Forbedret fotoluminescens af Curcuma longa-ekstrakter via chitosan-medieret energioverførsel til tekstilautentificeringsapplikationer

Forfalskning betragtes som en svøbe i udbredte industrier over hele kloden. Den hurtige stigning i forfalskede produkter på markedet forårsager økonomisk kaos, hvilket hæmmer levebrødet for den primære opfinder 1,2,3,4,5,6. Dette blev fremhævet i 2020⁷ om den fortsatte bekymring over nye forfalskede produkter, hvilket fremgår af den stigende tendens til publikationer, der består af nøgleordet bekæmpelse af forfalskning eller forfalskning i deres titler. Der kan konstateres en betydelig stigning i antallet af publikationer vedrørende varemærkeforfalskning siden senest indberettet i 2019, hvilket tyder på, at der gøres en betydelig indsats for at bekæmpe produktion og distribution af svigagtige varer. På den anden side kan det også være ret alarmerende, da det betyder udviklingen i forfalskningsindustrien, som forventes at fortsætte, hvis den ikke håndteres effektivt. Tekstilindustrien er ikke isoleret fra dette problem, da tilstedeværelsen af forfalskede tekstilprodukter har haft alvorlig indflydelse på levebrødet for ægte sælgere, producenter og vævere, blandt andet ^3,8. For eksempel blev tekstilindustrien i Vestafrika længe betragtet som et af de førende eksportmarkeder i verden. Det blev imidlertid rapporteret⁹, at ca. 85% af markedsandelen ejes af smuglede tekstiler, der krænker vestafrikanske tekstilvaremærker. Virkningerne af forfalskning er også blevet rapporteret i andre kontinenter som Asien, Amerika og Europa, hvilket indikerer, at denne krise har nået et ukontrollabelt niveau og udgør en betydelig trussel mod den allerede kæmpende tekstilindustri 2,3,4,10,11,12.

Med de hurtige fremskridt inden for videnskab, teknologi og innovation påtog forskere sig rollen som at udvikle funktionelle materialer med henblik på applikationer til bekæmpelse af forfalskning. Brugen af skjult teknologi er en af de mest almindelige og effektive tilgange til at modvirke produktionen af svigagtige varer. Det indebærer anvendelse af fotoluminescerende materialer som sikkerhedsfarvestoffer, der udviser en specifik lysudsendelse, når de bestråles af forskellige bølgelængder ^13,14. Nogle fotoluminescerende farvestoffer, der findes på markedet, kan imidlertid medføre toksicitet i høje koncentrationer og derved udgøre en trussel mod menneskers sundhed og miljøet^15,16.

Gurkemeje (Curcuma longa) er en vigtig plante, der anvendes i utallige applikationer såsom maling, smagsstoffer, medicin, kosmetik og stoffarvestoffer¹⁷. Til stede i jordstænglerne er naturligt forekommende phenoliske kemiske forbindelser kaldet curcuminoider. Disse curcuminoider omfatter curcumin, demethoxycurcumin og bisdemethoxycurcumin, blandt hvilke curcumin er den vigtigste bestanddel, der er ansvarlig for den levende gule til orange farve og egenskaberne af gurkemeje¹⁸. Curcumin, ellers kendt som 1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadien-3,5-dion^19,20 med en empirisk formel på_C21H20O6, har tiltrukket sig en betydelig mængde opmærksomhed på det biomedicinske og farmaceutiske område på grund af dets antiseptiske, antiinflammatoriske, antibakterielle og antioxidante egenskaber17,18,21,22,23. Interessant nok besidder curcumin også spektrale og fotokemiske egenskaber. Særligt bemærkelsesværdigt er dets intense fotoluminescerende egenskaber, når det udsættes for ultraviolette (UV) excitationer, som kun er blevet undersøgt af nogle få undersøgelser 19,24,25. I betragtning af disse egenskaber, sammen med dets hydrofobe natur og ikke-toksiske egenskaber, fremstår curcumin som et ideelt farvestof til godkendelsesmærkning.

Udvindingen af curcumin fra gurkemeje blev først rapporteret i begyndelsen af 1800-tallet. I løbet af de sidste århundreder er adskillige ekstraktionsmetoder og teknikker blevet udtænkt og forbedret for at opnå højere udbytte 26,27,28,29,30,31,32,33. Konventionel opløsningsmiddelekstraktion er en meget anvendt tilgang, da den anvender organiske opløsningsmidler såsom ethanol, methanol, acetone og hexan blandt andet for at isolere curcumin fra gurkemeje^34,35. Denne metode har udviklet sig gennem modifikationer kombineret med mere avancerede teknikker såsom mikrobølgeassisteret ekstraktion (MAE) 18,36,37, Soxhlet-ekstraktion ^38,39, enzymassisteret ekstraktion (EAE) ^39,40 og ultralydsekstraktion³⁶, blandt andet for at øge udbyttet. Generelt er opløsningsmiddelekstraktionsmetoden blevet anvendt til naturlig farvestofekstraktion på grund af dens alsidighed, lave energibehov og omkostningseffektivitet, hvilket gør den ideel til skalerbare industrier såsom tekstiler.

Curcumin er blevet integreret som naturlige farvestoffer til tekstiler på grund af sin tydelige gule nuance. Den ringe adsorption af naturlige farvestoffer til tekstilfibre udgør imidlertid en udfordring, der hindrer dens kommercielle levedygtighed⁴¹. Mordanter, såsom metaller, polysaccharider og andre organiske forbindelser, tjener som almindelige bindemidler til at styrke affiniteten af naturlige farvestoffer til stoffet. Chitosan, et polysaccharid afledt af krebsdyr, er blevet brugt i vid udstrækning som et alternativt bejdsemiddel på grund af dets overflod i naturen, biokompatibilitet og vaskeholdbarhed⁴². Denne undersøgelse rapporterer om en let og ligetil tilgang til udarbejdelse af curcuminbaseret godkendelsesmærkning. Rå curcumin ekstrakter blev opnået via sonikering-assisteret opløsningsmiddel ekstraktion metode. De fotoluminescerende egenskaber af det ekstraherede curcumin blev grundigt undersøgt på tekstilsubstrater og yderligere forbedret med indførelsen af chitosan som et bejdsemiddel. Dette demonstrerer det betydelige potentiale som et naturligt afledt fotoluminescerende farvestof til godkendelsesapplikationer.