Synthese von Pflanzen Phenol abgeleitete Polymere Farbstoffe für die direkte oder Beize-basierte Haarfärbung

Zusammenfassung

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.

Zusammenfassung

Wirksame Haarfärbung durch in situ Inkubation von Keratin Haar mit den Produkten von Pilz - Laccase-katalysierte Polymerisation von Pflanzen Phenolen wurde zuvor demonstriert. Allerdings dauert das Färbeverfahren eine lange Zeit in Anspruch im Vergleich zu kommerziellen Haarfärbung Produkte. Um diesen Engpass zu überwinden, vorsynthetisierten Polymerprodukte der Oxidationsreaktion von Trametes versicolor Laccase auf Catechin und Catechol, entweder mit oder ohne Beizmittel (beispielsweise FeSO _4), wurden hier verwendet permanent Keratin Haarfärbung in verschiedenen Farben und Farbtönen zu erzielen . Die Laccase Aktion in sauren Natriumacetatpuffer führte zu einer tiefschwarze Färbung nach Reaktionen zwischen den Pflanzen Phenole Kopplung. Die farbigen Farbstoffprodukte wurden dann mit Ultrafiltration entsalzt und konzentriert. Die Farbstoffe mit oder ohne Beizmittel, durch einen signifikanten Anstieg in & Dgr; E - Werte (dh Farbdifferenzwert) in grau menschliches Haar widünne 2,5 Stunden. Darüber hinaus wurden verschiedene Keratin Farben und Schattierungen in Abhängigkeit von den zu beizen und pH-Veränderungen induziert. Das gefärbte Haar zeigte auch eine starke Beständigkeit gegen Reinigungsmittel Behandlungen, was darauf hinweist , dass unsere Methoden bedingen permanente Haarfärbung geben kann. Insgesamt unsere Arbeit neuartigen Einblick in die Entwicklung von umweltfreundlichen Haar-Färbeverfahren als Alternativen zu kommerziellen toxischen Diamin-Farbstoffe zur Verfügung gestellt hat .

Einleitung

Laccasen sind Oxidasen, die in Richtung Phenol- und Polyphenol-Verbindungen aktiv sind. Sie wurden in verschiedenen lebenden Organismen, einschließlich Pflanzen, Pilzen, Insekten und Bakterien identifiziert. Ihre enzymatische Aktionen dazu beitragen, mehrere morphogenetische Phänomene ^1. Die Enzyme katalysieren Einelektronenoxidation der Substrate in der Bildung von Radikalen führt, die weiter gekoppelt sind kleine organische Stoffe und an festen Oberflächen. Eine solche Kopplung Prozesse führen zu Synthesen von Oligomeren und Polymeren und ² Funktionalisierungen an die ^{Oberfläche, 3.} Wenn Laccase Substrate aus natürlichen Quellen, wie pflanzlichen Phenolen sind, die enzymatischen Reaktionen in Bezug auf grüne Chemie von großem Interesse sind. Hier sind beide Reaktanden und Katalysatoren, die aus natürlichen Quellen. Darüber hinaus sind die resultierenden Produkte ähnlich wie die natürlichen Produkte, da die Gesamt Reaktionen , die in vivo Synthese von Natur phenolische Polymere-Anlage einschließlich Lignin nachahmen, Poly (flavonoid) und humus wobei kleine Pflanze phenolische Verbindungen sind hochvernetzte durch Oxidase-induzierte radikalische Kupplung ^4.

Abgeleiteten Produkte von Laccase-katalysierte Kupplungsreaktionen von pflanzlichen Phenolen können verwendet werden , graue Haare zu färben durch in situ Inkubation und können als Alternativen entwickelt werden ¹ bis kommerziell erhältliche Farbstoffe. Solche Alternativen sind wichtig, da kommerzielle Haar-Färbemittel auf p - Phenylendiamin basieren (PPD), PPD-bezogene Diaminverbindungen und Wasserstoffperoxid, das ⁶ giftig, krebserregend, und allergen Menschen ^5, erwiesen haben. In die Laccase-katalysierte Kupplungsreaktionen, Wasserstoffperoxid und p - Phenylendiamin die Laccasen und pflanzliche Phenole funktionell ersetzen bzw. ^7. Jedoch ist die Färbung Geschwindigkeit der Laccase-basierten Systemen viel langsamer als die der kommerziellen eins. Im allgemeinen erfordern die PPD-basierte Färbemittel weniger als einer Stunde zu erreichen,effektive Farbwechsel in Keratin Haar, während die Laccase-basierte Reaktionen ⁷ eine Inkubation über Nacht erfordern. Die langsamen Färben Kinetik konnte durch zwei mögliche Phänomene erklärt. Erstens ist die Verwendung eines niedrig-pH - Puffer (beispielsweise pH 5) Laccase - Aktivität zu maximieren , wurde beobachtet, um den Grad der Quellung in den Keratin - Matrices zu verringern, wodurch ein tiefes Eindringen der Farbstoffe in die Matrix zu hemmen. Tatsächlich Agenten die Färberei Reaktionen ermöglicht in hohem pH-Wert Bedingungen ablaufen wurden kommerzielle Haarfärbemittel Produkte ⁸ bis integral gezeigt. Zweitens ist die Anzahl der möglichen chromophore Moleküle starke Adsorption an keratinhaltigen Oberflächen während der Polymerisationsreaktion aufweisen gezeigt Inkubationszeit proportional zu sein ( das heißt, das Ausmaß der Polymerisation). Zum Beispiel wurde die Umwandlung von Dopamin polydopamine eine starke Haftung auf vielen Oberflächen zu induzieren , die mit der Bildung einer schwarzen Farbe ⁹ gleichzeitige war.

In der aktuellen Arbeit, polymere Produkte von T. erhalten vorab synthetisiert versicolor Laccase-katalysierte Oxidation von Catechin und Catechin wurden verwendet Keratin Haar zum Färben zu behandeln. Wir vermuten, dass die Adsorptionsfähigkeit der Polymere wäre viel stärker als die der monomeren Phenolen und Pflanzen daß sie zunächst mit niedrigem Molekulargewicht Oligomeren bilden würde. Ergebnisse zeigten, dass, wenn die vorsynthetisierten Polymeren, die enzymatische Oxidationskraft war nicht mehr notwendig. Dies zeigt, dass der pH-Wert gesteuert werden kann, und daß Metallionen in der Haarfärberei Behandlungen verwendet werden, unabhängig von der Enzymaktivität. Dieses Protokoll stellt eine einfache und schnelle Methode Keratin Haar in verschiedenen Schattierungen der Farbe zu färben , während umweltfreundliche und erneuerbare Pflanzen abgeleiteten Phenole (Abbildung 1).

Protokoll

1. Herstellung von Pflanzen Phenol abgeleitete Polymere Farbstoffe

1. Auflösen Catechin (0,1 g) und (+) - Catechin-Hydrat (0,1 g) in 32 ml 100 mM Natriumacetat-Puffer (pH 5,0) und 8 ml absolutem Ethanol.
2. In 10 mg T. versicolor Laccase zur Catechol- und Catechin enthaltenden Puffer. Gründlich mischen und gießen Sie die Lösung in eine quadratische Petrischale. Inkubieren Sie die Schale bei Raumtemperatur in einem Schüttelinkubator (25 rpm) für 24 Stunden. Dramatische Farbänderung der Lösung von transparent bis dunkelschwarz kann mit bloßem Auge nach Laccase-induzierte Kupplungsreaktionen beobachtet werden.
3. Zentrifugieren Sie die Lösung für 10 min bei 20.000 xg, um unlösliche Polymerpartikel zu Spin-Down. Verwenden Sie die tiefschwarze Überstand zur weiteren Entsalzung.
4. Entsalzung der Reaktionslösung mit einer 5-kDa-Ultrafiltrationsplatte. das Reaktionsvolumen auf 20 ml durch Ultrafiltration Nach dem Einengen Austausch der Reaktionspuffer durch Zugabe von 300 ml destilliertem Wasser,. Schließlich Filtration verwenden, um das Volumen der Lösung auf 25 ml konzentriert.

2. Färbelösungen für Gray Keratin-Haar

1. Bereiten Sie die folgenden sechs Polymerlösungen: polymere Farbstoffe, polymere Farbstoffe / FeSO _4, polymeren Farbstoffe / FeSO ₄ in pH 3 Wasser, polymeren Farbstoffe / FeSO ₄ in pH 11 Wasser, polymeren Farbstoffe / FeSO ₄ mit Essigsäure und polymere Farbstoffe / FeSO ₄ mit Ammoniak.
   1. Für den polymeren Farbstoff, mischen 5 ml destilliertem Wasser mit 1 ml der entsalzten polymeren Farbstoffe (1.4).
   2. Für die Beizmittel, fügen 0,33 g FeSO ₄ zu der Mischung aus Schritt 2.1.1. Energisch Wirbel der FeSO ₄ vollständig aufzulösen.
   3. Für den pH-Wert 3 oder 11 Wasser-Lösung den pH-Wert von 5 ml destilliertem Wasser mit 1 N HCl oder 1 N NaOH. Dann fügen Sie 1 ml der entsalzten polymeren Farbstoffe (1.4) und 0,33 g FeSO _4.
   4. Für Essig- säure- oder Ammoniak behandelte Lösung, mischen 1,0 ml glasse Essigsäure oder 1,0 ml Ammoniakwasser mit 5 ml destilliertem Wasser. Dann fügen Sie 1 ml der entsalzten polymeren Farbstoffe (1.4) und 0,33 g FeSO _4.
2. In 6 ml destilliertem Wasser, mit oder ohne 0,33 g FeSO _4, Catechin - Hydrat (0,1 g) , das Haar in einweichen - Für die Anlage Monomere, Catechin (0,1 g) und (+) mischen.
3. Sobald die Färbelösungen aus Schritt 2.1 und 2.2 hergestellt werden, tränken vollständig 5 cm lange, graue menschliche Haarsträhnen (0,2 g) in den Lösungen. Inkubieren Sie die Haarsträhnen bei 32 ° C in einem Schüttelinkubator (160 rpm) für 2,5 Stunden.
4. Danach nehmen Sie die Haarsträhnen aus und spülen Sie sie mit fließendem Wasser. Verwenden Sie einen elektronischen Haartrockner um die Feuchtigkeit zu entfernen. Farbänderung durch die polymeren Farbstoffen verursacht wird, kann mit dem bloßen Auge sichtbar gemacht werden.
   1. Um die Farbparameter (dh, L *, a * und b *) zu erhalten, verwenden einen herkömmlichen Kolorimeter nach dem Protokoll des Herstellers. Crumple das Haar tso zusammenpresst in eine Kugel, so dass sie mit der Linse eines Kolorimeters gemessen werden. Wiederholen Sie diesen Vorgang auf einem anderen Bereich des Haares mit dem Colorimeter Linse.
   2. Messen Sie die Farbparameter jedes gefärbte Strähne siebenmal. Berechnen Mittelwerte und Standardabweichungen der Parameter. Berechnung & Delta; E unter Verwendung der Formel: [(100 - L *) ² + (a *) ² + (b *) ^{2] 1/2.}

3. Farbe Haltbarkeitstests

1. Man löst 200 mg Natriumdodecylsulfat (SDS) in 40 ml destilliertem Wasser. Genießen Sie die gefärbte Haare vollständig in der SDS-haltiges Wasser für 5 Minuten bei Raumtemperatur. Nehmen Sie die Haarsträhnen aus und dann spülen sie mit ausreichend fließendem Wasser, um die Reinigungsmittel zu entfernen. Verwenden Sie einen elektronischen Haartrockner um die Feuchtigkeit zu entfernen.
2. Um die Farbparameter erhalten (dh L *, a * und b *), verwenden einen herkömmlichen Kolorimeter nach dem manufacturer Protokoll. Wiederholen Sie das Einweichen in Schritt 3.1 beschrieben noch einmal mit dem gleichen gefärbten Haaren und dann wieder die Parameter messen.
3. Man löst 800 mg des SDS in 40 ml destilliertem Wasser. Wie in Schritt 3.1 beschrieben, wiederholen Sie die zweimal mit dem gleichen gefärbten Haaren Einweichen. Insgesamt behandeln jedes gefärbte Haarsträhne mit der SDS-Lösung insgesamt viermal.

Ergebnisse

Zuerst wurde das Färbevermögen polymerer Farbstoffe im Vergleich zu derjenigen von Pflanzen abgeleitete Monomere (dh Catechin und Catechol). Die polymeren Farbstoffe eine signifikante Änderung in der Farbe grau Keratin Haar (2A und 3) induziert, während der angeborenen graue Farbe des Haars sehr stabil blieb mit Pflanzen Monomeren (Daten nicht gezeigt). Die Wirkungen von Beizmittel auf den Färbe- Fähigkeiten von polymeren ...

Diskussion

Interessanterweise reduziert unser Verfahren die Zeit, die mit Oxidationsmittel-induzierte Keratin Haar zu färben, nahm Polymerisationen von natürlichen Phenolen. Auch diverse Farben im Haar durch einfache Manipulationen der polymeren Farbstoffe, wie Ändern des pH und Anwenden Beizmittel induziert.

In - situ - Inkubation von Keratin Haar mit Laccase-katalysierte Oxidation von Pflanzen Phenole erfordert übermäßig lange Inkubationszeiten wirksam Färben ⁷ zu ...

Materialien

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)