Summary

Fotoluminescência aprimorada de extratos de Curcuma longa via transferência de energia mediada por quitosana para aplicações de autenticação têxtil

Published: December 22, 2023
doi:

Summary

A fotoluminescência é um dos mecanismos de autenticação mais eficazes que estão sendo usados atualmente. Utilizar e aprimorar materiais de origem natural com propriedades fotoluminescentes inerentes e incorporá-los em substratos de tecido pode levar ao desenvolvimento de têxteis verdes, sustentáveis e funcionais para aplicações inteligentes.

Abstract

Os corantes para marcas de segurança desempenham um papel fundamental na salvaguarda da integridade dos produtos em vários campos, como têxteis, produtos farmacêuticos, alimentos e manufatura, entre outros. No entanto, a maioria dos corantes comerciais usados como marcas de segurança são caros e podem conter substâncias tóxicas e nocivas que representam um risco para a saúde humana. A curcumina, um composto fenólico natural encontrado na cúrcuma, possui propriedades fotoluminescentes distintas ao lado de sua cor amarela vibrante, tornando-se um material candidato potencial para aplicações de autenticação. Este estudo demonstra uma abordagem econômica e ecológica para desenvolver emissões fotoluminescentes aprimoradas de corantes de curcumina para autenticação têxtil. A curcumina foi extraída de C. longa usando o método de extração assistida por solvente de sonicação. O extrato foi revestido e tingido nos substratos têxteis. A quitosana foi introduzida como um agente pós-mordanting para estabilizar a curcumina e como um co-sensibilizador. A co-sensibilização da curcumina com quitosana desencadeia a transferência de energia para aumentar a sua intensidade luminescente. O pico de absorção UV-visível em 424 nm está associado com a absorção característica de curcumina. As medidas de fotoluminescência mostraram um amplo pico de emissão em 545 nm, com aumento significativo atribuído à transferência de energia induzida pela quitosana, mostrando assim grande potencial como corante fotoluminescente naturalmente derivado para aplicações de autenticação.

Introduction

A contrafacção é considerada um flagelo em indústrias generalizadas em todo o mundo. O rápido aumento de produtos falsificados no mercado causa estragos econômicos, o que impede a subsistência do inventor primário 1,2,3,4,5,6. Isso foi trazido à tona em 20207 sobre a preocupação contínua de produtos falsificados emergentes, como evidenciado pela tendência crescente de publicações que consistem na palavra-chave antifalsificação ou falsificação em seus títulos. Um aumento significativo pode ser observado nas publicações relacionadas à falsificação desde a última vez relatada em 2019, sugerindo que esforços consideráveis estão sendo feitos para combater a produção e distribuição de produtos fraudulentos. Por outro lado, também pode ser bastante alarmante, uma vez que significa a progressão da indústria da contrafacção, que se espera que persista se não for abordada de forma eficaz. A indústria têxtil não está isolada desse problema, pois a presença de produtos têxteis falsificados tem impactado severamente a subsistência de verdadeiros vendedores, fabricantes e tecelões, entre outros 3,8. Por exemplo, a indústria têxtil na África Ocidental foi durante muito tempo considerada um dos principais mercados de exportação do mundo. No entanto, foi relatado9 que aproximadamente 85% da quota de mercado é detida por têxteis contrabandeados que infringem as marcas têxteis da África Ocidental. Os efeitos da falsificação também foram relatados em outros continentes, como Ásia, América e Europa, indicando que essa crise atingiu um nível incontrolável e representa uma ameaça significativa para a já combalida indústria têxtil 2,3,4,10,11,12.

Com os rápidos avanços da ciência, tecnologia e inovação, os pesquisadores assumiram o papel de desenvolver materiais funcionais para fins de aplicações antifalsificação. O uso de tecnologia secreta é uma das abordagens mais comuns e eficazes para combater a produção de bens fraudulentos. Trata-se da utilização de materiais fotoluminescentes como corantes de segurança que exibem emissão específica de luz quando irradiados por diferentes comprimentos de onda13,14. Entretanto, alguns corantes fotoluminescentes disponíveis no mercado podem impor toxicidade em altas concentrações, representando ameaças à saúde humana e ao meio ambiente15,16.

A cúrcuma (Curcuma longa) é uma planta essencial utilizada em inúmeras aplicações, como tintas, aromatizantes, medicamentos, cosméticos e corantes de tecidos17. Presentes nos rizomas são naturalmente ocorrendo compostos químicos fenólicos chamados curcuminoides. Estes curcuminóides incluem curcumina, demetoxicurcumina, e bisdemetoxicurcumina, entre os quais a curcumina é o principal constituinte responsável pela coloração amarelo vibrante a laranja e as propriedades da cúrcuma18. A curcumina, também conhecida como 1,7-bis(4-hidroxi-3-metoxifenil)-1,6-heptadieno-3,5-diona19,20 com fórmula empírica de C21H20O6, tem atraído significativa atenção nas áreas biomédica e farmacêutica devido às suas propriedades antissépticas, anti-inflamatórias, antibacterianas e antioxidantes 17,18,21,22,23. Curiosamente, a curcumina também possui características espectrais e fotoquímicas. Destacam-se suas intensas propriedades fotoluminescentes quando submetidas a excitações no ultravioleta (UV), as quais têm sido exploradas por poucos estudos 19,24,25. Dadas essas características, em conjunto com sua natureza hidrofóbica e propriedades não tóxicas, a curcumina surge como um corante ideal para marcas de autenticação.

A extração de curcumina de cúrcuma foi relatada pela primeira vez no início de 1800. Ao longo dos últimos séculos, inúmeras metodologias e técnicas de extração foram desenvolvidas e aprimoradas para alcançar maior rendimento 26,27,28,29,30,31,32,33. A extração convencional por solvente é uma abordagem amplamente utilizada, pois emprega solventes orgânicos como etanol, metanol, acetona e hexano, entre outros, para isolar a curcumina da cúrcuma34,35. Esse método evoluiu através de modificações, juntamente com técnicas mais avançadas, como extração assistida por micro-ondas (MAE)18,36,37, extração de Soxhlet38,39, extração assistida por enzima (EAE)39,40 e extração ultra-sônica36, entre outros para aumentar o rendimento. Geralmente, o método de extração por solvente tem sido aplicado para extração de corantes naturais devido à sua versatilidade, baixa exigência de energia e custo-benefício, tornando-o ideal para indústrias escaláveis, como a têxtil.

A curcumina foi integrada como corantes naturais para têxteis devido à sua distinta tonalidade amarela. No entanto, a má adsorção de corantes naturais às fibras têxteis representa um desafio que dificulta sua viabilidade comercial41. Mordentes, como metais, polissacarídeos e outros compostos orgânicos, servem como ligantes comuns para fortalecer a afinidade dos corantes naturais com o tecido. A quitosana, um polissacarídeo derivado de crustáceos, tem sido amplamente utilizada como agente mordanting alternativo devido à sua abundância na natureza, biocompatibilidade e durabilidade da lavagem42. Este estudo relata uma abordagem fácil e direta na preparação de marcação de autenticação baseada em curcumina. Extratos brutos de curcumina foram obtidos através do método de extração com solvente assistido por sonicação. As propriedades fotoluminescentes da curcumina extraída foram amplamente investigadas em substratos têxteis e reforçadas com a introdução da quitosana como agente mordanting. Isso demonstra o potencial significativo como um corante fotoluminescente naturalmente derivado para aplicações de autenticação.

Protocol

1. Extração de curcumina Pesar 3 g de pó de C. longa num tubo de centrífuga de 50 ml.NOTA: Um tubo centrífugo de 50 mL foi usado para facilitar o processo de centrifugação e processar a extração em um único recipiente. Adicionar 38 mL de etanol (AR, 99%) ao tubo de centrífuga. Agite o tubo suavemente para garantir uma mistura completa de etanol com o pó de C. longa . Sonicar o tubo por 30 min no modo sônico normal e ajuste de alta intensida…

Representative Results

As análises FTIR das fibras determinam a estrutura química de cada fibra representada nos tecidos multi-testador #1. A espectroscopia FTIR foi utilizada para caracterizar os grupos funcionais presentes em cada componente dos tecidos multiteste. Como mostrado na Figura Suplementar 1, a distinção ocorre devido à presença de grupos funcionais N-H, o que leva a que o tecido seja subcategorizado em nitrogenado (Figura Suplementar 1A) e …

Discussion

O acabamento têxtil é uma prática comum na indústria para incorporar propriedades funcionais adicionais aos tecidos, tornando-os mais adequados para aplicações específicas 45,47,48. Neste estudo, a curcumina extraída foi utilizada como um corante natural para servir como mecanismos de autenticação para aplicações têxteis. Os protocolos dão ênfase não só à extração de curcumina da cúrcuma, mas também às dif…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho é apoiado pelo Departamento de Ciência e Tecnologia – Philippine Textile Research Institute no âmbito do Projeto DOST Grants-in-Aid (DOST-GIA) intitulado Covert Technology Towards Sustainability and Protection of the Philippine Textile Sectors under the Digitalization of the Philippine Handloom Weaving Industry Program.

Materials

(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

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De Guzman, G. N. A., Magalong, J. R. S., Bantang, J. P. O., Leaño, Jr., J. L. Enhanced Photoluminescence of Curcuma longa Extracts via Chitosan-Mediated Energy Transfer for Textile Authentication Applications. J. Vis. Exp. (202), e66035, doi:10.3791/66035 (2023).

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