美白化粧料の電気化学的酸化機構の解明、迅速かつ低レベル判定:ナノセピオライト粘土による水溶液中のアルブチン
Mar 20, 2022
接触：joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791
セブダ・アイダル・バルチュ1 ·Dilek Eskiköy Bayraktepe2 ·ゼーラ・ヤザン2 ·カムラン・ポラット2 ·ハヤティ・フィリク1
要約
アルブチン(AR)は、化粧品用途において有害作用の欠如を有する重要な化学物質の1つであり、 依然として生物学的重要性があり、関心が高まっているアルブチン化粧品業界で。電気化学センサ その高感度、シンプルさ、そして速いために多くの注目を集めています。本研究では、電気分析法 ナノセピオライト粘土炭素ペースト電極上のARの定量化のために開発され、検証されている。電気化学酸化水性媒体中でのARのメカニズムも調べた。ナノセピオライト粘土改質炭素 ペースト電極は、ARの測定のための迅速および低レベルの電気化学センサとして使用した。電気化学 ARの応答を、裸およびナノセピオライト修飾カーボンペースト電極の表面上で比較した。 BR緩衝液中のサイクリックボルタンメトリー法。その結果、 改質炭素電極におけるARのピーク電流。ストリッピング条件および実験パラメータ(pH、効果) 修飾子の内容、蓄積の可能性、および時間)は、最良のものを得るために最適化されました酸化ARの信号。下 最適化された条件により、0.0362~80.0 μMの濃度範囲で線形検量線が得られた( 検出限界10.8nM)を方形波吸着ストリッピングボルタンメトリーで。メソッドは正常に適用されました 化粧品トリトーンクリームサンプル中のARの決定。この研究は、電気化学センサが 迅速、高感度、低レベル、再現性のある分析の将来の候補となる可能性。
キーワード：アルブチン、セピオライト粘土、カーボンペースト電極、化粧クリーム、ボルタンメトリー
紹介
アルブチン(AR)はヒドロキノン-β-d-グルコピラノシドである。 クマベリー植物から抽出。それは多くの薬用植物種、特に高濃度で見出される エリカ科(Pavlović et al. 2009)。アルブチン の阻害を介してメラニンの形成を防ぐことができます 必須チロシナーゼ酵素(Parvez et al. 2007)。ARは持っています 多くの肌に使用されているホワイトニングコスメ。このグリコシド構造の美容効果はヒドロキノンよりも小さいが、その毒性は比較的低く、その水 そうでない場合、ヒドロキノンと比較して溶解度が高い 完全に削除されました。これらの特性のために、多くの皮膚 美白および色素除去化粧品が頻繁に使用されている(Libánský et al. 2011;Mehrabi et al. 2021; Shih and Zen 2000)。
の脱色効果アルブチンに報告されています チロシナーゼを阻害することによってメラニンへのチロシン変換を減少させ、したがってメラニン生合成を減少させる。メラニン に一般的に見られる暗い生物学的色素である 皮膚、毛髪、眼膜、脳の一部、および メラニックと呼ばれるいくつかの製品では。メラノサイトでは、 メラニン産生細胞であり、チロシナーゼの阻害 チロシンからメラニンへの変換を触媒する酵素は、メラニン色素の産生を抑制する。AR、 所望のものを示す少数の化合物ホワイトニングの効果は、の発癌性効果のために好ましい ハイドロキノンは、最も効果的なホワイトナー(Libánský et al. 美白剤の濃度としては、 皮膚の血液にゆっくりと吸収され、 化粧品は、閾値濃度に達しない可能性がある(Degen 2016)。したがって、決定 のホワイトニング薬剤、例えばアルブチン、ヒドロキノン、および コウジ酸は、化粧品において品質管理に重要である そして安全性。
化粧品は複雑なサンプルであり、多くの技術 化粧品分析物を決定するために利用され得る、ガスクロマトグラフィー質量分析法を含む(Chisvertら。 2010)、キャピラリー電気泳動(Lin et al. 2007)、液体 クロマトグラフィー質量分析(Kim et al. 2018)、電気化学(Shahamirifard and Ghaedi 2019;シーと Zen 2000)、高速液体クロマトグラフィー 方法(Huang et al. 2004)。これらの方法と比較して、電気化学的方法は、単純、高速、正確、経済的であり、有機溶媒の消費量が少ない (Gupta et al. 2011;Hoyos-Arbeláez et al. 2017).他に 電気化学センサは、選択的および 化学的および生物学的分析物の高感度分析 簡単な操作、経済的、および電極の高い多様性 材料 (Karimi-Maleh et al. 2020, 2019).
現代の電気化学センサは、 3つの電極を含むシステム(参照、補助、 と作業)。その中で、作用極は、 酸化還元反応が起こるので最も重要なもの 溶液と作用電極界面の間。 水銀などの各種作用電極 (Christie et al. 1977), 金属ベース (Masek et al. 2011), 炭素ベース(Yazan et al. 2018;アーデンとヤザン 2018) 電極はボルタンメトリー分析に使用されています 何年もの間。炭素系、特に炭素ペースト電極は、広い電位範囲、長期安定性を有し、 低バックグラウンド電流, 再現性, 表面再生 手順、および修正の容易さ(Bayraktepeら。 2016;Švancara et al. 2001).感度を向上させ、 カーボンペースト電極上のボルタンメトリック信号の選択性は、いくつかの材料、例えば、ナノ粒子(Ardakani et al. 2008)、カーボンナノチューブ(Afkhami et al. 2014)、 イオン液体(Shabani-Nooshabadi and Roostaee 2016)、 いくつかの粘土鉱物(Bayraktepe et al. 2015;サティシャら 2012年)等、使用されている。粘土鉱物の一つであるセピオライトは、 電極表面と電気伝導度を高める の作用極(Pekin et al. 2017)。
提示された作品は、敏感で、選択的で、 単純吸着ストリッピングボルタンメトリー法(AdsSWV) の決定のためアルブチン化粧品で。対して この目的のために、セピオライト粘土改質カーボンペースト電極 (クレイ/ CPE)は、低などの有利な機能を使用して使用されました バックグラウンド電流, 広い電位ウィンドウ, 高吸着性 特性、取り扱いが容易、および表面の改修。のに ARに関する6つのボルタンメトリック研究が 文献報告 (Blasco et al. 2004;ブトウォンら 2020; Libánský et al. 2011;Liu et al. 2008;シャハミリファルドと ガエディ 2019;Shih and Zen 2000)、この研究では、開発されたClay/CPEセンサは検出の最低限度を提供します ARのための最も広い線形動作範囲。
シスタンチェのレビュー
実験的
試薬及び装置
溶剤、AR、セピオライト粘土、グラファイト粉末、鉱物油はすべてシグマアルドリッチ社から供給され、使用したその他の化学物質は分析グレードでした。ARのストックソリューション 0× 10–3 mol L−1)中に固体ARを溶解して調製した。 水。調製した原液を+4°Cの冷蔵庫に保存し、0.04 mol L-1 ブリトン・ロビンソン緩衝液を 支持電解質として用いられる。
全ての電気化学的測定[サイクリックボルタンメトリー] [(CV)、方形波ボルタンメトリー(SWV)、および電気化学インピーダンス分光法(EIS)]により行った。 CHI 660C(米国、テキサス州産)とC3セルスタンドを使用 (Bioanalytical Systems, Inc., USA, BASi)Ag/AgCl (in 3.0 mol L−1 NaCl, BAS MF-2052)を参照電極として用い、クレイ/CPE、CPEセンサを作用電極として用い、補助電極として白金線を用いた。 (BASのMW-1032)を用いた。すべてのアッセイの前に、pHをHANNAインスツルメンツHI2211 pH/ORPメーターで測定した。 pH値が4.0、7.0、および10.0の緩衝液を使用した。 pHメーターの校正用。二重蒸留水は、 付属のmpMINIピュアシステム。全てのアッセイを実施した 25°Cで。
センサーの準備手順
30mgのグラファイト粉末および10μLの鉱油は、 ヘラでシャーレに混ぜてCPEを調製する。については セピオライト粘土修飾CPEs、セピオライトの調製 粘土とグラファイト粉末を異なる配給量で混合し、 その後、鉱油(10μL)を加えた。の質量比 混合物中のセピオライト粘土を3.3との間で変化させた。 10%.電気的接続は銅によって提供されます 針金。準備されたセンサーの表面が平滑化される 滑らかな紙で。すべての実験の前に、表面洗浄 の修正CPEセンサを、 水 - エタノール混合物(1:1)(Aydar et al. 2018)。
分析手順
AR (1.0× 10–3 mol L-1)ストック溶液をすべての実験的研究に使用した。すべてのボルタンメトリー法において、電解質 (0.04 mol L−1 BR緩衝液(pH 2.0)およびARストック溶液 全量で電気化学セルに添加した 10.0mLの。
仕事、基準、および対極は、 電気化学セルに浸漬する。超高純度窒素 ガス(純度99.99%)は、各分析の1分前〜30秒です 各測定の間。最後に、ボルタモグラムは AdsSWVを使用して0.5~1.0Vの電位ウィンドウに記録されました。 AdsSWVのデバイスパラメータ:振幅:0.025 V、 周波数 20 Hz、電位範囲 0.5 ~ 1.0 V、EIS の場合: 振幅: 0.005 V, 周波数範囲: 0.05–105 Hz および ナイキストプロットは、開回路電位下で記録した。
クリームサンプル調製
100.0mgのトリトーンクリームサンプル(クリームには2%が含まれていますアルブチン、2%コウジ酸、2%アスコルビン酸、6%グリコール酸、 1%グラブリジン)を秤量し、いくつかの蒸留水と共に超音波浴中で15分間溶解し、 全量を蒸留水で10mlに仕上げた。 7.4× 10〜4モルのL−1 ARを含む溶液を調製した。 この溶液を+ 4°Cで一晩保持し、 適切な量のソリューションの明確な部分と 電気化学セル中でpH 2.0 BR緩衝液で希釈した。
結果と考察
セピオライト修飾炭素の特性評価 ペースト電極
ベアおよびセピオライトの電気化学的特性評価 粘土改質CPEsは、CVおよびEISを用いて実施した メソッド。無花果。S1a と b は CV 曲線を示します (ʋ: 0.050 V/s) および5.0 mM Fe(CN)6のナイキストプロット 3−/4− (0.1 M KCl 中) 未修飾およびセピオライト粘土修飾CPEを用いた溶液 電極は、それぞれ。図2による。S1aは、見られる すなわち、CPEをセピオライト粘土で修飾すると、いずれも陽極 Fe(CN)6のカソードピーク電流 3−/4− 増加 (約 陽極の場合は1.2倍、陰極ピーク電流の場合は1.1倍)、 ピーク間分離電位(∆Ep)が低下すると (約0.22V)劇的に。したがって、ナイキストプロット 図2に記載する。S1b は、クレイ/CPE の Rct 値が低いことを表します。 (約2050 Ω)未修飾CPE(約4082 Ω)よりも、 セピオライト粘土上の高速電子移動を示す 改質カーボンペースト電極(Aydar et al. 2018)。さらに、CPEおよび粘土/CPE電極の活性表面積 CVによるランドルズ・セブチク方程式を用いて計算された 5.0 mM Fe(CN)6の測定 異なるスキャンレートで0.1 M KClで3−/4−であり、0.08(±0.002)cm2であることが判明 および 0.09 (± 0.001) cm2 CPEおよびClay/CPEについて、それぞれ(Bayraktepe et al. 2016;Elyasi et al. 2013;Aydar et al. 2018).ザ 結果は、活性表面積が後に増加したことを示しました 電極修飾、より高い陽極ピークにつながる 開発された電気化学センサの電流応答。
ARの電気化学的挙動
裸での電気化学的挙動 5.0× 10–5 μmol L−1 AR 粘土改質電極は0.1 V/sスキャンレートで表面化し、 (+0.5)–(+1.2)の電位範囲をCV法を用いて調べた。図1に示すように、1酸化のピークアルブチン約0.834Vで発生した。と比較した場合 CPE、ARのピーク電位(0.834V)であることが観察された。 Clay/CPE(0.790V)表面でより負の値にシフトし、ARのピーク電流は約1.4倍に増加しました。 その結果、セピオライト粘土がARの電気酸化に電極触媒効果を有することが示された。
セピオライト電極含有量の最適化
セピオライト粘土に対する最適な含有量を決定した )を改質電極の作製に用いる。対して この目的のために、粘土変性電極を、 3.3の粘土含有量;5.0;6.7;8.3;0% (Pekin et al. 2017; Bayraktepe et al. 2019).ボルタモグラムは、 走査速度0.1VsのCV法 −1 pH 2.0 BR 1.0× 10〜5モルL−1ARを含む緩衝液。で見られるように 図2、ARのピーク電流はパーセンテージの後に減少した セピオライト粘土の5.0%。このため、最適なセピオライト 粘土改質CPEの調製に使用される粘土量 0%として選択した。
pHの影響
上のARの電気化学的挙動を調べるには 粘土/CPE表面、ピーク電流およびピーク電位は、 異なるpH値で測定する。pH最適化は、ブリトン・ロビンソン(BR)緩衝液(pH 2.0~6.0)を用いて行った。 この目的のために、0.04 M BR緩衝液を調製し、 ARのピーク電流測定値は、 CV法(図3)。
pH-ipグラフを調べると、 pH 2.0値でのピーク電流が最も高く、 ピーク電流はpHの上昇とともに徐々に減少しました pH 6.0で。このため、AR測定のための方法開発研究に最も適したpHは、 2.0 として選択されます。
電気化学を研究する酸化のメカニズム AR、CV技術が用いられた。電子の数 ARの電気酸化における転写(n)は、 次の式(1)を使用します。
ここで、EA pは陽極ピーク電位、Eaは p/2 はハーフピーク 電位、αは電子移動係数である。不可逆的な工程の場合、αは0.5と見なされます。電子の数 この研究における転送(n)は2.32(n = 2.32)として計算された。
ピーク電位とスキャンレートの対数との関係は、以下の式(2)で与えることができる。 これはLavironによって表現されている(Bukkitgar et al. 2015;シェッティ ら. 2018),
ここで、E0 は形式的な酸化還元電位、αは転移 係数、F はファラデー定数、n は転送 電子数、および k0 は標準レート定数です。E0 · は、Ep対ʋプロットの切片から次式で決定される。 線 ʋ=0 と E0 を外挿する 738Vであった。次に、 k0 · 2.6× 104 s として計算されました −1. 陽極ピーク電位の関係、Ea. p、および pHは以下のように見出された:Eaは p = −0.0229 pH + 0.8444 (R2 = 0.995)。
0.0229 の傾き酸化ピークは 理論的なネルンス語値の半分の0.059(David et al. この結果から、 ARの酸化機構で移動する電子は、 陽子の数の2倍に等しい。
4-メトキシフェノール有機化合物と薬品 ARのような構造(表S1)を0.04M BR(pH 2.0) 同じ範囲のクレイ/CPE電極の溶液 ポテンシャル。図2に示すように。S2は、電気化学的形状および特性の点で、4−メトキシフェノールおよびAR 0.04 Mで明確に定義されたピークで同様の応答を示しました BR溶液(pH 2.0)における電位0.698および0.811 V、 それぞれ。また、酸化電位の違い ARの 4-メトキシフェノール化合物よりもその幾何学的構造によって引き起こされる立体障害(Pavitt et al. 2017;大勝 と鈴木2011)。得られた結果を検討するにあたり、 私たちの可能性を提案することができます酸化反応(与えられた スキーム1)において、AR等におけるフェノール部分から生じ得る 4-メトキシフェノール(Enache and Oliveira-Brett 2011;ネイディ ら. 2017).
シスタンチェ抗酸化に肌への美白効果
影響スキャンレート
の電気化学的性質酸化ARのピーク )を調査した。この目的のために、ボルタモグラム 0.005~0.5V/sのスキャンレートで記録され、 1.0× 10–5 M AR (pH 2.0 BR バッファー) の使用 CV法(図4)。図4に示すように、減少なし ARのピークが見つかった。約0.8Vの陽極ピークは1つだけ )が観察された。したがって、Clay/CPE電極表面のARの酸化ピークが示すといえる。 不可逆的な酸化還元挙動(Nady et al. 2017)。分析するには ARの電気化学的過程、logip-logʋグラフは CV法を用いてプロットされ、 logip–logʋ グラフは、酸化ARのピークは、アルブチン拡散によって電極表面に運ばれる(Allen and Larry 2001)。
分析法開発
ARの決定については、SWV-AdsSWV法を クレイ/ CPE電極表面で比較。得られたボルタモグラムを図2に示した。S3。それは観察された ARのピークフローは吸着ストリッピングで増加しました 方式。と言うことはできますが、アルブチンです 拡散により改質電極表面に運ばれ、 吸着により電極表面に付着する。
さらに、クレイ/CPE表面にARの存在下で、CV法を用いて5サイクルを採取した。そうでした 最初の酸化ピークはかなりだった 他のものよりも高く、ピークの高さは2サイクル目で徐々に減少しました。この減少は、 ピークは、ARが表面に付着するという考えを支持します 拡散による粘土/CPE電極の 吸着(図1.S3B) (Nady et al. 2017).この文脈において、ARの決定のための方法開発研究 粘土/CPE表面上では、吸着性を使用して実施した ストリッピングメソッド。
実験条件の最適化
堆積ポテンシャルと堆積時間の値は、AdsSWVのこれらのデバイスパラメータの下で最適化されました:振幅:0.025 V、周波数20 Hz、1.0× 10-5のARソリューション mol L−1 は (0.5) – (+1.0) V のポテンシャル範囲にある。
AdsSWVの場合、堆積電位は 0.0 ~ 1.0 V の範囲図5aに、最適がわかるように、 蒸着電位の値は0.3Vと選択した。 堆積時間の試験は、 3、成膜時間は0.0〜80秒の範囲であった。結果 は、AdsSWVについて図5bに示されている。の最適値 成膜時間は15秒とした。
校正研究と最適化の検証 メソッド
AR判定のためのAdsSWV法を開発するには、 キャリブレーショングラフは、最適な条件下で作成されました 粘土/CPEの表面上で決定される。粘土/CPE表面に関するメソッド開発研究では、AR濃度は 変化し、各濃度についてピーク電流を測定した。得られたボルタモグラムと生成された 較正グラフを図6に示す。
図6の与えられた結果は、i ある p と車。AdsSWV の一次方程式は次のとおりです。 以下に示す:i ある p(휇A) = 0.0499CAR − 0.0027, R2 = 0.9994 (図6の挿入図)
LOD 値と LOQ 値を計算するには、LOD = 3s/m、LOQ = 10s/m という式を使用しました (3)。
ここで、s は、調査した AR 濃度 (3.0× 10–7 mol L−1) の標準偏差であり、m は キャリブレーショングラフ。これらの式によれば、LODは、 LOQ値は、 AdsSWVを、それぞれ(表1)。私たちの文献知識によると、これらのLODとLOQ値は最も低いです これまでに得られた結果(表2)。
提案された新しいメソッドの検証パラメータ (表1)およびARに関する他の文献報告の比較表(表2)と当社の新しいボルタンメトリックセンサ(Clay/ CPE)は上向きに与えられます:
電極の安定性を決定するために、貯蔵寿命 のクレイ/CPEが調査された。ARのシグナルは 異なる日に記録され、10日後には、センサー シグナルは初期値の96.4%を保持していることが判明した AdsSWV用。すべての実験の間に、新しく開発された センサーは+4°Cに保たれた。
干渉
いくつかの電気活性種の干渉効果は、 化粧品クリームで見つけることができる上で調査された クレイ/CPE電極を用いて開発されたボルタンメトリー法 ARの決定のために。Na+の濃度を、 Mg2+、K+、Co2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+イオンを100回添加 ARの集中以上、大きな変化なし )を電流値で観察した。しかし、尿路の場合 酸、アスコルビン酸、フェノール、およびレゾルシノール濃度 10回追加し、酸化これらの種のピーク と一致したアルブチンピークに達すると、電流値と干渉効果の差が大きくなりすぎます。
実際のサンプル分析と回収
開発したメソッドの精度を決定するには、 粘土/CPE上のARの決定、回復研究は 2.0%を含むトリトーンクリームで実施アルブチン直接校正方法を使用します。表 3 にデータを示します。 異なる濃度で実施した回収研究の結果として得られた。分析結果によると、 AdsSWV メソッドの回復値の範囲は、次のとおりです。 98.68から104.06%まで。これらの結果は、 メソッドは、次のサンプルに正常に適用できます トリトーンクリームサンプル中の他の成分の干渉のないAR。
結論
電気化学酸化メカニズムとAR行動、皮膚ホワイトニング化粧品、サイクリックにより調査した ボルタンメトリー。低レベルで、迅速で低コストの電気分析法が開発され、 化粧品クリームサンプル。ナノセピオライト粘土/CPE電極を使用して、0.04M BR(pH 2.0)中のARを決定した。 提案されたAdsSWボルタンメトリック法による解決策。 粘土/ CPEナノセンサは、高貴な感度と良好な AR電気酸化に対する電気触媒活性。ザ LODおよびLOQ値は、修飾クレイ/CPEナノセンサでそれぞれ10.8および36.2nMであることが判明した。ザ 提案された方法は、最も低いウルトラトレースを示すだけでなく、 ARのレベル検出が、満足のいく回収率(101.47%)を有する化粧品クリームサンプル中のARの定量化にも適用された。
シスタンチェボディービル
