Abstract
El teñido del cabello eficaz a través de incubación en situ de la queratina del cabello con los productos de polimerización catalizada por lacasa fúngica de fenoles de plantas se ha demostrado anteriormente. Sin embargo, el proceso de teñido tarda mucho tiempo para completar comparación con los productos de pelo teñido comerciales. Para superar este cuello de botella, pre-sintetizaron productos poliméricos de la reacción oxidativa de Trametes versicolor lacasa en catequina y catecol, ya sea con o sin agentes mordientes (por ejemplo, FeSO 4), fueron aquí empleado para alcanzar el teñido del cabello queratina permanente en varios colores y tonos . La acción lacasa en tampón de acetato de sodio ácida dio lugar a una coloración negro profundo después de reacciones de acoplamiento entre los fenoles vegetales. Los tintes de color se desalaron y se concentraron con ultrafiltración. Los colorantes, con o sin agentes mordientes, provocaron un aumento significativo en los valores de Delta E (es decir, el valor de diferencia de color gris) en wi cabello humanodelgadas de 2,5 horas. Además, los diferentes colores de queratina y las cortinas se indujeron dependiendo de las mordentado y cambios de pH. El cabello teñido también exhibió una fuerte resistencia a los tratamientos de detergentes, lo que indica que nuestros métodos pueden dar lugar a la coloración del cabello permanente. En general, nuestro trabajo ha proporcionado nuevos penetración en el desarrollo de métodos de cabello teñido ecológicos como alternativas a los colorantes a base de diamina tóxicos comerciales .
Introduction
Las lacasas son oxidasas que son activos frente a compuestos fenólicos y polifenólicos. Han sido identificados en varios organismos vivos, incluyendo plantas, hongos, insectos y bacterias. Sus acciones enzimáticas contribuyen a varios fenómenos morfogenética 1. Las enzimas catalizan la oxidación de un solo electrón de los sustratos, lo que resulta en la formación de radicales que se acoplan además a pequeños compuestos orgánicos y a las superficies sólidas. Tales procesos de acoplamiento conducen a la síntesis de oligómeros y polímeros y para funcionalizaciones 2, 3. Cuando los sustratos son de lacasa a partir de fuentes naturales, tales como compuestos fenólicos vegetales, las reacciones enzimáticas son de gran interés con respecto a la química verde superficie. Aquí, ambos reactivos y catalizadores son de fuentes naturales. Además, los productos resultantes son similares a los productos naturales, ya que las reacciones generales imitan la síntesis in vivo de fenólicos naturales polímeros, incluyendo la lignina de la planta, poli (flavonoid), y compuestos fenólicos vegetales en humus en el que pequeños son altamente reticulado por acoplamiento radical oxidasa inducida por 4.
Los productos derivados de las reacciones de acoplamiento catalizada por lacasa de fenoles derivados de plantas se pueden utilizar para teñir el cabello gris a través de incubación en situ y se pueden desarrollar como alternativas a los colorantes comercialmente disponibles 1. Estas alternativas son importantes, ya que los agentes de teñido de cabello comerciales se basan en p-fenilendiamina (PPD), los compuestos de diamina relacionados PPD-y peróxido de hidrógeno, que se han demostrado ser tóxicos, carcinogénicos, y alergénico para el ser humano 5, 6. En las reacciones de acoplamiento catalizadas de lacasa, las lacasas y fenoles vegetales reemplazar funcionalmente peróxido de hidrógeno y p-fenilendiamina, respectivamente 7. Sin embargo, la velocidad de teñido de los sistemas basados en la lacasa es mucho más lento que el de la comercial. En general, los agentes de coloración a base de PPD requieren menos de una hora para lograrcambio de color eficaz en la queratina del cabello, mientras que las reacciones a base de lacasa requieren una incubación durante la noche 7. La cinética de tintura lentos podrían explicarse por dos fenómenos posibles. En primer lugar, el uso de un tampón de bajo pH (por ejemplo, pH 5) para maximizar la actividad de la lacasa se ha observado para disminuir el grado de hinchazón en las matrices de queratina, inhibiendo así la profunda penetración de los colorantes en las matrices. De hecho, los agentes que permiten las reacciones de teñido de proceder en condiciones de alto pH se ha demostrado que ser parte integral de productos de cabello teñido comerciales 8. En segundo lugar, el número de posibles moléculas de cromóforos que presentan fuerte adsorción a las superficies de queratina durante la reacción de polimerización se ha demostrado que es proporcional al tiempo de incubación (es decir, el grado de polimerización). Por ejemplo, se demostró que la transformación de la dopamina a polydopamine para inducir una fuerte adhesión a muchas superficies que era concomitante con la formación de un color negro 9. </ P>
En el presente trabajo, pre-sintetizaron productos poliméricos obtenidos a partir de T. versicolor oxidación catalizada por la lacasa de catequina y catecol se utilizaron para tratar la queratina del cabello para el teñido. La hipótesis de que la capacidad de adsorción de los polímeros sería mucho más fuerte que el de los fenoles de plantas monoméricos y que sería inicialmente formar oligómeros de bajo peso molecular. Los resultados demostraron que, cuando se utilizan los polímeros pre-sintetizado, el poder de oxidación enzimática ya no era necesario. Esto indica que el pH puede ser controlado y que los iones metálicos se puede utilizar en tratamientos para el cabello teñido, independientemente de la actividad de la enzima. Este protocolo proporciona un método sencillo y rápido para teñir el cabello de queratina en varios tonos de color, mientras que el uso respetuoso del medio ambiente y son renovables fenólicos derivados de plantas (Figura 1).
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Protocol
1. Preparación de tintes poliméricos derivados de fenol Plant
- Disolver catecol (0,1 g) y (+) - catequina hidrato (0,1 g) en 32 ml de tampón de 100 mM acetato de sodio (pH 5,0) y 8 ml de etanol absoluto.
- Se añaden 10 mg de T. versicolor lacasa a la catecol y tampón que contiene catequina. Mezclar vigorosamente y verter la solución en un plato cuadrado de Petri. Incubar la placa a temperatura ambiente en un incubador de agitación (25 rpm) durante 24 hr. dramático cambio de color de la solución de transparente a negro oscuro se puede observar a simple vista después de las reacciones de acoplamiento de lacasa-inducida.
- Centrifugar la solución durante 10 min a 20.000 xg, a fin de girar hacia abajo partículas poliméricas insolubles. Utilice el sobrenadante negro profundo para su posterior desalación.
- Desalar la solución de reacción con un disco de ultrafiltración 5 kDa. Después de concentrar el volumen de reacción a 20 ml a través de ultrafiltración, intercambiar el tampón de reacción mediante la adición de 300 ml de agua destilada. Por último, el uso de la filtración, se concentra el volumen de la solución a 25 ml.
2. Soluciones de teñido de gris pelo de la queratina
- Preparar las seis soluciones poliméricas siguientes: colorantes poliméricos, colorantes poliméricos / FeSO 4, tintes poliméricos / FeSO 4 en pH 3 agua, tintes poliméricos / FeSO 4 en pH 11 agua, tintes poliméricos / FeSO 4 con ácido acético, y colorantes poliméricos / FeSO 4 con amoniaco.
- Para el tinte polimérico, mezclar 5 ml de agua destilada con 1 ml de los tintes poliméricos desaladas (1.4).
- Para las soluciones mordientes, añadir 0,33 g de FeSO 4 a la mezcla de la etapa 2.1.1. Vigorosamente vórtice para disolver el FeSO 4 completamente.
- Para la solución de pH 3 o 11 agua, ajustar el pH de 5 ml de agua destilada utilizando 1 N HCl o NaOH 1 N. A continuación, añadir 1 ml de los colorantes poliméricos desaladas (1.4) y 0,33 g de FeSO4.
- Para ácido acético o solución tratada con amoníaco, mezclar 1,0 ml de GLácido acético acial o 1,0 ml de agua amoniacal con 5 ml de agua destilada. A continuación, añadir 1 ml de los colorantes poliméricos desaladas (1.4) y 0,33 g de FeSO4.
- Para los monómeros de la planta, la mezcla de catecol (0,1 g) y (+) - catequina hidrato (0,1 g) en 6 ml de agua destilada, con o sin 0,33 g de FeSO 4, para empapar el cabello en.
- Tan pronto como se preparan las soluciones de teñido desde el paso 2.1 y 2.2, empape completamente 5 cm largas trenzas grises del pelo humano (0,2 g) en las soluciones. Se incuban las trenzas de cabello a 32 ° C en una incubadora con agitación (160 rpm) durante 2,5 horas.
- A continuación, sacar las trenzas de cabello y enjuague con agua corriente. Use un secador de pelo electrónico para eliminar la humedad. El cambio de color causado por los medios poliméricos puede ser visualizado con el ojo desnudo.
- Para obtener los parámetros de color (es decir, L *, a *, y b *), emplean un colorímetro convencional de acuerdo con el protocolo del fabricante. Arrugar el pelo tResses en una bola, lo que les permite ser medidos con la lente de un colorímetro. Repita este proceso en una región diferente del cabello con la lente colorímetro.
- Medir los parámetros de color de cada mechón teñido siete veces. Calcular los promedios y las desviaciones estándar de los parámetros. Calcular Delta E usando la fórmula: [(100 - L *) 2 + (a *) 2 + (b *) 2] 1/2.
3. Las pruebas de durabilidad del color
- Disolver 200 mg de dodecilsulfato de sodio (SDS) en 40 ml de agua destilada. Remojar el pelo teñido completamente en el agua que contiene SDS durante 5 min a temperatura ambiente. Sacar las trenzas de cabello y luego enjuague con suficiente agua corriente para eliminar los detergentes. Use un secador de pelo electrónico para eliminar la humedad.
- Para obtener los parámetros de color (es decir, L *, a *, y b *), emplean un colorímetro convencional de acuerdo con la Manufacturprotocolo de ER. Repita el remojo describe en el paso 3.1, una vez más con el mismo pelo teñido y luego medir los parámetros de nuevo.
- Disolver 800 mg de SDS en 40 ml de agua destilada. Como se describe en el paso 3.1, repita el remojo dos veces más con el mismo pelo teñido. En general, el tratamiento de cada mechón de pelo teñido con la solución de SDS un total de cuatro veces.
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Representative Results
En primer lugar, la capacidad de teñido de tintes poliméricos se comparó con la de los monómeros derivados de las plantas (es decir, catequina y catecol). Los colorantes poliméricos indujeron un cambio significativo en el color de la queratina del cabello gris (Figura 2A y la Figura 3), mientras que el color gris innata del cabello se mantuvo muy estable con monómeros de plantas (datos no mostrados). a continuación, se evaluaron los efectos de los agentes sobre las capacidades de teñido de productos poliméricos mordanting. Como se ve en la Figura 2A, la adición de iones Fe condujo a ningún aumento en el valor Delta E de la queratina del cabello gris. Sin embargo, el color del pelo se cambió de forma significativa con el uso de iones Fe (Figura 3). Para comprobar si los agentes mordentado pueden inducir la coloración con monómeros fenólicos vegetales, los iones Fe también se han añadido a los monómeros sin polimerización oxidativa. Tan pronto como los iones Fe se disolvieron con los monómeros en una aciDIC tampón de reacción de acetato de sodio, un color negro profundo apareció inmediatamente (datos no mostrados). Por otra parte, los complejos de Fe y fenoles monoméricos de plantas resultaron ser eficaces en el teñido de cabello humano gris, lo que resulta en una transformación eficiente de el color gris al negro profundo (Figura 3). El valor de? E resultante de colorante fenol Fe-planta fue mayor que la de los colorantes poliméricos (Figura 2A).
Para evaluar si un cambio en el pH afecta a la eficiencia de teñido del pelo de la queratina con Fe complejos de colorante de ion-polimérica, bajo pH (de pH 3 ajustado y acético aguas que contiene ácido) y pH alto (de pH 11-ajustados y amoníaco que contienen Waters) se probaron. Como se ve en la Figura 2A, tales cambios de pH condujo a un pequeño cambio en el valor de? E, contrario al efecto de los colorantes poliméricos. Sin embargo, los colores visibles de pelo teñido cambiaron marcadamente en función del pH en marchaagente se utilizó (Figura 3). Curiosamente, el color de pelo que resulta de la utilización de HCl difería de la que resulta de ácido acético, a pesar de sus funciones aparentemente similares en el control de pH. Los diferentes colores de pelo también el resultado de NaOH y amoniaco. Los tres parámetros de color (es decir, L * que va de 0 (negro) a 100 (blanco), a * que va desde -100 (verde) a 100 (rojo), y b * que va desde -100 (azul) a 100 (amarillo )) de nuestro cabello teñido entonces se compararon, como se muestra en la Figura 2B. Aunque los valores Delta E difieren sólo ligeramente de las diferentes condiciones de tinción, los parámetros de color eran relativamente dispares (Figura 2B), en consonancia con los diversos colores visibles de los mechones de cabello (Figura 3).
Finalmente, se comprobó la resistencia a los detergentes del cabello teñido. Como se ve en la Figura 4, todo el pelo teñido mantiene generalmente su16; los valores de E contra SDS tratamientos repetidos, lo que indica que los colorantes poliméricos con o sin mordentado resultaron en el teñido permanente. Cuando se utilizaron los monómeros de plantas sin polimerización, los valores Delta E fueron inversamente proporcional al número de tratamientos aplicados de SDS (Figura 4). Por el contrario, la tinción fue más estable cuando se utilizaron sólo o con FeSO 4 colorantes poliméricos.
Figura 1. Esquema para la síntesis de colorantes poliméricos a base de fenol planta y su aplicación en el teñido del cabello queratina. Un método sencillo y rápido para teñir el pelo de la queratina en varios tonos de color, mientras que el uso ecológico y compuestos fenólicos derivados de plantas renovables se muestra. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Evaluación del color del cabello teñido. (A) los valores de Delta E (± SD, n = 7) y (B) la distribución de los tres parámetros de color (L *, a *, b *) bajo diferentes condiciones de reacción. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. imágenes fotográficas de tintes para el cabello en diferentes condiciones de reacción (A) sólo Vírgenes pelos humanos; grises. (B) colorantes poliméricos; (C) colorantes poliméricos / FeSO 4; (D) tintes poliméricos / FeSO 4 con ácido acético; (E) Tintes poliméricos / FeSO 4 en pH 11 agua; (F) colorantes poliméricos / FeSO4 en el pH del agua 3; (G) colorantes poliméricos / FeSO4 con amoniaco; (H) Los monómeros / FeSO 4. La barra de escala es de 0,5 cm. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4. Color durabilidad de pelo teñido de tratamientos repetidos de detergente. Los mayores efectos estabilizadores de coloración directa (colorantes poliméricos) y mordentado con productos poliméricos (tintes y polímero / FeSO4) en lugar de mordentado con monómeros (monómeros / FeSO4) se muestra ( ± SD, n = 7). Haga clic aquí para ver una larger versión de esta figura.
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Discussion
Curiosamente, este método reduce el tiempo que tomó para teñir el cabello de queratina con polimerizaciones oxidantes inducidos de compuestos fenólicos naturales. También induce diversos colores en el cabello a través de manipulaciones simples de los colorantes poliméricos, tales como el cambio del pH y la aplicación de mordiente.
En la incubación in situ de la queratina del cabello con oxidación lacasa catalizada de fenoles planta requiere excesivamente largos tiempos de incubación para alcanzar el teñido eficaz 7. Tales cinética de tintura lento puede ser debido a las capacidades de unión pobres de fenoles de plantas y para los oligómeros iniciales que tienen pesos moleculares muy bajos, retrasando así el tiempo de inicio de teñido del cabello real hasta que polímeros con pesos moleculares relativamente altos se forman. La rápida teñido del cabello y el color durabilidad observa cuando directamente usando los productos poliméricos (Figuras 2A y 4) apoyar firmemente la hipótesis anterior. El aumento de la capacidad de unión y la presencia de un chromophore en los polímeros puede haber contribuido a la rápida velocidad de teñido del cabello permanente. Aunque otros investigadores han demostrado que algunos compuestos fenólicos monoméricos son capaces de unirse bien a ciertas superficies, la durabilidad de unión en presencia de los estímulos externos no está claro, ya que los autores evaluaron los fenómenos de unión en condiciones muy suaves 10, 11. Además, un cromóforo no estaba presente en los compuestos monoméricos probadas. Por lo tanto, el paso más crítico en este protocolo es el uso de los productos resultantes de las reacciones se incubaron las 24 horas, debido a que un gran número de alto peso molecular, polímeros fenólicos de colores que exhiben fuertes propiedades de unión se forman tanto suficientemente.
Varios estudios han utilizado complejos de iones de metales de fenol para la coloración de las telas 12, 13 Hay dos posibles mecanismos de estos fenómenos de teñido:. Los complejos de ion-fenol de metal actúan como cromóforos, o los iones metálicos bidireccionalmente coordinan los fenoles y el surfacES para ser teñidas, lo que lleva a una fuerte unión de los complejos. La variabilidad en el color del cabello, dependiendo de la presencia de iones Fe (Figuras 2B y 4) es consistente con ambos de los mecanismos anteriores, debido a la coordinación de los iones metálicos con los productos poliméricos y monómeros puede dar lugar a un cambio y generación de color, respectivamente . Además, las estructuras detalladas de unión de coordinación pueden haber sido modulada por los cambios de pH, como se observa en los sistemas de administración de fármacos 14. Por lo tanto, no es razonable sugerir que mordanting concomitante con cambios de pH daría lugar a diversos cambios de color a través de las transformaciones estructurales del cromóforo. En general, se cree mordentado para mejorar la capacidad de teñido de extractos naturales de plantas 13. Sin embargo, la similitud de los valores Delta E de los colorantes poliméricos con y sin Fe iones (Figura 2A) indicó que la coordinación de la Fe con los colorantes principalmente de cambiod del cromóforo, dando como resultado el pelo teñido de diferentes colores, como se ve en la Figura 3. pH alto conduciría a altos valores de Delta E de pelo teñido, porque se conocen agentes de pH alto como el agua de amoniaco para producir fibras de queratina se hinchen, lo que aumenta teñir velocidades de difusión 8. Tales tintes difundidos son capturados cuando las matrices para el cabello vuelva a apretar. Sin embargo, los valores Delta E de pelo teñido cambian poco con pH alto o el amoníaco, lo que indica que la capacidad de los colorantes poliméricos se una a la superficie del cabello mejor describe el teñido del cabello en este protocolo que hace hinchazón queratina.
durabilidad El color es muy importante en el teñido del cabello, y los métodos de teñido debe producir colorantes que son duraderos en presencia de los estímulos externos. En particular, champú diario es el estímulo más importante que se desvanece el pelo teñido 8. Como se ve en la Figura 4, nuestros métodos de tinción eran muy resistentes a los tratamientos de SDS repetidas. La mayor stabilizing efectos de coloración directa (tintes poliméricos) y mordentado con productos poliméricos (tintes poliméricos / FeSO 4) en lugar de mordentado con monómeros (monómeros / FeSO 4), como se muestra en la Figura 4, puede haber sido debido a los mayores pesos moleculares de polímero colorantes. La eficiencia con la que los iones de metales puenteados de la superficie de tinte y la queratina polimérico aparentemente dependía del tamaño molecular medio del colorante. El pelo se compone de diversas sustancias, incluyendo la melanina, aminoácidos, proteínas, y lípidos 15. Nuevos estudios deben llevarse a cabo para confirmar si este protocolo es eficaz en una variedad de tipos de cabello humano. Además, a pesar de que nuestros materiales son derivados de fuentes naturales, se requiere una estricta prueba de toxicidad para las células humanas con el fin de garantizar plenamente la no toxicidad.
En general, nos proporciona aquí un método bien definido para inducir el teñido del cabello queratina permanente, el uso de materiales ecológicos dentro de un comercially corto período de tiempo aceptable. En base a los datos que revelan las propiedades de la unión directa de colorantes poliméricos de la queratina del cabello, se desarrollarán otros métodos que permitan a nuestros colorantes poliméricos que actúan como componentes activos en productos como tintes capilares a base de PPD comercializados.
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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) |
References
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