对于直接或媒介为基础的头发染色厂苯酚衍生的高分子染料的合成

摘要

Here, we present a protocol to use pre-synthesized polymeric products derived from fungal laccase-catalyzed polymerization of plant phenols, either with or without mordant agents (e.g., FeSO₄), to induce detergent-resistant keratin hair dyeing within 2.5 hours.

摘要

有效的头发染色通过在角蛋白毛发与植物酚的真菌漆酶催化的聚合的产物的原位孵育先前已经证明。然而，染色过程需要较长的时间相比，商业的染发产品来完成。为了克服这一瓶颈，预先合成的栓的云芝上儿茶素和儿茶酚漆酶氧化反应的聚合物产品，无论是有或没有媒剂（ 例如， _硫酸亚铁），这里被用来实现永久角蛋白毛发染色的各种颜色和色调。在酸性醋酸钠缓冲液漆酶耦合作用厂酚之间的反应后，导致了深黑的颜色。然后将着色染料产物脱盐并浓缩，之后用超滤。染料，有或没有媒剂，导致在灰色人类头发的WiΔE值（ 即，色差值）显著增加薄2.5小时。此外，不同的角蛋白颜色和色调取决于媒染和pH值的变化被诱导。染色的毛发还表现出对洗涤剂处理有很强的抵抗力，表明我们的方法可以产生永久染发。总的来说，我们的工作提供了新颖的洞察显影生态友好的染发方法以替代商业有毒二胺类染料。

引言

漆酶是氧化酶是对酚和多酚化合物的活性。他们已经在各种生物体，包括植物，真菌，昆虫和细菌被确定。他们的行动酶有助于几种形态的现象^1。酶催化底物的单电子氧化，导致在被进一步耦合到小的有机物和固体表面自由基的形成。这种耦合过程导致的低聚物和聚合物的合成和表面functionalizations ^2,3。当漆酶底物是从天然来源，如植物酚类，酶促反应是相对于绿色化学的极大兴趣。这里，两种反应物和催化剂是从天然来源。此外，所得到的产品类似于天然产物，因为整个反应模拟天然酚的体内合成聚合物，包括植物木质素，聚（flavono编号），和腐殖质其中小植物酚类化合物是高度交联通过氧化酶诱导的自由基偶合^4。

从植物衍生的酚的漆酶催化的偶联反应衍生的产品可以用于通过原位孵育染灰发，并且可以开发作为替代市售染料^1。这样的替代是重要的，因为是基于对苯二胺（PPD）商业染发剂，PPD相关二胺化合物，以及过氧化氢，这已被证明是有毒的，致癌和过敏人类^5,6在漆酶催化的偶联反应中，漆酶和植物酚类功能替换分别过氧化氢和对苯二胺^，7。但是，基于漆酶系统的染色速度比商用一个慢得多。在一般情况下，基于PPD-染色剂需要不到一小时，以实现在角蛋白毛发有效的颜色变化，而基于漆酶反应需要过夜温育^7。缓慢染色动力学可以通过两种可能的现象进行说明。第一，使用低pH值缓冲液（ 例如，pH值为5），以最大限度地提高漆酶活性已被观察到降低在角蛋白基质溶胀，从而抑制染料成矩阵的深穿透程度。实际上，代理允许染色反应在高pH条件下进行已被证明是不可或缺的商用头发染色产品^8。其次，聚合反应过程中表现出很强的吸附到角质表面可能发色团分子的数量已经被证明是成比例的孵育时间（ 即，聚合的程度）。例如，多巴胺聚多巴胺的转化显示出诱导到许多表面，这是伴随着黑色⁹的形成强粘合力。

在目前的工作中，预合成由T.获得的聚合物产品云芝儿茶素和儿茶酚的漆酶催化氧化反应被用来治疗头发角蛋白染色。我们推测的聚合物的吸附能力将比单体植物酚的强得多，他们将最初形成的低分子量的低聚物。结果表明，使用预先合成的聚合物时，酶促氧化电源不再需要。这表明，pH值可被控制，并且金属离子可以染发处理中使用，而不管酶的活性。这个协议提供了一个简单而快速的方法，同时使用生态友好的和可再生的来自植物的酚（ 图1）的染料在颜色的各种色调角蛋白毛发。

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研究方案

1.植物苯酚衍生的高分子染料的制备

1. 32毫升的100mM乙酸钠缓冲液（pH5.0）和8毫升无水乙醇中的儿茶素水合物（0.1克） - 溶解儿茶酚（0.1克）和（+）。
2. 添加10毫克的T.云芝漆酶的catechol-和含儿茶素的缓冲区。混合大力和将溶液倒入方形培养皿。在室温下孵育皿在24小时的振荡培养箱（25转）。从透明的暗黑色溶液的显着的颜色变化可以用肉眼漆酶诱导的偶合反应之后观察到。
3. 离心溶液10分钟以20,000 xg离心以降速不溶的聚合物颗粒。使用进一步的脱盐深黑上清。
4. 脱盐用5 kDa的超滤光盘反应溶液中。浓缩反应体积至20ml通过超滤后，通过加入300毫升蒸馏水交换反应缓冲液。最后，使用过滤，浓缩溶液的体积至25ml。

2.灰色头发角蛋白染色解决方案

1. 准备以下六个聚合物溶液:聚合物染料，聚合物染料/ _硫酸亚铁，聚合物染料/ _硫酸亚铁在pH为3的水，聚合物染料/ _硫酸亚铁在pH为11的水，聚合物染料/ _硫酸亚铁用乙酸，和聚合物染料/硫酸亚铁₄与氨。
   1. 为聚合染料，混合溶于5ml蒸馏水用1ml脱盐聚合物染料（1.4）的。
   2. 为媒染剂溶液，从步骤2.1.1添加0.33克的FeSO ₄的混合物中。大力涡旋溶解_硫酸亚铁完全。
   3. 对于pH为3或11的水溶液，调整用1N HCl或1N的NaOH5毫升蒸馏水的pH值。再加入1毫升脱盐聚合染料（1.4）和0.33克_硫酸亚铁的。
   4. 对于乙酸 - 或氨处理的溶液，混匀1.0毫升GL的acial乙酸或1.0毫升氨水用5ml蒸馏水。再加入1毫升脱盐聚合染料（1.4）和0.33克_硫酸亚铁的。
2. 于6ml蒸馏水中，有或没有0.33克的FeSO ₄的儿茶素水合物（0.1克），浸泡在头发-为对植物的单体，混合邻苯二酚（0.1克）和（+）。
3. 如从步骤2.1和2.2的染色溶液制备不久，完全浸泡在溶液5厘米长的灰色人发束（0.2克）。孵育在32℃的发束在2.5小时的摇动培养箱（160转）。
4. 此后，取出发束，用流水冲洗。使用电子头发干燥器以除去水分。引起的聚合物染料颜色变化可以用肉眼可视化。
   1. 以获得颜色参数（ 即，L *，a *和b *的 ），使用根据制造商的协议的常规色度计。揉碎头发Ťresses成一团，从而使他们能够用比色计的透镜来测量。重复在毛发上与色度计透镜的不同区域这一过程。
   2. 测量每个染色发辫七倍的颜色参数。计算平均值和所述参数的标准偏差。使用下式计算ΔE:[（100 - L ^*）2 +（A ^*）2 +（B ^{*）2] 1/2。}

3.颜色耐久性试验

1. 在40毫升的蒸馏水中溶解200毫克十二烷基硫酸钠（SDS）的。完全浸泡染发在含有SDS的水，在室温下5分钟。取出发束，然后用足够的自来水冲洗一下，以除去洗涤剂。使用电子头发干燥器以除去水分。
2. 以获得颜色参数（ 即，L *，a *和b *的 ），采用根据厂家专业的常规色度计呃的协议。重复步骤3.1与同染发描述再次浸泡，然后再测量参数。
3. 溶解800毫克的SDS在40毫升的蒸馏水。如步骤3.1中所述，多重复用相同的染发浸泡两次。总体而言，共四次对待每染发束用SDS溶液。

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结果

首先，聚合物染料的染色能力相比，来自植物的单体（ 即，儿茶素和儿茶酚）的。的聚合物染料诱导的灰色角蛋白毛发（ 图2A和图3）的颜色显著变化，而头发的先天灰色保持与植物的单体非常稳定的（ 数据未显示 ）。然后媒染对聚合物产品的染色能力剂的作用进行了评价。如在图2A中看到的，除了Fe离子导致的灰...

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讨论

有趣的是，我们的方法减少花染的头发角蛋白具有天然酚类物质氧化引起的聚合反应的时间。它还通过聚合物染料的简单的操作，如改变pH值和施加媒染剂诱导的毛发颜色多样。

在头发角蛋白与植物酚类的漆酶催化氧化的原位培养过于需要很长的培育时间以达到有效的染色^7。这种缓染动力学可能是由于植物酚类的差结合能力，并具有非常低的分子量，?...

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材料

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)