Abstraktní

V této práci je vyvinuto analytické zařízení na bázi mikrofluidního papíru (µPAD) pro analýzu hydrochinonu v krémech na bělení obličeje pomocí floroglucinolu. µPAD má hydrofobní bariéru pro detekci a byl vyroben pomocí voskové tiskárny s chromatografickým papírem Whatman. Detekce byla dosažena kolorimetrií založenou na tvorbě oranžového komplexu hydrochinon-floroglucinol. Barevný reakční produkt vytvořený v detekční zóně uPAD byl naskenován a získané snímky byly zpracovány softwarem Image-J pro stanovení jejich barevné intenzity (hodnota RGB). Pro dosažení citlivých měření byla provedena optimalizace podmínek procesu. Optimální podmínky poskytující maximální citlivost zahrnovaly sekvenci přidání činidla floroglucinol → NaOH → vzorek (hydrochinon), 1 µl 0,5 procenta floroglucinolu, 1 M NaOH a 10-minutovou reakci. Za optimálních podmínek vytvořil µPAD dvě lineární kalibrační křivky pro hydrochinon v koncentracích 10–100 mg/L (R2=0.9979) a 250–1000 mg/L (R2 = 0.9991). Metoda prokázala velmi dobrou selektivitu pro cílový analyt v přítomnosti propylenglykolu a resorcinolu s uspokojivou validitou a průměrnou výtěžností blízkou 100 procentům. Navrhovaný µPAD je velmi jednoduchá a nenákladná technika pro analýzu hydrochinonu a mohla by být aplikována na vzorky kosmetiky s uspokojivými výsledky.

Podle relevantních studií je cistanche běžnou bylinou, která je známá jako „zázračná bylina, která prodlužuje život“. Jeho hlavní složkou je cistanosid, který má různé účinky, jako je antioxidační, protizánětlivý a podpora imunitních funkcí. Mechanismus mezi cistanche a bělením kůže spočívá v antioxidačním účinku cistanchových glykosidů. Melanin v lidské kůži vzniká oxidací tyrosinu katalyzovanou tyrosinázou a oxidační reakce vyžaduje účast kyslíku, takže se volné radikály v těle stávají důležitým faktorem ovlivňujícím produkci melaninu. Cistanche obsahuje cistanosid, což je antioxidant a může snižovat tvorbu volných radikálů v těle, čímž inhibuje produkci melaninu.

Klikněte na Kde mohu koupit Cistanche

Další informace:

david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501

Úvod

Stanovení hydrochinonu v kosmetice lze dosáhnout několika metodami, včetně redox titrace, chromatografie na tenké vrstvě [1], spektrofotometrie [4, 5], průtokové injekční spektrofotometrie [6-8] a vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC ) [9,10]. Tyto metody, zejména ty poslední, jsou dobře známé tím, že nabízejí přesná měření a vysokou přesnost a účinnost. Tyto metody však také vyžadují kvalifikovanou obsluhu a nejsou přenosné; proto je nelze použít pro měření na místě.

Materiály a metody

Materiály a vybavení.Zařízení použité v této práci zahrnovalo voskovou tiskárnu (Xerox ColorCube 8580 DN-2 typ T2B047382) pro tisk hydrofobní bariéry na chromatografický papír Whatman č. 1 (CHR, Whatman, GE Healthcare Life Sciences, UK) pro µPAD . K zahřátí bariéry voskového inkoustu a umožnění jí proniknout papírem, aby se vytvořila bezchybná bariéra pro reakční zónu, byla použita topná deska. Skener Canon PIXMA MP237 a software Image-J byly použity k interpretaci intenzity barev zachycených snímků na hodnoty červené, zelené a modré (RGB), které byly poté převedeny na hodnotu absorbance pomocí upraveného Lambert-Beerova zákona.

Optimalizace metod.Procesní podmínky navržené metody µPAD byly optimalizovány tak, aby umožňovaly citlivá měření.

Stanovení hydrochinonu.Detekce hydrochinonu za optimálních podmínek stanovených v části 2.3 byla provedena podle obrázku 2. V tomto schématu byl do detekční zóny µPAD nakapán 1 µl 0,5 procenta floroglucinolu. Zařízení bylo ponecháno stát po dobu 5 minut a poté byl do detekční zóny přidán 1 ul 1 M roztoku NaOH. Zařízení se nechalo stát dalších 10 minut, aby se vysušilo, a poté bylo považováno za připravené k použití. Detekce hydrochinonu lze dosáhnout jednoduše nakapáním 1 µl vzorku do reakční zóny zařízení µPAD, ponecháním papíru stát 10 minut a poté skenováním oranžového reakčního produktu skenerem Canon PIXMA MP273. Intenzita barev získaných snímků byla zpracována na hodnoty RGB pomocí softwaru Image-J a poté převedena na hodnoty absorbance. Koncentrace hydrochinonu byla stanovena porovnáním získané absorbance se standardní kalibrační křivkou.

Selektivita metody.Selektivita metody uPAD vůči hydrochinonu v krémech na bělení obličeje byla stanovena získáním měření hydrochinonu s a bez resorcinolu a propylenglykolu jako interferujících sloučenin. Různé koncentrace resorcinolu (0, 25, 50, 125 a 250 mg/l) byly přidány do pěti 10ml odměrných baněk obsahujících 25 mg/l hydrochinonu a zředěny po značku. Intenzita barvy těchto roztoků byla měřena za použití stejného postupu pro stanovení hydrochinonu (obrázek 2), odpovídající hodnoty RGB byly převedeny na absorbanci a byla vypočtena výtěžnost hydrochinonu. Stejný postup byl opakován pro propylenglykol se stejnými různými koncentracemi jako resorcinol. Rozdíl v koncentraci hydrochinonu získaný mezi roztoky s a bez interferujících sloučenin byl použit k výpočtu procentuální chyby.

Validace metody.Validace metody byla dosažena použitím µPAD ke stanovení hydrochinonu ve dvou kosmetických vzorcích pomocí standardní adiční techniky. Bylo naváženo přesně 0,10 g bělících krémů A a B a postupně rozpuštěno v destilované vodě v 50ml kádince. Roztok se nechal projít jemným filtračním papírem a filtrát se ještě jednou přefiltroval pomocí injekčního filtru. Zfiltrovaný roztok byl převeden do 100ml odměrné baňky a přidána destilovaná voda až po značku. Poté byl vzorek zředěn, aby se získala koncentrace, která je v rozsahu kalibrační křivky.

Výsledky a diskuse

Stanovení optimálních podmínek

Optimalizace sekvence přidávání činidel.Pořadí, ve kterém jsou reagencie nakapány na µPAD, může ovlivnit tvorbu komplexu floroglucinol-hydrochinon a citlivost měření hydrochinonu. Obrázek 5 ukazuje, že sekvence A2 poskytuje intenzivnější barvu v detekční zóně uPAD než sekvence A1. Toto zjištění lze vysvětlit rozsáhlou transformací floroglucinolu na floroglucinolové ionty, které působí jako nukleofilní skupiny usnadňující tvorbu požadovaného komplexu, podporovanou sekvencí A2. Jak je znázorněno na obrázku 5, intenzita modrých hodnot byla mnohem vyšší ve srovnání s hodnotami červených a zelených. Kromě toho byly hodnoty modré lineárně korelovány s intenzitou barvy (nebo absorbancí) a koncentrací hydrochinonu. Toto zjištění souhlasí s výsledky Kohla [30], který zjistil, že lineárního vztahu mezi intenzitou a koncentrací lze dosáhnout použitím komplementárního barevného čtení. Pro měření intenzity barvy obrazů uPAD v následujících experimentech byly tedy vybrány hodnoty modré.

Optimalizace objemu floroglucinolu.Optimální objem floroglucinolu by mohl produkovat nejvyšší intenzitu barvy komplexu floroglucinol-hydrochinon právě v oblasti detekční zóny. Čím větší je objem floroglucinolu, tím vyšší je intenzita barvy (absorbance) komplexu, jak je znázorněno na obrázku 6. Absorbance stanovená pomocí modrého čtení se zvyšovala se zvyšujícím se objemem floroglucinolu až na 1 µl; nicméně objemy floroglucinolu přesahující 1,2 µl způsobily, že komplex prošel hydrofobní bariérou, což by mohlo vést k chybným výsledkům. Proto byl pro další optimalizaci použit objem floroglucinolu 1 ul.

Optimalizace koncentrace floroglucinolu.Absorbance oranžového komplexu floroglucinol-hydrochinon se zpočátku zvýšila s koncentrací floroglucinolu až na {{0}},5 procenta a poté se vyrovnala, protože veškerý hydrochinon zcela vytvořil komplex floroglucinol-hydrochinon (obrázek 7) . Proto bylo 0,5 procenta považováno za optimální koncentraci floroglucinolu.

Optimalizace koncentrace NaOH.Optimální koncentrace NaOH poskytuje vhodnou alkalickou atmosféru pro tvorbu záporně nabitých floroglucinolových iontů. Hydroxylová (OH–) skupina NaOH může atakovat vodík ve skupině OH– floroglucinolu za vzniku floroglucinolového iontu, který by zase mohl napadnout hydrochinon za vzniku heterokomplexního komplexu floroglucinol-hydrochinon. Obrázek 8 ukazuje, že vyšší koncentrace NaOH zvyšují intenzitu barvy snímků uPAD. Nejvyšší absorbance byla získána při koncentraci NaOH 1 M. Pro následující experimenty byl tedy použit 1 M NaOH.

Optimalizace reakční doby.Reakční doba byla optimalizována, aby se určila nejkratší doba skenování a zabránilo se degradaci barvy komplexních sloučenin. Krátká reakční doba může vést k neúplné tvorbě komplexu floroglucinol-hydrochinon. Dlouhé reakční doby však mohou degradovat barvu komplexu vystavením světlu a nevhodné teplotě a pH. Reakční doba 10 minut poskytla optimální výsledky s maximální absorbancí (obrázek 9). Tato reakční doba byla použita pro následující experimenty.

Standardní měření křivek a linearity.Za optimálních podmínek získaných výše (tj. sekvence imobilizace činidla A2, 1 µl 0,5 procenta floroglucinolu, 1 M NaOH a 10-minutová reakce) byla metoda µPAD s použitím 1 µl vzorek vykazoval jasné rozdíly v intenzitě barvy, protože koncentrace hydrochinonu se měnila od 10 mgL-1 do 1000 mg/l (obrázek 10). Když byly hodnoty RGB intenzity barvy získaných snímků převedeny na hodnoty absorbance a absorbance byla vynesena do grafu jako funkce koncentrace hydrochinonu, byly získány velmi dobré korelace (tj. R 2 blízké 1) v rozmezích koncentrací 10– 100 mg/l (obrázek 11-a) a 250–1000 mg/l hydrochinonu (obrázek 11-b). Obrázky µPAD představovaly barvy s větší intenzitou při vysokých koncentracích hydrochinonu a nižší intenzitou při nízkých koncentracích hydrochinonu. Jinými slovy, čím vyšší je koncentrace hydrochinonu, tím větší je intenzita barvy oranžového komplexu floroglucinol-hydrochinon.

Podle obrázku 11 je koncentrace hydrochinonu úměrná intenzitě barvy obrazu uPAD; konkrétně, čím vyšší je koncentrace hydrochinonu, tím vyšší je hodnota absorbance získaná z intenzity modrých odečtů. Standardní křivka pro hydrochinon v koncentracích v rozmezí od 10 mgL−1 do 100 mgL−1 poskytla lineární regresní rovnici y =  0,0004x plus 0,0563 (R{{9 }}.9979). Podobně vztah mezi koncentrací hydrochinonu a absorbancí poskytl lineární regresní rovnici y=0,0001x plus 0,0923 (R{15}},9991) při koncentracích hydrochinonu 250–1000 mgL−1. V této práci hodnoty R2 blízké 1 indikují velmi dobré lineární korelace mezi koncentrací a absorbancí.

Selektivita metody.Selektivita metody µPAD byla zkoumána přidáním odděleně resorcinolu a propylenglykolu, dvou látek, které jsou běžně přítomné v bělící kosmetice, do standardního roztoku hydrochinonu. Jak je znázorněno v tabulce 1, přidání resorcinolu v koncentracích 25, 50 a 125 mg/l významně neovlivnilo měření hydrochinonu získaná pomocí metody uPAD. Toto zjištění je podpořeno malým procentem generované chyby (<10%). Hydroquinone measurements obtained following the addition of 250 mg/L resorcinol  (1:10) showed a slight increase, with a % error of  10.82%. The results of a t-test at the 95% confidence level showed that count (3.65) is greater than the table (2.92). Thus, the addition of resorcinol to a sample at amounts 10 times greater than the hydroquinone concentration can increase the measured concentration of the latter. The addition of propylene glycol at concentrations of 25, 50, 125, and 250   mg/L did not interfere with the measurement of hydroquinone concentration, as indicated by the low % error determined from the experiments.

Validace metody.Platnost metody µPAD byla hodnocena detekcí hydrochinonu ve dvou typech bělící krémové kosmetiky. Výsledky ověřovacího testu jsou uvedeny v tabulce 2. Metoda µPAD vykazovala velmi dobrou přesnost a validitu, což bylo podpořeno hodnotami výtěžnosti v rozsahu 95 procent – ​​105 procent a také vysokou přesností ( procento RSD < 10 procent ).

Stručně řečeno, metoda µPAD navržená v této práci poskytuje uspokojivou přesnost a preciznost. Vyrobené zařízení tedy může být použito jako alternativní metoda pro detekci hydrochinonu v bělící krémové kosmetice.

Závěr

Hydrochinon v bělicích krémech lze stanovit pomocí navrženého μPAD, který je založen na jednoduché reakci hydrochinonu s floroglucinolem za alkalických podmínek za vzniku oranžového komplexu hydrochinon–floroglucinol. Tato metoda by mohla být použita ke stanovení koncentrací hydrochinonu v rozmezích 10–100 a 250–1000 mg/l. Ačkoli je µPAD vyvinutý v této práci méně citlivý ve srovnání s jinými pokročilými metodami, zahrnuje jednoduchý proces a je levný. Navrhované zařízení μPAD lze použít jako testovací soupravu pro monitorování hydrochinonu v krémech na bělení obličeje s poměrně vysokou přesností a přesností.

Poděkování

Autoři děkují Chemistry Department, Brawijaya University, za usnadnění tohoto výzkumu a Přírodovědecké fakultě, Brawijaya University, za poskytnutí finanční podpory prostřednictvím doktorského grantu 2020, DIPA-023.17.2.677512/2020, Contract No. 32/UN10.F09/PN/2020.

Reference

[1] Ortonne, JP., Bissett, DL 2008. Nejnovější poznatky o hyperpigmentaci kůže. J. Investig. Dermatol. Symp. Proč. 13: 10–14,

[2] Westerhof, W., Kooyers, T. 2005. Hydrochinon a jeho analogy v dermatologii – potenciální zdravotní riziko. J. Cosmet. Dermatol. 4(2): 55–9

[3] Couteau, C., Coiffard, L. 2016. Přehled činidel pro bělení kůže: léčiva a kosmetické výrobky Kosmetika. 3(27): 1–16,

[4] Elferjani, HS, Ahmida, NHS, Ahmida, A. 2017. Stanovení hydrochinonu v některých farmaceutických a kosmetických přípravcích spektrofotometrickou metodou. IJSR. 6(7): 2219–2324,

[5] Sulistyarti, H., Sari, PM, Syamaidzar, Retnowati, R., Tolle, H., Wiryawan, A. 2020. Metoda nepřímé spektrofotometrie pro stanovení hydrochinonu v kosmetice na základě poklesu chromium (VI)-difenylkarbazidu Absorbance. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Ing. 833(012047): 1–10,

[6] Fahmi, MI, Sulistyarti, H., Mulyasuryani, A., Wiryawan, A. 2019. Optimalizace průtokového vstřikování (FI) – spektrofotometrie pro analýzu hydrochinonu. J. Pure App. Chem. Res. 8(1): 53–61

[7] Trenggamayunelgi, FS, Sulistyarti, H., Retnowati, R. 2019. Vývoj metody průtokové injekční spektrofotometrie pro stanovení hydrochinonu na základě tvorby modrého komplexu škrobu a jódu. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Ing. 546(032031): 1–10, https://doi.org/10.1088/1 757- 899X/546/3/032031.

[8] Albhibani, MMO, Sulistyarti, H., Sabarudin, A. 2019. Průtoková injekce – nepřímá spektrofotometrie pro analýzu hydrochinonu na základě tvorby komplexu železo (II)-fenanthrolin. J. Pure App. Chem. Res. 8(3): 208–216

[9] García, PL, Santoro, MIRM, Kedor-Hackman, ERM, Singh, AK 2005. Vývoj a validace spektrofotometrických metod HPLC a derivátů UV pro stanovení hydrochinonu v gelových a krémových přípravcích. J. Pharm. Biomed. Anální. 39(3–4): 764–768.

[10] Gimeno, P., Maggio, AF, Bancilhon, M., Lassu, N., Gornes, H., Brenier, C., Lempereur, L. 2016. Metoda HPLC–UV pro identifikaci a screening hydrochinonu, Étery hydrochinonu a kortikosteroidy, které se pravděpodobně používají jako činidla pro bělení kůže v nezákonných kosmetických výrobcích. J Chromatogr. Sci. 54(3): 343–352,

[11] Martinez, AW, Phillips, ST, Whitesides, GM, Carrilho, E. 2010. Diagnostics for the Developing World: Microfluidic Paper-Based Analytical Devices. Anální. Chem. 82(1): 3–10

[12] Adkins, J., Boehle, K., Henry, C. 2015. Electrochemical paper-based microfluidic devices. Elektroforéza, 36(16): 1811–1824,

[13] Oh, JM, Chow, KF 2015. Nedávný vývoj v elektrochemických analytických zařízeních na bázi papíru. Anální. Metody. 7(19): 7951–7960

[14] Mettakoonpitak, J., Boehle, K., Nantaphol, S., Teengam, P., Adkins, JA, Srisa-Art, M., Henry, CS 2016. Elektrochemie na papírových analytických zařízeních: Přehled. Elektroanalýza. 28(7): 1420–1436

[15] Yao, B., Zhang, J., Kou, TY, Song, Y., Liu, TY, Li, Y. 2017. Papírové elektrody pro flexibilní zařízení pro ukládání energie. Adv. Sci. 4(7): 1700107

[16] Sriram, G, Bhat, MP, Patil, P., Uthappa, UT, Jung, HY, Altalhi, T., Kumeria, T., Aminabhavi, TM, Pai, RK, Madhuprasad, Kurkuri, MD 2017. Paper mikrofluidní analytická zařízení pro kolorimetrickou detekci toxických iontů: přehled. Trends Anal. Chem. 93: 212–227

[17] Morbioli, GG, Mazzu-Nascimento, T., Stockton, AM, Carrilho, E. 2017. Technické aspekty a výzvy kolorimetrické detekce pomocí analytických zařízení na bázi mikrofluidního papíru (přehled µPADs–A. Anal. Chim. Acta. 970: 1–22

[18] Yu, JH, Ge, SG, Yan, M. 2014. Zařízení na bázi laboratoře na papíře využívající chemiluminiscenci a elektrogenerovanou detekci chemiluminiscence. Anální. Bioanal. Chem. 406(23): 5613–5630

[19] Gross, EM, Durant, HE, Hipp, KN, Lai, RY 2017. Elektrochemiluminiscenční detekce v papírových a jiných levných mikrofluidních zařízeních. Chem. Elektro. Chem. 4(7): 1594–1603

[20] Busa, LSA, Mohammadi, S., Maeki, M., Ishida, A., Tani, H., Tokeshi, M. 2016. Pokroky v analytických zařízeních na bázi mikrofluidního papíru pro analýzu potravin a vody. Mikrostroje. 7:8

[21] Wisang, YF, Sulistyarti, H., Andayani, U., Sabarudin, A. 2019. Microfluidic Paper-based Analytical Devices (µPADs) for Analysis Lead using pouhým okem a kolorimetrické detekce. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Ing. 546: 0320331–7

[22] Meredith, NA, Quinn, C., Cate, DM, Reilly, TH, Volckens, J., Henry, CS 2016. Papírová analytická zařízení pro analýzu prostředí. Analytik. 141(6): 1874–1887

[23] Yetisen, AK, Akram, MS, Lowe, ČR 2013. Papírová mikrofluidní diagnostická zařízení point-of-care. Laboratoř. Čip. 13(12): 2210–2251

[24]Jeong, S.-G., Kim, J., Nam, J.-O., Song YS, Lee C.-S. 2013. Papírové analytické zařízení pro kvantitativní analýzu moči. Int. Neurourol. J. 17(4): 155–161

[25] Santhiago, M., Nery, EW, Santos, GP, Kubota, LT 2014. Zařízení na bázi mikrofluidního papíru pro bioanalytické aplikace. Bioanalýza. 6(1): 89-106

[26] Rozand, C. 2014. Papírová analytická zařízení pro testování infekčních chorob v místě péče. Eur. J. Clin. Microbiol. Infikovat. Dis. 33(2): 147–156

[27] Xia, Y., Si, J., Li, Z. 2016. Techniky výroby pro analytická zařízení na bázi mikrofluidního papíru a jejich aplikace pro biologické testování: Přehled. Biosens. Bioelektron. 77: 774-789.

[28] Mahdiasanti, IW, Sabarudin, A., Sulistyarti, H. 2019. Simultaneous Determination of BUN-Creatinine as Kidney Function Biomarkers in Blood using a Microfluidic Paper-based Analytical Devices, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Ing. 546(032019): 1–9

[29] Fauziyah, N., Andini, Anneke, Oktavia, I., Sari, MI, Sulistyarti, H., Sabarudin, A. 2019. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Ing. 546(032007): 1–8

[30] Kohl, SK, Landmark, JD, Stickle, DF 2006. Demonstrace absorbance pomocí digitální analýzy barevného obrazu a barevných roztoků. J. Chem. Vychovat. 83(4): 644–646

Další informace: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501