Syntes av växt Fenol-härledda polymera Färgämnen för direkt eller Mordant baserade Hårfärgning

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

Effektiv hårfärgning genom in situ inkubation av keratin hår med produkter av svamp lackas katalyserade polymerisationen av växt fenoler har tidigare visats. Emellertid tar lång tid att slutföra jämfört med kommersiella hår-färgningsprodukter färgningsprocessen. För att övervinna denna flaskhals, pre-syntetiserade polymera produkter av oxidativ reaktion av sidenticka lackas på catechin och katekol, antingen med eller utan betningsmedel (t.ex. FeSO _4), var här används för att uppnå permanent keratin hårfärgning i olika färger och nyanser . Lackas verkan i surt natriumacetatbuffert ledde till en djup svart färgning efter kopplingsreaktioner mellan de växt fenoler. De färgade ningsmedel därefter avsaltades och koncentrerades med ultrafiltrering. Färgämnena, med eller utan betningsmedel, orsakade en signifikant ökning av AE-värdena (dvs. färgdifferensvärde) i grått människohår witunna 2,5 timmar. Dessutom har olika keratin färger och nyanser inducerade beroende på mordanting och pH-förändringar. Det färgade håret uppvisade också en stark motståndskraft mot tvättmedels behandlingar, vilket tyder på att våra metoder kan ge upphov till permanent hårfärgning. Sammantaget vårt arbete har gett ny insikt i att utveckla miljövänliga hår-färgning metoder som alternativ till kommersiella giftiga diamin-baserade färgämnen .

Introduction

Lackaser är oxidaser som är aktiva mot fenol och polyfenolföreningar. De har identifierats i olika levande organismer, inklusive växter, svampar, insekter och bakterier. Deras enzymatiska åtgärder bidrar till flera morfogenetiska fenomen ^1. Enzymerna katalyserar enkelelektronoxidering av substraten, vilket resulterar i bildning av radikaler som ytterligare är kopplade till små organiska och fasta ytor. Sådana kopplingsprocesser leder till syntes av oligomerer och polymerer och till ytan funktionalise ^{2, 3.} När lackas substrat är från naturliga källor, såsom växtfenoler, de enzymatiska reaktionerna är av stort intresse när det gäller grön kemi. Här, både reaktanter och katalysatorer är från naturliga källor. Dessutom resulterande produkterna liknar de naturliga produkterna, eftersom de övergripande reaktioner härma synteser av naturliga fenol in vivo polymerer-inklusive växt lignin, poly (flavonoid), och humus vari små växtfenolföreningar är mycket tvärbundna genom oxidas-inducerad radikal kopplingen ^4.

Produkter som härrör från lackaskatalyserade kopplingsreaktioner av vegetabiliska fenoler kan användas för att färga grått hår genom in situ inkubation och kan utvecklas som ett alternativ till kommersiellt tillgängliga färgämnen ^1. Sådana alternativ är viktiga, eftersom kommersiella hår-färgningsmedel är baserade på p-fenylendiamin (PPD), PPD relaterade diaminföreningar, och väteperoxid, som har visat sig vara giftiga, cancerframkallande, och allergi för människor ^{5, 6.} I lackas katalyserade kopplingsreaktioner, de lackaser och växt fenoler ersätta funktionellt väteperoxid och p-fenylendiamin, respektive ^7. Emellertid är färgningshastigheten hos lackasbaserade system mycket långsammare än den hos den kommersiella ett. I allmänhet PPD-baserade färgning agenter kräver mindre än en timme för att uppnåeffektiv färgförändring i keratin hår, medan lackasbaserade reaktioner kräver en inkubation över natten ^7. De långsamma färgnings kinetik kan förklaras av två möjliga fenomen. Först, användning av en låg pH-buffert (t.ex. pH 5) för att maximera lackasaktivitet har observerats att minska graden av svullnad i keratin matriser, vilket hämmar djup penetration av färgämnen in i matriserna. I själva verket har agenter gör det möjligt för färgning reaktioner att fortsätta i hög pH-betingelser har visat sig vara en integrerad del av kommersiella hår-färgning produkter ^8. För det andra har antalet möjliga kromofora molekyler som uppvisar stark adsorption till keratinhaltiga ytor under polymerisationsreaktionen visat sig vara proportionell mot inkubationstiden (dvs graden av polymerisation). Till exempel, var omvandlingen av dopamin till polydopamine visat sig inducera en stark vidhäftning till många ytor som var samtidig med bildningen av en svart färg ^9. </ P>

I det pågående arbetet, pre-syntetiserade polymera produkter som framställts av T. versicolor lackas oxidation av catechin och katekol användes för att behandla keratin hår för färgning. Vi antog att adsorptionen förmågan hos polymererna skulle vara mycket starkare än den för de monomera växt fenoler och att de initialt skulle bilda med låg molekylvikt oligomerer. Resultaten visade att vid användning av pre-syntetiserade polymerer, den enzymatiska oxidationen makt inte längre var nödvändig. Detta indikerar att pH-värdet kan kontrolleras och att metalljoner kan användas i hårfärgningsbehandlingar, oberoende av enzymaktivitet. Detta protokoll ger en enkel och snabb metod för att färga keratin hår i olika nyanser av färg när du använder miljövänliga och förnybara vegetabiliska fenol (Figur 1).

Protocol

1. Framställning av växt Fenol-härledda polymera Färgämnen Upplösa katekol (0,1 g) och (+) – katekin-hydrat (0,1 g) i 32 ml av 100 mM natriumacetatbuffert (pH 5,0) och 8 ml absolut etanol. Tillsätt 10 mg T. versicolor lackas till catechol- och katekin-innehållande buffert. Blanda kraftigt och häll lösningen i en kvadrat petriskål. Inkubera skålen vid rumstemperatur i ett skakande inkubator (25 rpm) under 24 h. Dramatisk färgförändring av lösningen från transparent till mör…

Representative Results

Först var färgningsförmåga av polymera färgämnen jämfört med den för växthärledda monomerer (dvs., catechin och katekol). De polymera färgämnen inducerade en signifikant förändring i färgen grå keratin hår (Figur 2A och Figur 3), medan den medfödda grå färgen på håret förblev mycket stabil med växt monomerer (data visas ej). Effekterna av mordanting medel på färgning förmåga polymera produkter utvär…

Discussion

Intressant nog vår metod reduceras den tid det tog att färga keratin hår med oxiderande-inducerade polymerisationer av naturliga fenoler. Det inducerade också olika färger i håret genom enkla manipulationer av polymera färgämnen, såsom att förändra pH och tillämpa betningsmedel.

In situ inkubation av keratin hår med lackas oxidation av växt fenoler kräver alltför långa inkubationstider för att uppnå effektiv färgning ^7. Sådana långsamma färgnings ki…

Materials

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 5kDa	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)