Summary
Photolumineszenz ist einer der effektivsten Authentifizierungsmechanismen, die heute verwendet werden. Die Verwendung und Verbesserung von Materialien natürlichen Ursprungs mit inhärenten photolumineszierenden Eigenschaften und deren Einarbeitung in Stoffsubstrate kann zur Entwicklung grüner, nachhaltiger und funktionaler Textilien für intelligente Anwendungen führen.
Abstract
Farbstoffe für Sicherheitsmarkierungen spielen eine entscheidende Rolle beim Schutz der Integrität von Produkten in verschiedenen Bereichen, wie z. B. Textilien, Pharmazeutika, Lebensmittel und Fertigung. Die meisten handelsüblichen Farbstoffe, die als Sicherheitskennzeichnung verwendet werden, sind jedoch teuer und können giftige und schädliche Substanzen enthalten, die ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellen. Curcumin, eine natürliche phenolische Verbindung, die in Kurkuma vorkommt, besitzt neben seiner leuchtend gelben Farbe ausgeprägte photolumineszierende Eigenschaften, was es zu einem potenziellen Kandidaten für Authentifizierungsanwendungen macht. Diese Studie zeigt einen kostengünstigen und umweltfreundlichen Ansatz zur Entwicklung verbesserter photolumineszierender Emissionen von Curcumin-Farbstoffen für die Textilauthentifizierung. Curcumin wurde aus C. longa mit einer schallunterstützten Lösungsmittelextraktionsmethode extrahiert. Der Extrakt wurde tauchbeschichtet und in die textilen Substrate eingefärbt. Chitosan wurde als Mittel zur Stabilisierung des Curcumins und als Co-Sensibilisierungsmittel eingeführt. Die Co-Sensibilisierung von Curcumin mit Chitosan löst die Energieübertragung aus, um die Leuchtintensität zu erhöhen. Der UV-sichtbare Absorptionspeak bei 424 nm ist mit der charakteristischen Absorption von Curcumin verbunden. Die Photolumineszenzmessungen zeigten eine breite Emissionsspitze bei 545 nm mit einer signifikanten Verstärkung, die auf den durch Chitosan induzierten Energietransfer zurückzuführen ist, was ein großes Potenzial als natürlich gewonnener Photolumineszenzfarbstoff für Authentifizierungsanwendungen zeigt.
Introduction
Fälschungen gelten in weit verbreiteten Industrien auf der ganzen Welt als Geißel. Der rasche Anstieg gefälschter Produkte auf dem Markt verursacht wirtschaftliche Verwüstungen, die den Lebensunterhalt des Haupterfinders beeinträchtigen 1,2,3,4,5,6. Dies wurde 20207 aufgrund der anhaltenden Besorgnis über neu auftretende gefälschte Produkte in den Vordergrund gerückt, wie der zunehmende Trend zu Veröffentlichungen zeigt, die in ihren Titeln aus dem Schlüsselwort Fälschungsschutz oder Fälschung bestehen. Seit der letzten Meldung im Jahr 2019 ist ein deutlicher Anstieg bei Veröffentlichungen im Zusammenhang mit Fälschungen zu beobachten, was darauf hindeutet, dass erhebliche Anstrengungen unternommen werden, um die Herstellung und den Vertrieb betrügerischer Waren zu bekämpfen. Andererseits kann es auch ziemlich alarmierend sein, da es den Fortschritt der Fälschungsindustrie bedeutet, der voraussichtlich anhalten wird, wenn er nicht wirksam angegangen wird. Die Textilindustrie ist von diesem Problem nicht verschont, da das Vorhandensein gefälschter Textilprodukte unter anderem den Lebensunterhalt von echten Verkäufern, Herstellern und Webern stark beeinträchtigthat 3,8. So galt die Textilindustrie in Westafrika lange Zeit als einer der führenden Exportmärkte der Welt. Es wurde jedoch berichtet9, dass etwa 85 % des Marktanteils von geschmuggelten Textilien gehalten werden, die westafrikanische Textilmarken verletzen. Die Auswirkungen von Fälschungen wurden auch auf anderen Kontinenten wie Asien, Amerika und Europa gemeldet, was darauf hindeutet, dass diese Krise ein unkontrollierbares Ausmaß erreicht hat und eine erhebliche Bedrohung für die bereits angeschlagene Textilindustrie darstellt 2,3,4,10,11,12.
Mit den rasanten Fortschritten in Wissenschaft, Technologie und Innovation übernahmen Forscher die Aufgabe, Funktionsmaterialien für Anwendungen zur Fälschungssicherheit zu entwickeln. Der Einsatz verdeckter Technologie ist einer der häufigsten und effektivsten Ansätze, um der Produktion betrügerischer Waren entgegenzuwirken. Dabei werden photolumineszierende Materialien als Sicherheitsfarbstoffe verwendet, die bei Bestrahlung mit verschiedenen Wellenlängen eine bestimmte Lichtemission aufweisen 13,14. Einige auf dem Markt erhältliche photolumineszierende Farbstoffe können jedoch in hohen Konzentrationen toxisch sein und somit eine Gefahr für die menschliche Gesundheit und die Umwelt darstellen15,16.
Kurkuma (Curcuma longa) ist eine essentielle Pflanze, die in unzähligen Anwendungen wie Farben, Aromastoffen, Medikamenten, Kosmetika und Stofffarbstoffen verwendetwird 17. In den Rhizomen sind natürlich vorkommende phenolische chemische Verbindungen vorhanden, die Curcuminoide genannt werden. Zu diesen Curcuminoiden gehören Curcumin, Demethoxycurcumin und Bisdemethoxycurcumin, unter denen Curcumin der Hauptbestandteil ist, der für die leuchtend gelbe bis orange Färbung und die Eigenschaften von Kurkumaverantwortlich ist 18. Curcumin, auch bekannt als 1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadien-3,5-dion19,20 mit einer Summenformel von C21H20O6, hat aufgrund seiner antiseptischen, entzündungshemmenden, antibakteriellen und antioxidativen Eigenschaften im biomedizinischen und pharmazeutischen Bereich erhebliche Aufmerksamkeit erregt 17,18,21,22,23. Interessanterweise besitzt Curcumin auch spektrale und photochemische Eigenschaften. Besonders bemerkenswert sind seine intensiven photolumineszierenden Eigenschaften bei ultravioletten (UV) Anregungen, die nur durch wenige Studien untersucht wurden 19,24,25. Aufgrund dieser Eigenschaften und seiner hydrophoben Natur und seiner ungiftigen Eigenschaften erweist sich Curcumin als idealer Farbstoff für Authentifizierungsmarkierungen.
Die Extraktion von Curcumin aus Kurkuma wurde erstmals in den frühen 1800er Jahren berichtet. In den letzten Jahrhunderten wurden zahlreiche Extraktionsmethoden und -techniken entwickelt und verbessert, um eine höhere Ausbeute zu erzielen 26,27,28,29,30,31,32,33. Die konventionelle Lösungsmittelextraktion ist ein weit verbreiteter Ansatz, da organische Lösungsmittel wie Ethanol, Methanol, Aceton und Hexan verwendet werden, um Curcumin aus Kurkumazu isolieren 34,35. Diese Methode hat sich durch Modifikationen in Verbindung mit fortschrittlicheren Techniken wie der mikrowellengestützten Extraktion (MAE)18,36,37, der Soxhlet-Extraktion 38,39, der enzymgestützten Extraktion (EAE)39,40 und der Ultraschallextraktion36 weiterentwickelt, unter anderem, um den Ertrag zu steigern. Im Allgemeinen wurde die Lösungsmittelextraktionsmethode aufgrund ihrer Vielseitigkeit, ihres geringen Energiebedarfs und ihrer Kosteneffizienz für die Extraktion natürlicher Farbstoffe eingesetzt, was sie ideal für skalierbare Branchen wie Textilien macht.
Curcumin wurde aufgrund seines ausgeprägten gelben Farbtons als natürlicher Farbstoff für Textilien integriert. Die schlechte Adsorption natürlicher Farbstoffe an Textilfasern stellt jedoch eine Herausforderung dar, die ihre kommerzielle Lebensfähigkeit behindert41. Beizmittel wie Metalle, Polysaccharide und andere organische Verbindungen dienen als gängige Bindemittel, um die Affinität natürlicher Farbstoffe zum Stoff zu stärken. Chitosan, ein Polysaccharid, das aus Krustentieren gewonnen wird, wurde aufgrund seiner Häufigkeit in der Natur, seiner Biokompatibilität und seiner Waschbeständigkeit häufig als alternatives Beizmittel verwendet42. Diese Studie berichtet über einen einfachen und unkomplizierten Ansatz bei der Vorbereitung der Curcumin-basierten Authentifizierungsmarkierung. Rohe Curcumin-Extrakte wurden durch eine beschallungsunterstützte Lösungsmittelextraktionsmethode gewonnen. Die photolumineszierenden Eigenschaften des extrahierten Curcumins wurden umfassend auf textilen Substraten untersucht und durch die Einführung von Chitosan als Beizmittel weiter verbessert. Dies zeigt das erhebliche Potenzial als natürlich gewonnener Photolumineszenzfarbstoff für Authentifizierungsanwendungen.
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Protocol
1. Extraktion von Curcumin
- Wiegen Sie 3 g C. longa-Pulver in einem 50-ml-Zentrifugenröhrchen.
HINWEIS: Ein 50-ml-Zentrifugenröhrchen wurde verwendet, um den Zentrifugationsprozess zu vereinfachen und die Extraktion in einem einzigen Behälter durchzuführen. - Geben Sie 38 ml Ethanol (AR, 99%) in das Zentrifugenröhrchen. Schütteln Sie das Röhrchen vorsichtig, um eine gründliche Vermischung des Ethanols mit dem C. longa-Pulver zu gewährleisten.
- Beschallen Sie die Röhre 30 Minuten lang im normalen Schallmodus und bei hoher Intensität für die Extraktion.
- Um die Feststoffe zu trennen, zentrifugieren Sie das Röhrchen bei 4430 x g für 10 min. Öffnen Sie vor der Verwendung der Zentrifuge das Röhrchen und schließen Sie es wieder, um den Druck zu verringern und ein Auslaufen zu verhindern.
- Dekantieren, um den Überstand zu sammeln und unter trockenen Umgebungsbedingungen zu lagern. Der Überstand enthält Curcumin-Extrakt in Ethanollösungsmittel. Es ist wichtig, den Behälter geschlossen zu halten, um ein Austreten von Lösungsmitteln zu verhindern.
2. Fourier-Transformations-Infrarot (FTIR)-Charakterisierung von C. longa-Extrakt
HINWEIS: Gedämpfter Totalreflexionsgrad - Das Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrophotometer (ATR-FTIR) wurde gemäß den Standardverfahren in der Bedienungsanleitung betrieben.
- Vor der Messung der IR-Spektren müssen die Messparameter eingestellt werden. Verwenden Sie die Option Messen, klicken Sie auf die Registerkarte Erweitert und stellen Sie die Parameter für die Proben- und Hintergrundscanzeit auf 40 Scans, die Scanauflösung auf 4 cm1 und den Bereich von 4000 - 400 cm-1 ein.
- Reinigen Sie den ATR-Kristall mit Propan-2-ol (99,8%). Wechseln Sie nach der Reinigung zu Basic.
HINWEIS: Hintergrundscans sind erforderlich, um Umgebungsstörungen zu eliminieren und sicherzustellen, dass die IR-Spektren ausschließlich die zu analysierende Probe darstellen. Hintergrundmessungen werden nur vor Inbetriebnahme des Gerätes durchgeführt. Die Reinigung des ATR-Kristalls sollte immer vor jeder neuen Messung erfolgen. - Tragen Sie mit einer Pasteur-Pipette 0,3 ml rohen C . longa-Extrakt in den ATR-Kristall auf und lassen Sie ihn 3 bis 5 Minuten trocknen, um die Interferenz durch Ethanol zu entfernen. Wenn das Ethanol trocknet, reichert sich der Extrakt folglich am Kristall an, was den Transmissionswert verringert.
- Klicken Sie in der Software auf Messen > Erweitert , um den Dateinamen festzulegen. Nachdem Sie die Probe benannt haben, klicken Sie auf die Registerkarte Basic und messen Sie die IR-Durchlässigkeit des getrockneten Extrakts.
- Wiederholen Sie die Schritte 2.3 und 2.4 bis zu 3x oder bis sich die Auflösung der Spektren verbessert.
HINWEIS: Eine verbesserte Auflösung wird durch eine Abnahme der Durchlässigkeit im Spektrum bestimmt. - Reinigen Sie den ATR-Kristall nach Abschluss der Messung mit 99% Ethanol und fusselfreien Tüchern. Reinigen Sie anschließend den ATR-Probentisch mit Propan-2-ol.
3. UV-sichtbare Messung von C. longa-Extrakt
HINWEIS: Das UV-sichtbare Spektralphotometer wurde gemäß den Standardverfahren in der Bedienungsanleitung betrieben.
- Lassen Sie das Gerät vor der Messung der Proben 15 bis 30 Minuten lang aufwärmen. Dadurch werden Lichtquelle und Detektor stabilisiert und so reproduzierbare Messwerte sichergestellt. Füllen Sie die Referenzzelle mit Ethanol.
- Stellen Sie vor der Messung der Absorptionsspektren die Messparameter ein. Verwenden Sie die Option Setup, klicken Sie auf die Registerkarte Cary und stellen Sie die Scanzeit auf 0,1 s, das Datenintervall auf 1 nm und die Scanrate auf 600 nm/min ein. Stellen Sie abschließend den Bereich von 200 nm bis 700 nm ein.
- Bereiten Sie 25 ml-Verdünnungen von C. longa-Extrakt im Bereich von 1:1000 bis 1:100 in Schritten von 1:100 unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel vor.
- Übertragen Sie etwa 3,5 ml verdünnte C. longa mit einer Pasteurpipette in eine Quarzküvette. Um die Reinigung nach jeder Probenmessung zu erleichtern, beginnen Sie mit einer Verdünnung von 1:1000 und arbeiten Sie sich bis zu 1:100 vor.
- Messen Sie die Absorption des Extrakts wie unten beschrieben.
- Reinigen Sie die Küvette mit Ethanol und wiederholen Sie die Messungen für die anderen Verdünnungen.
- Um die Genauigkeit der Absorption zu gewährleisten, spülen Sie die Küvetten gründlich mit dem verdünnten Extrakt aus, bevor Sie die Testlösung umfüllen.
- Die Schritte 3.4-3.5.2 für andere Konzentrationen wiederholen.
4. Photolumineszenzmessung von C. longa-Extrakt
HINWEIS: Der Betrieb des Fluoreszenzspektrometers folgte den Standardverfahren in der Bedienungsanleitung.
- Lassen Sie das Gerät vor der Messung der Proben 15 bis 30 Minuten lang aufwärmen. Dadurch werden Lichtquelle und Detektor stabilisiert und so die Reproduzierbarkeit jeder Messung gewährleistet.
- Bevor Sie die Fluoreszenzspektren messen, stellen Sie zunächst die Messparameter ein. Klicken Sie auf die Schaltfläche Messen und stellen Sie die Integrationszeit auf 0,1 s, die Schritte auf 1 nm und die Spaltbreite auf 1 nm ein. Der Messbereich kann je nach Anregungs- oder Emissionsquelle variieren.
- Übertragen Sie mit einer Pasteurpipette vorsichtig etwa 3,5 ml verdünnte C. longa in die Quarzküvette. Um die Reinigung nach der Probenmessung zu erleichtern, starten Sie die Messung von 1:1000 bis 1:100.
- Messen Sie die Emission des Extrakts mit einer 365-nm-Anregungsquelle. Stellen Sie den Emissionsbereich von 380 nm bis 625 nm ein.
- Messen Sie mit der Wellenlänge mit der höchsten Emission aus Schritt 4.4 das Anregungsspektrum der Probe. Stellen Sie die Untergrenze für den Anregungsbereich auf 330 nm ein und berechnen Sie die Obergrenze mit der überwachten Emissionswellenlänge minus 15 nm. Die Toleranz von 15 nm stellt sicher, dass in den Spektren keine Streuung erster Ordnung beobachtet wird.
- Messen Sie mit der Wellenlänge mit der höchsten Anregung aus Schritt 4.5 erneut das Emissionsspektrum der Probe. Berechnen Sie die untere Grenze für den Emissionsbereich unter Verwendung der Anregungswellenlänge plus 15 nm. Legen Sie die Obergrenze auf 625 nm fest.
- Messen Sie die Emissions-Anregungsmatrix von C. longa-Extrakt wie unten beschrieben.
- Stellen Sie aus Gründen der Konsistenz den Messbereich für die Anregung von 330-435 nm und die Emission auf 450-650 nm ein. Pflegen Sie diese Parameter für alle Konzentrationen.
- Reinigen Sie die Küvette mit Ethanol und wiederholen Sie die Messungen für andere Verdünnungen. Um die Genauigkeit der Fluoreszenzmessungen zu gewährleisten, spülen Sie die Küvetten mit dem verdünnten Extrakt aus, bevor Sie die Testlösung umfüllen.
5. Photolumineszenzmessung von Chitosan
- Bereiten Sie 300 ml 1% ige Lösung von Chitosan vor. Mischen Sie 3 g Chitosan mit 1% v/v Essigsäure (99,8%) Lösung, bis sie 300 ml erreicht. Rühren Sie die Lösung 24 Stunden lang oder bis sie homogenisiert ist.
- Messen Sie die Emissions-Anregungsmatrix von Chitosan wie unten beschrieben.
- Verwenden Sie die folgenden Messparameter für Chitosan:
Spaltbreite: 1 nm (sowohl Emission als auch Anregung)
Integrationszeit: 0,1 s
Emissionsbereich: 300-370 nm
Anregungsbereich: 385-450 nm
- Verwenden Sie die folgenden Messparameter für Chitosan:
- Messen Sie die IR-Spektren von Stoffen wie unten beschrieben.
- Legen Sie das Multi-Tester-Gewebe (Stoff #1) über den ATR-Kristall. Das Multi-Tester-Gewebe enthält sechs Stofftypen, die in Abbildung 1A dargestellt sind. Stellen Sie bei der Messung mit ATR-FTIR sicher, dass der gesamte ATR-Kristall mit der Probe bedeckt ist. Das Gewebe sollte durch Ziehen am Hebel des Probendrückers vollen Kontakt mit dem ATR-Kristall herstellen. Dadurch wird die Transmission verringert, die es sammelt.
- Messen Sie die IR-Durchlässigkeit der Stoffe. Wiederholen Sie die Messung auf anderen Stoffen.
6. Färben von Stoffen
- Wiegen Sie die Stoffe, um die Menge an Farbstoff und Chitosan-Ausrüstung zu bestimmen, die verwendet werden soll.
- Bereiten Sie C . longa-Extraktlösungen in Verdünnungen von 1:1, 1:10, 1:50, 1:100, 1:500 und 1:1000 mit 99%igem Ethanol vor.
- Färben Sie die Stoffe mit verdünntem C. longa-Extrakt bei einem Material-Flotten-Verhältnis von 1:25 für 1 h, indem Sie den Stoff in den Lösungen einweichen.
- Hängen Sie die Stoffe zum Trocknen auf. Spülen Sie die Stoffe mit Leitungswasser ab und hängen Sie sie zum Trocknen auf.
- Führen Sie die Stoffveredelung wie unten beschrieben durch.
- Die gefärbten Stoffe mit 1% w/v Chitosan-Lösung bei einem Material-Flotten-Verhältnis von 1:40 1 h einweichen, indem Sie den Stoff in der Lösung einweichen.
- Hängen Sie die Stoffe zum Trocknen auf. Spülen Sie die Stoffe mit Leitungswasser ab und hängen Sie sie zum Trocknen auf.
7. Photolumineszenzmessungen von gefärbten Stoffen
- Legen Sie den Stoff in den Probenhalter. Stellen Sie bei der Verwendung von AATCC-Multitester-Stoffen sicher, dass der getestete Stoff in der Mitte des Fensters platziert wird und sich keine anderen Stoffe innerhalb des Messbereichs befinden. Um die Position von Stoffen zu fixieren, verwenden Sie Glasobjektträger als Stütze. Ein Beispiel für die Positionierung von Stoff ist in Abbildung 1 dargestellt.
- Für die Messung der Stoff-Photolumineszenz stellen Sie die Integrationszeit auf 0,1 s, die Schritte auf 1 nm und die Spaltbreite auf 0,6 nm ein. Messen Sie die Fluoreszenz von gefärbten Stoffen bei 365 nm Anregung. Ähnlich wie bei Messlösungen stellen Sie den Emissionsbereich auf 380-625 nm ein.
- Messen Sie mit der Wellenlänge mit der höchsten Emission aus Schritt 5.3 das Anregungsspektrum der Probe. Stellen Sie die Untergrenze für den Anregungsbereich auf 330 nm ein und berechnen Sie die Obergrenze für den Anregungsbereich mit der überwachten Emissionswellenlänge minus 15 nm. Die Toleranz von 15 nm stellt sicher, dass in den Spektren keine Streuung erster Ordnung beobachtet wird.
- Messen Sie mit der Wellenlänge mit der höchsten Anregung aus Schritt 7.3 das Emissionsspektrum der Probe. Berechnen Sie die untere Grenze für den Emissionsbereich unter Verwendung der Anregungswellenlänge plus 15 nm. Legen Sie die Obergrenze auf 625 nm fest.
- Wiederholen Sie die Messschritte 7.1 bis 7.4 für andere Arten von Probengeweben und mit unterschiedlichen Konzentrationen.
- Messen Sie die Emissionsspektren von 1:50 verdünnten C. longa-Extrakt-gefärbten Stoffen mit einer Anregungswellenlänge von 365 nm.
HINWEIS: Die mit einer Verdünnung von 1:50 gefärbten Stoffe werden für die Analyse der Auswirkungen der Chitosan-Ausrüstung verwendet, da sie die höchste Photolumineszenz aufweisen. Stellen Sie ähnlich wie in Schritt 4.4 den Emissionsbereich von 380-625 nm ein. - Sammeln Sie die spektrochemischen Daten zur Interpretation.
8. Morphologische Analyse von Geweben
HINWEIS: Die morphologische Analyse von Stoffen umfasst zwei Arten von Beleuchtung: weißes Licht und 365 nm UV-Licht. Die Wahl der Lichtquelle kann verraten, wie der Farbstoff und die Ausrüstung auf dem Stoff haften.
- Da dem Mikroskop eine UV-Lichtquelle fehlt, verwenden Sie eine tragbare 365-nm-UV-Lichtquelle. Befestigen Sie die Lichtquelle sicher, um eine gleichmäßige Position beizubehalten, ohne den Bildgebungsprozess zu beeinträchtigen. Verwenden Sie eine Klemme, die an einem Eisenstativ befestigt ist, um das 365-nm-UV-Licht zu montieren, und richten Sie es auf den Stereo-Zoom-Mikroskoptisch.
- Legen Sie den Stoff auf die Bühne und öffnen Sie die weiße Lichtquelle. Verwenden Sie den groben Einstellknopf, um den Zoom auf die niedrigste Vergrößerung einzustellen und den Zielbildbereich zu lokalisieren. Erhöhen Sie die Vergrößerung schrittweise bis zu 4x und verfeinern Sie sie mit dem Feineinstellknopf.
- Verwenden Sie die integrierte Bildgebungssoftware, um eine Maßstabsleiste einzufügen und das Bild aufzunehmen.
- Um eine konsistente Bildgebung zu gewährleisten, konfigurieren Sie die Belichtungsparameter mit den folgenden Werten: Stellen Sie die Belichtungskorrektur auf 100, die Belichtungszeit auf 100 ms und die Verstärkung auf 20 ein. Stellen Sie außerdem die Farbtonwerte auf Rot: 27, Grün: 32 und Blau: 23 ein. Weitere spezifizierte Parameter, die angepasst werden müssen, sind Schärfe: 75, Rauschunterdrückung: 35, Sättigung: 50, Gamma: 6 und Kontrast: 50.
- Schalten Sie die weiße Lichtquelle aus und schalten Sie die 365-nm-Lichtquelle ein. Erfassen Sie ein Bild mit denselben Bildparametern.
- Wiederholen Sie die Schritte 8.3 bis 8.6 für alle Arten von Stoffen und Bedingungen (blank, gefärbt, nur Veredelung, gefärbt und fertig), bis Bilder aller Stoffe aufgenommen wurden. Insgesamt sollten es 48 Bilder von Stoffen sein.
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Representative Results
FTIR-Analysen von Fasern bestimmen die chemische Struktur jeder Faser, die in den Multi-Tester-Stoffen #1 vertreten ist. FTIR-Spektroskopie wurde verwendet, um die funktionellen Gruppen zu charakterisieren, die in jeder Komponente der Multi-Test-Gewebe vorhanden sind. Wie in der ergänzenden Abbildung 1 gezeigt, erfolgt die Unterscheidung aufgrund des Vorhandenseins von funktionellen N-H-Gruppen, was dazu führt, dass das Gewebe in stickstoffhaltige (ergänzende Abbildung 1A) und zellulosehaltige (ergänzende Abbildung 1B) unterteilt wird. Proteinbasierte Fasern (wie Kammgarnwolle und Seide) und synthetisches Polyamid fallen entsprechend dem Vorhandensein von Amid-Funktionsgruppen (-CONH-) in ihrer chemischen Struktur unter die stickstoffhaltigen Gewebe. In ähnlicher Weise folgen die gesponnene Viskose, die gebleichte Baumwolle und das Filamentacetat einer Zellulosekettenstruktur. Wie in der ergänzenden Tabelle 1 gezeigt, enthalten Gewebe aus Kammgarnwolle, gesponnener Seide und gesponnenem Polyamid ähnliche charakteristische Spitzen, die auf das Vorhandensein von Amiden hinweisen. Stoffe aus gesponnener Viskose, gebleichter Baumwolle und Filamentacetat weisen hingegen charakteristische Spitzen von Zellulosefasern auf. Der Peak bei 1732 cm-1 von Filamentacetat entspricht dem Vorhandensein einer Estergruppe im Gewebe, die gebleichte Baumwolle und gesponnene Viskose nicht haben43.
Die Überprüfung des Extrakts wurde mittels FTIR (Abbildung 2) und UV-sichtbarer (Abbildung 3) Spektroskopie ausgewertet, um das Vorhandensein von Curcumin zu bestätigen. Signifikante Peaks bei 3352 cm-1, 3015 cm-1, 2922 cm-1, 1705 cm-1, 1624 cm-1 und 1512 cm-1 und 1271 cm-1 spiegeln das Vorhandensein funktioneller Gruppen wider, die für das Zielmolekül charakteristisch sind. Diese Ergebnisse stimmen gut mit einem früher berichteten FTIR-Spektren von reinem Curcumin44 überein, was darauf hindeutet, dass der gesammelte Extrakt Curcuminoide enthält (Ergänzende Tabelle 2). Die hochkonjugierte Natur von Curcumin (Abbildung 2B, C) ergibt ein breites Absorptionsspektrum von 350 - 500 nm, wie in Abbildung 3A dargestellt. Alle Verdünnungen folgen dem Breitbandprofil mit einem charakteristischen Peak bei 424 nm, der auf die π bis π* Elektronenanregung von Curcumin45 zurückzuführen ist. Die positive Korrelation zwischen der Absorption und der Konzentration (Abbildung 3B) zeigte eine gute Linearität (R2 = 0,99376), was ein typisches Ergebnis ist, das dem zunehmenden Vorhandensein von Absorptionszentren in Bezug auf steigende Konzentrationen von Curcuminoidlösung entspricht19,46. Die Einschränkungen des Spektrometers wurden jedoch über das Verdünnungsverhältnis von 1:300 hinaus beobachtet, wenn die Absorption zu sättigen beginnt.
Nach der Überprüfung der extrahierten Curcuminoidlösung wurde ihre Lebensfähigkeit als Authentifizierungsfarbstoff durch ihre Abscheidung in Textilsubstraten bewertet. Die extrahierten Curcuminoid-Lösungen wurden auf die Multitestgewebe #1 aus Kammgarnwolle, gesponnener Seide, gesponnenem Polyamid (Nylon 6,6), gesponnener Viskose, gebleichter Baumwolle und Filamentacetat abgeschieden, um die Verträglichkeit der Farbstoffe mit natürlichen und synthetischen Stoffen zu bewerten. Wie in Abbildung 4 gezeigt, wurde die erfolgreiche Abscheidung der Curcuminoidlösung bei unterschiedlichen Konzentrationen beobachtet, was durch die photolumineszierenden Emissionen belegt wird, die bei Beleuchtung mit ultraviolettem (UV) Licht auch nach mehreren Wäschen der gefärbten Textilien entstehen.
Photolumineszenzmessungen (PL) wurden durchgeführt, um die optischen Eigenschaften der gefärbten Textilien zu beurteilen und die Wechselwirkungen der Curcuminoidlösung mit textilen Substraten zu charakterisieren. In der ergänzenden Abbildung 2 sind die PL-Messungen von Curcuminoid-gefärbten Zellulosegeweben dargestellt, die aus gebleichter Baumwolle (ergänzende Abbildung 2 A-C), gesponnener Viskose (ergänzende Abbildung 2 D-F) und Filamentacetat (ergänzende Abbildung 2 G-I). Alternativ können die PL-Messungen von Curcuminoid-gefärbten stickstoffhaltigen Geweben, die aus Kammgarnwolle (Ergänzende Abbildung 3 A-C), gesponnener Seide (Ergänzende Abbildung 3 D-F) und gesponnenem Polyamid (Ergänzende Abbildung 3 G-I) bestehen, in der Ergänzenden Abbildung 3 gefunden werden . Das linke Feld entspricht der PL-Anregung, während das mittlere und rechte Feld der normalisierten bzw. relativen PL-Emission entspricht. Die PL-Anregungsspektren der zellulosehaltigen Gewebe folgen einer breitbandigen Anregung von 350 - 500 nm. Die konzentrationsabhängigen Anregungen der Curcuminoidlösung werden sichtbar, was durch die charakteristische Rotverschiebung auf den normalisierten PL-Spektren bei steigenden Konzentrationen belegt wird, was die Farbabstimmbarkeit von Curcuminoidfarbstoffen anzeigt. Die Leistung unterschiedlicher Curcuminoidkonzentrationen auf jedem Substrat wurde auch in Bezug auf die relative PL-Intensität bewertet. Das PL-Curcumin deckt einen breiten Emissionsbereich von 450 - 600 nm ab. Mit steigenden Konzentrationen der Curcuminoidlösungen zeigten alle gefärbten Stoffproben (ergänzende Abbildung 2 und ergänzende Abbildung 3, rechtes Bild) einen erwarteten steigenden Trend bis zu den optimalen Konzentrationen, gefolgt von einem abnehmenden Trend, der auf konzentrationsabhängiges Quenching zurückzuführen ist. Es wurde festgestellt, dass die optimierte Konzentration zwischen verschiedenen Substraten variiert, wobei 1:100 und 1:50 die günstigsten Ergebnisse lieferten. Diese Variation deutet auf die einzigartige Wechselwirkung der Curcuminoidlösung innerhalb verschiedener Substrate hin.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Emissions- und Anregungsspektren des verdünnten Extrakts mit einer Spaltbreite von 1 nm und einer Integrationszeit von 0,1 s gemessen wurden. Die gesammelten Daten wurden zunächst durch einen Korrekturparameter innerhalb des Geräts verarbeitet, um Hintergrundgeräusche aus den Messwerten zu vernachlässigen. Der Emissions- und Anregungsbereich wird unter Berücksichtigung der Anregungsquelle und der überwachten Emissionswellenlänge eingestellt, um die Detektion der Rayleigh-Streuung erster und zweiter Ordnung zu verhindern. Die Erkennung von Streuung wirkt sich nicht nur auf die Qualität des Spektrums aus, sondern verkürzt möglicherweise auch die Lebensdauer des Detektors.
Ähnliche Standardverfahren wurden mit den Messungen der Emissions- und Anregungsspektren der Gewebe umgesetzt. Alternativ wurde eine Spaltbreite von 0,6 nm und eine Integrationszeit von 0,1 s verwendet, da die Intensität der Fluoreszenz über die Grenzen des Geräts hinausging, wenn die Extrakte auf dem Substrat abgeschieden wurden. Der Emissions- und Anregungsbereich wurde erneut unter Berücksichtigung der Anregungsquelle und der überwachten Emissionswellenlänge eingestellt, um die Detektion von Rayleigh-Streuung erster und zweiter Ordnung zu verhindern.
Abbildung 1: Montageverfahren der Stoffe in den Probenhalter. (A) Die Stoffzusammensetzung, (B) Ausrichtung des Gewebes am Fenster, (C) Anbringen von Glasobjektträgern als Halterung und (D) Montage des Halters in das Spektrofluorometer. Das Montageverfahren verwendet den festen Probenhalter des Spektrometers und demonstriert seine korrekte Ausrichtung mit dem Spektrometer. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Bilder von gefärbten und fertigen Multi-Tester-Stoffen #1 unter Weiß und 365 nm Licht. Die Bilder zeigen die Wirkung der Farbstoffkonzentrationen in Bezug auf jede Partition des Multi-Tester-Gewebes. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Strukturelle Charakterisierung des extrahierten Curcumins. (A) FTIR-Spektren von Curcumin. Chemische Struktur der tautometrischen Variationen der Curcumin-(B)-Diketo-Form und der (C)-Keto-Enol-Form. Die funktionellen Gruppen von Curcumin sind mit verschiedenen Farben hervorgehoben, die visualisiert und den tautometrischen Variationen zugeordnet werden können. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: UV-sichtbare Spektren von Curcuminlösungen. (A) Absorptionsspektren der Curcuminoidlösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen. (B) Lineare Korrelation der Extinktion in Bezug auf die Konzentration. Die UV-Vis-Spektren zeigen den charakteristischen Absorptionspeak von Curcumin bereits bei niedrigen Konzentrationen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Anregungs-Emissions-Matrix von (A) Curcuminoid- und (B) Chitosanlösungen. Die Anregungs-Emissions-Matrix zeigt eine 3-dimensionale Perspektive der photolumineszierenden Eigenschaften der Probe. Die EM-Wellenlänge in der X-Achse steht für die Emissionswellenlänge, während die EX-Wellenlänge in der Y-Achse für die Anregungswellenlänge steht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 6: Photolumineszenzemission von Curcuminoid-Chitosan-gefärbten stickstoffgefärbten Geweben (obere Platte), die aus (A) Kammgarnwolle, (B) gesponnener Seide, (C) gesponnenem Polyamid und zellulosehaltigen (unteren) Geweben aus (D) gebleichter Baumwolle, (E) Filamentacetat und (F) gesponnener Viskose unter 365 nm Anregung bestehen. Die Spektren zeigen die verbesserten optischen Eigenschaften der stickstoffhaltigen Gewebe durch den Einbau von Chitosan in das System. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Ergänzende Abbildung 1: FTIR-Spektren und chemische Struktur von Multi-Test-Geweben. (A) Stickstoffgewebe. (B) Zellulosegewebe. Die Stoffe werden in stickstoffhaltige und zellulosehaltige Stoffe unterteilt, die durch das Vorhandensein von N-H-Funktionsgruppen auf der Hälfte der Gewebetypen bestimmt werden. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 2: Photolumineszierende Anregung (links) und Emission (mittlere normalisierte Intensität; rechts - relative Intensität) von Curcuminoid-gefärbten Zellulosegeweben, die aus (A-C) gebleichter Baumwolle, (D-F) gesponnener Viskose und (G-I) Filamentacetat bestehen. Die Spektren zeigen die Konzentrationsabhängigkeit von Curcumin in Bezug auf die optischen Eigenschaften der Zellulosegewebe. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 3: Photolumineszierende Anregung (links) und Emission (mittlere - normalisierte Intensität; rechts - relative Intensität) von Curcuminoid-gefärbten stickstoffhaltigen Stoffen, die aus (A-C) Kammgarnwolle, (D-F) gesponnener Seide und (G-I) gesponnenem Polyamid bestehen. Die Spektren zeigen die Konzentrationsabhängigkeit von Curcumin in Bezug auf die optischen Eigenschaften der stickstoffhaltigen Gewebe. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 4: Oberflächenmorphologie des Blank-Multitestergewebes unter 365 nm und weißem Licht. Dieser Multi-Tester-Stoff dient als Referenz ohne Farbstoffbehandlung. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 5: Oberflächenmorphologie des mit Chitosan behandelten Multi-Tester-Gewebes unter 365 nm und weißem Licht. Die Zugabe von Chitosan auf den Stoffen zeigt bei der Sichtprüfung der Oberfläche der Proben minimale bis gar keine Veränderung. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 6: Oberflächenmorphologie von Curcuminoid-gefärbtem Multi-Tester-Gewebe unter 365 nm und Weißlicht. Der Einbau von Curcuminoid-Farbstoffen zeigt sofortige Farbveränderungen und eine gute Verteilung über die Oberfläche der Probe, wenn sie unter weißem und 365-nm-Licht visualisiert werden. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 7: Oberflächenmorphologie von Curcuminoid-Chitosan-gefärbtem Multi-Tester-Gewebe unter 365 nm und weißem Licht. Die Zugabe von Chitosan zu den Curcuminoidfarbstoffen zeigt eine ähnliche Färbung und Verteilung in Bezug auf den Curcuminoid-gefärbten Stoff unter weißem und 365 nm Licht. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Tabelle 1: Vergleichende Analyse verschiedener Extraktionsmethoden zur Trennung von Curcumin und Kurkuma. Die Tabelle zeigt die verschiedenen Methoden der Curcumin-Extraktion, wie sie in der früheren Literatur beschrieben wurden. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Ergänzende Tabelle 1: Beobachtete FTIR-Frequenzen der Multi-Test-Fabrics. Die Einheiten in der Tabelle entsprechen dem Profil der Peaks (w = schwach; m = mittel; s = scharfer Peak). Die Daten wurden mit Werten von Vahur et al.43 verifiziert. Ähnliche Ergebnisse wurden in den beiden Studien erzielt. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Tabelle 2: Beobachtete FTIR-Frequenzen des extrahierten Curcumins. Die Einheiten in der Tabelle entsprechen dem Profil der Peaks (w = schwach; m = mittel; s = scharfer Peak). Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
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Discussion
Die Textilveredelung ist in der Industrie gängige Praxis, um den Stoffen zusätzliche funktionelle Eigenschaften zu verleihen, die sie für bestimmte Anwendungen besser geeignet machen 45,47,48. In dieser Studie wurde das extrahierte Curcumin als natürlicher Farbstoff verwendet, um als Authentifizierungsmechanismen für Textilanwendungen zu dienen. Die Protokolle betonen nicht nur die Extraktion von Curcumin aus Kurkuma, sondern auch die verschiedenen Vorteile der Verwendung dieser Methoden für Textilanwendungen.
Da die Textilindustrie als einer der umweltschädlichsten Sektoren gilt, ist es für die Industrie von entscheidender Bedeutung, nachhaltigere Praktiken einzuführen49. Tabelle 1 zeigt den Vergleich verschiedener Extraktionsmethoden in den letzten zwei Jahrzehnten. Wie zu sehen ist, bietet die beschallungsunterstützte Lösungsmittelextraktionsmethode einen einfachen, aber effektiven Ansatz für die Extraktion von Curcumin. Es ist umweltfreundlich und nachhaltig, da es mehrere Vorteile bietet, wie z. B. kürzere Extraktionszeiten, reduzierten Lösungsmittelverbrauch und erhöhte Extraktionseffizienz. Obwohl die Reinheit des Extrakts für andere Studien von Bedeutung sein kann, wie z. B. die Isolierung spezifischer Curcuminoide für biologische Anwendungen28, erfordert die Anwendung natürlicher Farbstoffe keine so hohe Reinheit, solange die Ausgabefarbe oder -emission den Anforderungen des Verbrauchers entspricht. Nach dem Extraktionsverfahren wurde der Überstand als Farbstoff verwendet und auf die Fasern aufgebracht, um als Authentifizierungsmarkierungen zu dienen. Die inhärenten photolumineszierenden Eigenschaften von Curcumin weisen eine hellgrüne bis orangefarbene Emission auf, die sein Potenzial für die verdeckte Sicherheit zeigt. Die schlechte Affinität natürlicher Farbstoffe zu Textilfasern ist jedoch zu einer Herausforderung geworden, wenn es darum geht, die optischen Eigenschaften von Curcumin bei der Abscheidung auf Textilsubstraten zu erhalten41. In Anbetracht der Tatsache, dass zusätzliche Behandlungen die durch das abgeschiedene Curcumin hervorgerufenen photolumineszierenden Eigenschaften verändern können, ist es wichtig, die optische Leistung der Sicherheitsmarkierungen nach dem Textilveredelungsprozess zu testen. Unter den verschiedenen Ausrüstungsverfahren, die in der Industrie eingesetzt werden, hat die antimikrobielle Ausrüstung eine bemerkenswerte Bedeutung, da sie die Fähigkeit bietet, das mikrobielle Wachstum in den Geweben zu hemmen42. Vor diesem Hintergrund wurde Chitosan (Chi) aufgrund seiner biokompatiblen und antimikrobiellen Eigenschaften für den Veredelungsprozess verwendet50. Es ist auch erwähnenswert, dass Chitosan auch inhärente lumineszierende Eigenschaften aufweist. Abbildung 5 zeigt die Anregungs-Emissions-Matrix von Curcumin- (Abbildung 5A) und Chitosan- (Abbildung 5B) Lösungen. Es wurde beobachtet, dass sich das charakteristische Emissionsspektrum von Chitosan mit der Anregung von Curcumin überschneidet. Diese spektrale Überlappung ermöglicht potenzielle Energieübertragungswege von Chitosan zu den Curcuminmolekülen in unmittelbarer Nähe51. Frühere Berichte haben bereits die Photolumineszenzverstärkung durch Polysaccharid-gestützte Wechselwirkung von Curcumin-Protein-Komplexen nachgewiesen52,53. Wang et al.51 betonten, dass der ternäre Curcumin-Bovin-Serumalbumin-Chitosan-Komplex (C-BSA) höhere PL-Emissionsintensitäten aufweist als ein C-BSA-Binärsystem. Die erhöhte PL-Emission kann mit einem verkürzten Abstand zwischen Curcumin und Rinderserumalbumin bei Zugabe von Chitosan in Verbindung gebracht werden, was zu einem effizienten Energietransfer innerhalb des ternären Komplexes führt. Ein ähnliches Phänomen wurde in dieser Arbeit beobachtet. Abbildung 6A-C zeigt die verbesserten PL-Spektren der Curcumin-gefärbten stickstoffhaltigen Gewebe mit Chitosan. Trotzdem wurde festgestellt, dass für die zellulosehaltigen Gewebe keine signifikanten Verbesserungen beobachtet wurden (Abbildung 5D-F), was auf eine bevorzugte Wechselwirkung mit stickstoffhaltigen Geweben hindeutet. Dies bedeutet, dass verbesserte PL-Wechselwirkungen auch innerhalb von Festkörpersystemen wie protein- und polyamidbasierten Textilsubstraten erreicht werden können. Dies unterstreicht jedoch den unerforschten Bereich in Bezug auf die Curcumin-Forschung weiter und ermöglicht Wege für zukünftige Untersuchungen dieser vielseitigen Verbindung.
In Übereinstimmung mit anderen Studien weist diese Arbeit auch einige Einschränkungen auf, die als Grundlage für zukünftige Forschung und Entwicklung verwendet werden können. Der im Stoff verwendete Farbstoff stammt aus einer natürlichen Quelle und wird mit der vorgeschlagenen Technik extrahiert, bei der Ethanol sowohl für Extraktions- als auch für Färbeprozesse verwendet wird. Ethanol ist ein wirksames Lösungsmittel zur Extraktion von Curcumin; Es ist jedoch zu bedenken, dass auch andere Lösungsmittel lebensfähig sein können, was sich möglicherweise auf die Menge der extrahierten Farbstoffverbindungen, Verunreinigungen und deren Wechselwirkungen mit dem Gewebe auswirkt. Zukünftige Studien könnten die Verwendung verschiedener Lösungsmittel in den Extraktions- und Färbeschritten untersuchen. Aufgrund des Zeitdrucks und der begrenzten Verfügbarkeit von Testeinrichtungen haben wir keine elektronenmikroskopischen Ergebnisse berücksichtigt. Alternativ haben wir jedoch Stereo-Zoom-Mikroskopie-Bilder (Ergänzende Abbildung 4, Ergänzende Abbildung 5, Ergänzende Abbildung 6, Ergänzende Abbildung 7) der getesteten Stoffe mit und ohne Farbstoffe beigefügt. Elektronenmikroskopie wäre jedoch zu empfehlen, wenn die zu implementierenden Farbstoffe Nanopartikelveredelungen aufweisen.
Darüber hinaus wurden die Methoden zur Extraktion und Färbung für praktische Zwecke vereinfacht. Die extrahierte Lösung wurde nicht gereinigt, da der Färbeprozess auch dann fortgesetzt werden kann, wenn die Lösung Verunreinigungen enthält. Es ist wichtig zu beachten, dass die Auswirkungen dieser Verunreinigungen auf die Wechselwirkungen zwischen Stoff und Beizmitteln in dieser Studie nicht untersucht wurden.
Schließlich konzentriert sich diese Forschung hauptsächlich auf die Analyse der Photolumineszenzverstärkung verschiedener Stoffe, die mit Curcumin gefärbt und mit Chitosan gebeizt wurden. Während den optischen Eigenschaften große Aufmerksamkeit geschenkt wurde, wurden physikalische Tests wie Haltbarkeit und Farbechtheit nicht durchgeführt. Dies bietet zukünftigen Forschern die Möglichkeit, das Potenzial des Materials für Authentifizierungszwecke in Textilien weiter zu erforschen.
Für andere Forscher, die daran interessiert sind, diese Arbeit zu replizieren, muss beachtet werden, dass bestimmte gemeldete Parameter möglicherweise nicht dem Zielergebnis entsprechen. Dies kann auf menschliches Versagen, zufällige Fehler und die Umgebungsbedingungen rund um den Versuchsaufbau zurückzuführen sein. Daher sollte das Problem durch Befolgen der Richtlinien zur Fehlerbehebung behoben werden.
Zusammenfassend legt diese Studie den Grundstein für einen umfassenden Ansatz für Curcumin als alternative und robuste Authentifizierungsplattform, die Extraktions- und Analysemethoden bereitstellt, die in verschiedenen Bereichen wie Textilien, Authentifizierung und funktionalen Nanomaterialien Anwendung finden könnten. Die Erkenntnisse aus dieser Studie bieten einen robusten Rahmen für zukünftige Untersuchungen und Innovationen in Curcumin-bezogenen Anwendungen. Der Verifizierungsprozess, der FTIR- und UV-Vis-Spektroskopie kombiniert, schafft ein zuverlässiges Mittel zur Bestätigung des Vorhandenseins von Curcumin. Die erfolgreiche Abscheidung von Curcumin auf verschiedenen Gewebesubstraten, die durch ihre anhaltenden photolumineszierenden Emissionen belegt wird, hat erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung effektiver und zuverlässiger Authentifizierungslösungen und ermöglicht damit aufregende Möglichkeiten der Fälschungssicherheit und Sicherheitskennzeichnung. Die umfassenden PL-Messungen, die an Curcumin-gefärbten Textilien durchgeführt wurden, liefern ein umfassendes Verständnis dafür, wie Curcumin mit verschiedenen textilen Substraten interagiert. Dieser analytische Ansatz beleuchtet nicht nur die optischen Eigenschaften von Curcumin, sondern enthüllt auch die einzigartigen substratspezifischen Verhaltensweisen, die maßgeschneiderte Anwendungen und optimale Einsatzstrategien leiten. Darüber hinaus eröffnet die Untersuchung von Chitosan nicht nur für die antimikrobielle Ausrüstung, sondern auch als Vermittlungsmittel für verstärkte Lumineszenz enorme Möglichkeiten für neuartige Anwendungen in den Bereichen Photonik und Biomedizin. Mit diesen facettenreichen Ansätzen entfacht diese Studie das Interesse an der Erforschung natürlicher Pigmente neu und treibt weitere Untersuchungen in Richtung technischer und funktioneller Anwendungen voran.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Acknowledgments
Diese Arbeit wird vom Department of Science and Technology - Philippine Textile Research Institute im Rahmen des DOST Grants-in-Aid (DOST-GIA) Projekts mit dem Titel Covert Technology Towards Sustainability and Protection of the Philippine Textile Sectors under the Digitalization of the Philippine Handloom Weaving Industry Program unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| (Curcumin) C. longa, spray dried | N/A | N/A | Naturally Sourced |
| 100 mL Graduated Cylinder | n/a | ||
| 10 mL Serological Pipette | n/a | ||
| 200 mL Beaker | n/a | ||
| 365 nm UV Light | AloneFire | SV004 LG | |
| 50 mL Centeifuge Tube | n/a | ||
| AATCC Multitester Fabric | Testfabrics, Inc. | 401002 | AATCC Multifiber test fabric # 1 precut pieces of 2 X 2 inches, Heat Sealed |
| Analytical Balance | Satorius | BSA 224S-CW | |
| Aspirator | n/a | ||
| ATR- FTIR | Bruker | Bruker Tensor II | |
| Centrifuge | Hermle Labortechnik GmbH | Z 206 A | |
| Chitosan | Tokyo Chemical Industries | 9012-76-4 | |
| Digital Camera | ToupTek | XCAM1080PHB | |
| Drying Rack | n/a | ||
| Ethanol | Chem-Supply | 64-17-5 | Undenatured, 99.9% purity |
| Glacial Acetic Acid | RCI-Labscan | 64-19-7 | AR Grade, 99.8% purity |
| Glass Slide | n/a | ||
| Iron Clamp | n/a | ||
| Iron Stand | n/a | ||
| Magnetic Stirrer | Corning | PC-620D | |
| Pasteur Pipette | n/a | ||
| Propan-2-ol | RCI-Labscan | 67-63-0 | AR Grade, 99.8% purity |
| Sonicator | Jeio Tech Inc. | UCS-20 | |
| Spectrofluorometer | Horiba (Jovin Yvon) | Horiba Fluoromax Plus | |
| Stirring Bar | n/a | ||
| UV-Vis Spectrophotometer | Agilent | Cary UV 100 | |
| Wash bottle | n/a | ||
| Zoom Stereo Microscope | Olympus | SZ61 |
References
- Eisend, M., Hartmann, P., Apaolaza, V. Who buys counterfeit luxury brands? A meta-analytic synthesis of consumers in developing and developed markets. J Int Market. 25 (4), 89-111 (2017).
- Agrawal, T. K., Koehl, L., Campagne, C. Uncertainty modelling in knowledge engineering and decision making. World Scientific Procedings Series. , Istanbul, Turkey. (2012).
- Cakin, M. B., Dincer, A. T. A. Turkish studies-comparative religious studies. , International Balkan Univeristy. (2023).
- Albarq, A. N. Counterfeit products and the role of the consumer in Saudi Arabia. Am J Indust Busi Manag. 5 (12), 819-827 (2015).
- Boamah, F., Ayesu, S. M., Crentsil, T., Pardie, S. P. The effect of academic textiles studies on the Ghana textile industry. Africa J Appl Res. 8 (2), 186-196 (2022).
- Bruce-Amarty, E. J., Amissah, E. R. K., Safo-Ankama, K. The decline of Ghana's textile industry: Its effects on textile education in Ghana. Art Design Studies. 22, 36-44 (2014).
- Abdollahi, A., Roghani-Mamaqani, H., Razavi, B., Salami-Kalajahi, M. Photoluminescent and chromic nanomaterials for anticounterfeiting technologies: Recent advances and future challenges. ACS Nano. 14 (11), 14417-14492 (2020).
- Norum, P. S., Cuno, A. Analysis of the demand for counterfeit goods. J Fashion Market Manage: An Int J. 15 (1), 27-40 (2011).
- Okonkwo, I. E., Abiala, W. Justification of counterfeits a microscopic view from a trademark perspective. Mayne Quart Law Rev. 6 (4), 1-7 (2021).
- Quoquab, F., Pahlevan, S., Mohammad, J., Thurasamy, R. Factors affecting consumers' intention to purchase counterfeit product. Asia Pac J Market Log. 29 (4), 837-853 (2017).
- Dalal, H. Challenges: A study of Textile Industry in India. Pramana Res J. 9 (5), 423-429 (2019).
- Mushi, H. M., Mohd Noor, N. A. Consumer behaviour and counterfeit purchase in the Tanzanian mainland. Global Bus Manage Rev (GBMR). 8 (1), 49-64 (2022).
- Ren, S., et al. Highly bright carbon quantum dots for flexible anti-counterfeiting. J Mat Chem C. 10 (31), 11338-11346 (2022).
- Liu, R. S. Phosphors, Up Conversion Nano Particles, Quantum Dots and Their Applications. , Springer, Berlin, Heidelberg. (2017).
- Chang, K., et al. Conjugated polymer dots for ultra-stable full-color fluorescence patterning. Small. 10 (21), 4270-4275 (2014).
- Fatahi, Z., Esfandiari, N., Ranjbar, Z. A New anti-counterfeiting feature relying on invisible non-toxic fluorescent carbon dots. J Anal Test. 4 (4), 307-315 (2020).
- Abd El-Hack, M. E., et al. Curcumin, the active substance of turmeric: its effects on health and ways to improve its bioavailability. J Sci Food Agri. 101 (14), 5747-5762 (2021).
- Bener, M., Özyürek, M., Güçlü, K., Apak, R. Optimization of microwave-assisted extraction of curcumin from Curcuma longa L. (Turmeric) and evaluation of antioxidant activity in multi-test systems. Rec. Nat. Prod. 10 (5), 542-554 (2016).
- Van Nong, H., et al. Fabrication and vibration characterization of curcumin extracted from turmeric (Curcuma longa) rhizomes of the northern Vietnam. Springerplus. 5 (1), 1147 (2016).
- Kolev, T. M., Velcheva, E. A., Stamboliyska, B. A., Spiteller, M. DFT and experimental studies of the structure and vibrational spectra of curcumin. Int J Quantum Chem. 102 (6), 1069-1079 (2005).
- Mohajeri, M., Behnam, B., Tasbandi, A., Jamialahmadi, T., Sahebkar, A. Studies on biomarkers and new targets in aging research in Iran: Focus on turmeric and curcumin. , Springer international publishing. (2021).
- Hay, E., et al. Therapeutic effects of turmeric in several diseases: An overview. Chem Biol Interact. 310, 108729 (2019).
- Ahmad, R. S., et al. Biochemistry, safety, pharmacological activities, and clinical applications of turmeric: A mechanistic review. Evid Based Complement Alternat Med. 2020, 7656919 (2020).
- Tsaplev, Y. B., Lapina, V. A., Trofimov, A. V. Curcumin in dimethyl sulfoxide: Stability, spectral, luminescent and acid-base properties. Dyes Pigments. 177, 108327 (2020).
- Chignell, C. F., et al. Spectral and photochemical properties of curcumin. Photochem Photobiol. 59 (3), 295-302 (1994).
- Sun, X., Gao, C., Cao, W., Yang, X., Wang, E. Capillary electrophoresis with amperometric detection of curcumin in Chinese herbal medicine pretreated by solid-phase extraction. J Chromatogr A. 962 (1-2), 117-125 (2002).
- Takenaka, M., et al. Effective extraction of curcuminoids by grinding turmeric (Curcuma longa) with medium-chain triacylglycerols. Food Sci Technol Res. 19 (4), 655-659 (2013).
- Heffernan, C., Ukrainczyk, M., Gamidi, R. K., Hodnett, B. K., Rasmuson, ÅC. Extraction and purification of curcuminoids from crude curcumin by a combination of crystallization and chromatography. Org Process Res Dev. 21 (6), 821-826 (2017).
- Paramasivam, M., Poi, R., Banerjee, H., Bandyopadhyay, A. High-performance thin layer chromatographic method for quantitative determination of curcuminoids in Curcuma longa germplasm. Food Chem. 113 (2), 640-644 (2009).
- Priyadarsini, K. I. The chemistry of curcumin: from extraction to therapeutic agent. Molecules. 19 (12), 20091-20112 (2014).
- Nhujak, T., Saisuwan, W., Srisa-art, M., Petsom, A. Microemulsion electrokinetic chromatography for separation and analysis of curcuminoids in turmeric samples. J Sep Sci. 29 (5), 666-676 (2006).
- Kim, Y. J., Lee, H. J., Shin, Y. Optimization and validation of high-performance liquid chromatography method for individual curcuminoids in turmeric by heat-refluxed extraction. J Agri Food Chem. 61 (46), 10911-10918 (2013).
- Patel, K., Krishna, G., Sokoloski, E., Ito, Y. Preparative separation of curcuminoids from crude curcumin and turemric powder by pH-zone refining countercurrent chromatography. J Liq Chrom Rel Tech. 23 (14), 2209-2218 (2007).
- Paulucci, V. P., Couto, R. O., Teixeira, C. C. C., Freitas, L. A. P. Optimization of the extraction of curcumin from Curcuma longa rhizomes. Rev Bras Farmacogn. 23 (1), 94-100 (2013).
- Ali, I., Haque, A., Saleem, K. Separation and identification of curcuminoids in turmeric powder by HPLC using phenyl column. Anal. Methods. 6 (8), 2526-2536 (2014).
- Li, M., Ngadi, M. O., Ma, Y. Optimisation of pulsed ultrasonic and microwave-assisted extraction for curcuminoids by response surface methodology and kinetic study. Food Chem. 165, 29-34 (2014).
- Mandal, V., Mohan, Y., Hemalatha, S. Microwave assisted extraction of curcumin by sample-solvent dual heating mechanism using Taguchi L9 orthogonal design. J Pharm Biomed Anal. 46 (2), 322-327 (2008).
- Shankar, M., Palani, S., Nivedha, D. Extraction of Curcumin from Raw Turmeric (Curcuma longa.)-A Comparative Study, Using Soxhlet, Chemical, Chromatographic, and Spectroscopic Methods and Determining its Bioavailability. Int J Mod Dev in Eng Sci. 1 (6), 67-72 (2022).
- Kurmudle, N., Kagliwal, L. D., Bankar, S. B., Singhal, R. S. Enzyme-assisted extraction for enhanced yields of turmeric oleoresin and its constituents. Food Biosci. 3, 36-41 (2013).
- Chassagnez-Méndez, A. L., Corrêa, N. C. F., França, L. F. d, Machado, N. T. d, Araújo, M. E. A mass transfer model applied to the supercritical extraction with CO2 of curcumins from turmeric rhizomes (Curcuma longa L). Brazil J Chem Eng. 17, 315-322 (2000).
- Ghoreishian, S. M., Maleknia, L., Mirzapour, H., Norouzi, M. Antibacterial properties and color fastness of silk fabric dyed with turmeric extract. Fibers Poly. 14 (2), 201-207 (2013).
- Safapour, S., Sadeghi-Kiakhani, M., Doustmohammadi, S. Chitosan-cyanuric chloride hybrid as an efficient novel bio-mordant for improvement of cochineal natural dye absorption on wool yarns. J Textile Inst. 110 (1), 81-88 (2018).
- Vahur, S., Teearu, A., Peets, P., Joosu, L., Leito, I. ATR-FT-IR spectral collection of conservation materials in the extended region of 4000-80 cm(-)(1). Anal Bioanal Chem. 408 (13), 3373-3379 (2016).
- Gunasekaran, S., Natarajan, R., Natarajan, S., Rathikha, R.
- Kim, H. J., et al. Curcumin dye extracted from Curcuma longa L. used as sensitizers for efficient dye-sensitized solar cells. Int J Electrochem Sci. 8 (6), 8320-8328 (2013).
- Singh, P. K., Wani, K., Kaul-Ghanekar, R., Prabhune, A., Ogale, S. From micron to nano-curcumin by sophorolipid co-processing: highly enhanced bioavailability, fluorescence, and anti-cancer efficacy. RSC Adv. 4 (104), 60334-60341 (2014).
- Holmquist, H., et al. Properties, performance and associated hazards of state-of-the-art durable water repellent (DWR) chemistry for textile finishing. Environ Int. 91, 251-264 (2016).
- Berradi, M., et al. Textile finishing dyes and their impact on aquatic environs. Heliyon. 5 (11), e02711 (2019).
- Behera, M., Nayak, J., Banerjee, S., Chakrabortty, S., Tripathy, S. K. A review on the treatment of textile industry waste effluents towards the development of efficient mitigation strategy: An integrated system design approach. J Environ Chem Eng. 9 (4), 105277 (2021).
- Massella, D., Giraud, S., Guan, J., Ferri, A., Salaün, F. Textiles for health: a review of textile fabrics treated with chitosan microcapsules. Environ Chem Lett. 17 (4), 1787-1800 (2019).
- Wang, F., Huang, W., Jiang, L., Tang, B. Quantitative determination of proteins based on strong fluorescence enhancement in curcumin-chitosan-proteins system. J Fluoresc. 22 (2), 615-622 (2012).
- Yang, M., Wu, Y., Li, J., Zhou, H., Wang, X. Binding of curcumin with bovine serum albumin in the presence of iota-carrageenan and implications on the stability and antioxidant activity of curcumin. J Agric Food Chem. 61 (29), 7150-7155 (2013).
- Sneharani, A. H., Karakkat, J. V., Singh, S. A., Rao, A. G. Interaction of curcumin with beta-lactoglobulin-stability, spectroscopic analysis, and molecular modeling of the complex. J Agric Food Chem. 58 (20), 11130-11139 (2010).
