סינתזה של צמח פנול הנגזרים צבעים פולימריים עבור צביעת שיער ישירה או עוקצנית מבוססת

Summary

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.

Abstract

לצבוע את השיער אפקטיבי דרך ב הדגירה באתרו של שיער קרטין עם המוצרים של פילמור laccase-catalyzed פטרייתי של פנולים צמח כבר הוכיח בעבר. עם זאת, תהליך הצביעה לוקח זמן רב כדי להשלים לעומת מוצרי שיער-צביעה מסחריות. כדי להתגבר על צוואר הבקבוק הזה, מראש מסונתז מוצרי פולימריים תגובת החמצונים של Trametes versicolor laccase על catechin ו catechol, עם או בלי סוכנים עוקצניים (למשל, FeSO _4), הועסקו כאן כדי להשיג צביעת שיער קרטין קבעה צבעים וגוונים שונים . פעולת laccase חיץ נתרן יצטט חומצי הובילה צבע שחור עמוק לאחר צימוד תגובות בין פנולים הצמח. המוצרים לצבוע בצבע אז היו desalted ומרוכז עם אולטרה סינון. הצבעים, עם או בלי סוכנים עוקצניים, גרמו לעלייה משמעותית בערכי ΔE (כלומר, צבע ערך הבדל) ב wi שיער אדם האפור2.5 שעות רזה. בנוסף, צבעים וגוונים קרטין שונים היו מושרים בהתאם לשינויי mordanting ו- pH. השיער הצבוע גם הציג התנגדות חזקה לטיפולים חומרים ניקוי, המציין כי השיטות שלנו יכולות להצמיח צביעת שיער לצמיתות. בסך הכל, העבודה שלנו ספקה תובנה רומן לתוך בפיתוח שיטות ידידותית לסביבת שיער צביעה כתחליף צבעי diamine המבוסס רעילים מסחריים .

Introduction

Laccases הם oxidases הפועלים כלפי תרכובות פנוליות ו polyphenolic. הם זוהו באורגניזמים שונים החיים, כולל צמחים, פטריות, חרקים, וחיידקים. פעולות אנזימטיות שלהם לתרום כמה תופעות המוךפו"גנטי שהולכות ^1. האנזימים מזרזים חמצון יחיד אלקטרונים של המצעים, וכתוצאה מכך ההיווצרות של רדיקלים כי הם מצמידים נוספים אורגניים קטן כדי משטחים מוצקים. תהליכי צימוד כאלה מובילים סינתזות של oligomers ופולימרים ויציגו functionalizations ^{2, 3.} כאשר מצעי laccase הם ממקורות טבעיים, כגון phenolics המפעל, תגובות אנזימטיות הן עניין רב ביחס כימיה ירוקה. כאן, הן המגיבים זרזים הם ממקורות טבעיים. בנוסף, המוצרים וכתוצאה מכך הם דומים למוצרים הטבעיים, מאז התגובות הכוללות לחקות את סינתזות in vivo של פנוליות הטבעית פולימרים כוללים ליגנין צמח, פולי (flavonoid), חומוס-שבו קטן תרכובות פנוליות הצמח הם מאוד צולבים ידי צימוד הרדיקלי-induced מונואמין ^4.

מוצרים שמקורם תגובות צימוד-catalyzed laccase של פנולים הנגזרות הצמח יכול לשמש כדי לצבוע את השיער האפור דרך ב הדגירה באתרו ניתן לפתח כתחליף צבעים זמינים מסחרית ^1. חלופות כאלה הן חשובות, שכן סוכני שיער צביעה מסחריים מבוססים על p -phenylenediamine (PPD), תרכובות diamine הקשורים PPD, ואת מי חמצן, אשר הוכחו כרעילים מסרטנים, אלרגניים לבני אדם ^{5, 6.} ב תגובות הצימוד היה זרז-laccase, את laccases ו פנולים צמח תפקודיים להחליף מי חמצן ו- p -phenylenediamine, בהתאמה ^7. עם זאת, את מהירות הצביעה של המערכות מבוססות laccase היא אטי בהרבה מזה של אחד המסחרי. באופן כללי, סוכני הצביעה המבוססים PPD דורשים פחות משעה כדי להשיגשינוי צבע יעיל שיער קרטין, בעוד התגובות מבוססות laccase דורשות דגירת לילה ^7. קינטיקה הצביעה האיטית יכולה להיות מוסברת על ידי שתי תופעות אפשריות. ראשית, השימוש חיץ נמוך pH (למשל, pH 5) על מנת למקסם פעילות laccase נצפתה כדי להקטין את מידת הנפיחות מטריצות קרטין, ובכך מעכב חדירה עמוקה של צבעים לתוך מטריצות. ואכן, סוכנים המאפשרים תגובות הצביעה להמשיך בתנאים הגבוהה pH הוכחו להיות חלק בלתי נפרד למוצרים מסחריים שיער צביעה ^8. שנית, מספר מולקולות כרומופור אפשריים מפגינות ספיחה חזקה למשטחי keratinous במהלך תגובת פילמור הוכח להיות פרופורציונאלי זמן הדגירה (כלומר, מידת פילמור). לדוגמה, את הטרנספורמציה של דופמין polydopamine הוצגה לגרום הדבקה חזקה משטחים רבים כי היה בד בבד עם הקמתה של צבע שחור ^9.

בעבודה הנוכחית, מראש מסונתז מוצרים פולימריים המתקבלים ט versicolor חמצון-catalyzed laccase של catechin ו catechol שימשו לטיפול שיער קרטין לצביעה. החוקרים שערו כי יכולת הספיחה של הפולימרים תהיה הרבה יותר חזק מזה של פנולים צמח monomeric ושהם בתחילה ייצרו oligomers נמוך משקל מולקולרי. התוצאות הראו כי, כאשר באמצעות פולימרים מראש מסונתז, הכוח חמצון אנזימטי כבר לא היה צורך. זה מצביע על כך pH ניתן לשלוט וכי יונים של מתכות ניתן להשתמש טיפולי שיער צביעה, ללא תלות פעילות האנזים. פרוטוקול זה מספק שיטה פשוטה ומהירה לצבוע את שיער קרטין בגוונים שונים של צבע תוך שימוש ידידותי לסביבה מתחדש phenolics צמחי (איור 1).

Protocol

1. הכנת הצמח פנול הנגזרים צבעים פולימריים

1. ממיסים catechol (0.1 גרם) ו (+) - מימה catechin (0.1 גרם) ב -32 מ"ל של 100 חיץ נתרן אצטט מ"מ (pH 5.0) ו -8 מ"ל של אתנול מוחלט.
2. הוסף 10 מ"ג של T. versicolor laccase אל catechol- ו מאגר המכיל-catechin. מערבב נמרץ ויוצקי הפתרון לתוך צלחת פטרי רבועה. דגירת הצלחת בטמפרטורת חדר בתוך חממה רועדת (25 סל"ד) למשך 24 שעות. שינוי צבע דרמטי של הפתרון מ שקוף לשחור כהה ניתן לראות בעין בלתי מזוינת אחרי תגובות צימוד-induced laccase.
3. צנטריפוגה הפתרון במשך 10 דקות ב 20,000 XG כדי לסובב את חלקיקי פולימריים מסיסים. השתמש supernatant השחור העמוק עבור desalting נוספת.
4. Desalt פתרון התגובה עם דיסק אולטרה סינון 5 kDa. לאחר ריכוז עוצמת התגובה ל -20 מ"ל באמצעות אולטרה סינון, להחליף למאגר התגובה על ידי הוספת 300 מ"ל של מים מזוקקים. לבסוף, באמצעות סינון, לרכז את היקף הפתרון 25 מ"ל.

2. פתרונות צביעה עבור שיער אפור קראטין

1. הכן שישה הפתרונות פולימריים הבאים: צבעים פולימריים, צבעים פולימריים / FeSO _4, פולימריים צבעים / FeSO ₄ במים pH 3, צבעים פולימריים / FeSO ₄ במים pH 11, פולימריים צבעים / FeSO ₄ עם חומצה אצטית, וצבעים פולימריים / FeSO ₄ עם אמוניה.
   1. לקבלת צבע פולימרי, לערבב 5 מ"ל מים מזוקקים עם 1 מ"ל של צבעים פולימריים desalted (1.4).
   2. לקבלת הפתרונים העוקצניים, להוסיף 0.33 גר 'FeSO ₄ לתערובת משלב 2.1.1. מערבולת במרץ לפזר את FeSO ₄ לחלוטין.
   3. לקבלת פתרון מי pH 3 או 11, ולהתאים את ה- pH של מים מזוקקים 5 מיליליטר באמצעות 1 N HCl או 1 N NaOH. לאחר מכן להוסיף 1 מ"ל של צבעים פולימריים desalted (1.4) ו 0.33 גרם של FeSO _4.
   4. לקבלת דיאלקטרי אצטית או פתרון שטופלו אמוניה, לערבב 1.0 מ"ל של GLחומצה אצטית acial או 1.0 מ"ל של מים אמוניה עם 5 מ"ל מים מזוקקים. לאחר מכן להוסיף 1 מ"ל של צבעים פולימריים desalted (1.4) ו 0.33 גרם של FeSO _4.
2. עבור מונומרים צמח, לערבב catechol (0.1 גרם) ו (+) - מימה catechin (0.1 גרם) ב 6 מ"ל של מים מזוקקים, עם או בלי 0.33 גרם של FeSO _4, להשרות את השיער.
3. ברגע פתרונות צביעה משלב 2.1 ו -2.2 ערוכים, לחלוטין להשרות 5 ס"מ תלתלים שיער אדם אפור ארוך (0.2 גר ') ב הפתרונות. דגירת תלתלי השיער על 32 מעלות צלזיוס חממה רועדת (160 סל"ד) במשך 2.5 שעות.
4. לאחר מכן, להוציא את מחלפות השיער ולשטוף אותם עם מים זורמים. השתמש מייבש שיער אלקטרוני כדי להסיר את הלחות. שינוי צבע נגרמת על ידי צבעים פולימריים ניתן דמיינו בעין בלתי מזוינת.
   1. כדי להשיג את פרמטרי הצבע (כלומר, * L, *, ו- b *), להעסיק colorimeter קונבנציונלי על פי הפרוטוקול של היצרן. לקמט את השיער tresses לכדור, ובכך מאפשר להם להימדד עם העדשה של colorimeter. חזור על תהליך זה על אזור אחר של השיער עם עדשת colorimeter.
   2. מדוד את פרמטרי הצבע של כל צמה צבועה שבע פעמים. חישוב ממוצעים וסטיות התקן של הפרמטרים. חישוב ΔE באמצעות הנוסחה: [(100 - * L) ² + (א *) ² + (ב *) ^{2] 1/2.}

3. מבחני עמידות הצבע

1. ממיסים 200 מ"ג סולפט dodecyl נתרן (SDS) ב 40 מ"ל מים מזוקקים. משרים את שיער צבוע לחלוטין במים SDS המכילים במשך 5 דקות בטמפרטורת החדר. קח את מחלפות שיער ולאחר מכן לשטוף אותם עם מים זורמים מספיק כדי להסיר את דטרגנטים. השתמש מייבש שיער אלקטרוני כדי להסיר את הלחות.
2. כדי להשיג את הפרמטרים צבע (כלומר, * L, *, ו- b *), להעסיק colorimeter קונבנציונאלי פי manufacturהפרוטוקול של ER. חזור על השרייה כמתוארת בשלב 3.1 פעם נוספת עם אותו השיער צבוע ולאחר מכן למדוד את הפרמטרים שוב.
3. ממיסים 800 מ"ג של SDS ב 40 מ"ל מים מזוקקים. כפי שתואר בשלב 3.1, לחזור על השריית עוד פעמיים עם אותו שיער צבוע. בסך הכל, להתייחס לכל צמת שיער צבוע עם פתרון SDS בסך הכל ארבע פעמים.

תוצאות

ראשית, היכולת צביעה של צבעים פולימריים הושווה לזה של מונומרים הצמחי (כלומר, catechin ו catechol). צבעי פולימריים מושרה שינוי משמעותי צבע שיער קרטין האפור (איור 2 א ו איור 3), בעוד הצבע האפור המולד של השיער נותר יציב מאוד עם מונומרים צמח

Discussion

מעניין לציין, כי השיטה שלנו הקטינה את הזמן שנדרש כדי לצבוע את שיער קרטין עם polymerizations נגרמת חמצון של phenolics הטבעי. זה גם מושרה צבעי מגווני השיער באמצעות מניפולציות פשוטות של הצבעים פולימריים, כגון שינוי pH ויישום עוקצני.

בשנת הדג...

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)