은 ΔE 값으로 이어질 것 케라틴 섬유가 따라서 증가, 부어 될 원인 확산율 8 염료. 머리 행렬이 조여 때 이러한 확산 염료는 다음 캡처됩니다. 그러나, 염색 머리의 ΔE 값은 고분자 염료의 능력이 더 머리 표면에 결합하는 것을 나타내는, 높은 pH 또는 암모니아와 약간의 변경 각질의 붓기보다이 프로토콜에서 머리 염색을 설명합니다.

색상 내구성 모발 염색이 매우 중요하며, 염색 방법은 외부 자극의 존재 하에서 내구성 염료를 생성한다. 특히, 매일 샴푸는 염색 머리 8 페이드 가장 중요한 자극이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 우리의 염색 방법은 반복 SDS 치료에 매우 내성이 있었다. 큰 역직접 염색 (고분자 염료)의 효과를 bilizing 및 폴리머 제품 매염 (고분자 염료 / 다음날에 FeSO4) 오히려 단량체와 매염보다 (단량체 / 병용했을 4) 그림 4와 같이, 때문에 고분자의 큰 분자량에되었을 수도 있습니다 염료. 금속 이온이 중합체 염료 및 케라틴 표면 가교되는 효율 명백하게 염료의 평균 분자 크기에 의존. 모발의 멜라닌, 아미노산, 단백질, 지질 및 15을 포함하는 다양한 물질로 구성된다. 또한 연구가이 프로토콜은 인간의 머리카락 다양한 종류의에 효과가 있는지 여부를 확인하기 위해 수행되어야한다. 또한, 우리 재료 천연 공급원으로부터 유도된다하더라도 인간 세포에 엄격한 독성 시험은 완전히 비 독성을 보장하기 위해 필요하다.

전체적으로, 우리는 여기에서 COMMERC 친환경 소재를 사용하여 영구적 인 케라틴 모발 염색을 유도 할 수있는 잘 정의 된 방법을 제공하는시간의 ially 허용 짧은 기간. 케라틴 모발 중합체 염료의 직접 결합 특성을 드러내는 우리의 데이타에 기초하여, 우리의 중합 성 염료는 시판 PPD 계 모발 염색 제품에서 활성 성분의 역할을 할 수 있도록 상기 방법이 개발 될 것이다.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium dodecyl Sulfate Promega H5114
Laccase from Trametes versicolor Sigma 38429-1G Enzyme activity is denoted as 0.53 U/mg
(+)-catechin hydrate Sigma C1251-5G
1,2-dihydroxybenzene (catechol) Sigma 135011-5G
Ammonia water  Duksan 701 Ammonia contents is denoted as 25 ~ 30%
Acetic acid, glacial Duksan 448
Iron(II) sulfate heptahydrate JUNSEI 83380-1250
Ultracell 5 kDa Amicon PLCC06210
Stirred ultrafiltration cells Millipore Model 8200
Human gray hair PheonixKorea Not available
Colorimeter SPEC JCS-10
Square dish SPL 10125 125 * 125 * 20 (mm)

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References

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Im, K. M., Jeon, J. R. Synthesis of Plant Phenol-derived Polymeric Dyes for Direct or Mordant-based Hair Dyeing. J. Vis. Exp. (118), e54772, doi:10.3791/54772 (2016).More

Im, K. M., Jeon, J. R. Synthesis of Plant Phenol-derived Polymeric Dyes for Direct or Mordant-based Hair Dyeing. J. Vis. Exp. (118), e54772, doi:10.3791/54772 (2016).

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