Förbättrad fotoluminiscens av Curcuma longa-extrakt via kitosanmedierad energiöverföring för textilautentiseringsapplikationer

Förfalskning anses vara ett gissel i utbredda industrier över hela världen. Den snabba ökningen av förfalskade produkter på marknaden orsakar ekonomisk förödelse, vilket hindrar försörjningen för den primära uppfinnaren 1,2,3,4,5,6. Detta aktualiserades under 2020⁷ om den pågående oron för nya förfalskade produkter, vilket framgår av den ökande trenden med publikationer som innehåller sökordet antiförfalskning eller förfalskning i sina titlar. En betydande ökning av publikationer med anknytning till förfalskningar har noterats sedan den senaste rapporteringen 2019, vilket tyder på att betydande ansträngningar görs för att bekämpa produktion och distribution av bedrägliga varor. Å andra sidan kan det också vara ganska alarmerande, med tanke på att det innebär en utveckling av förfalskningsindustrin, som förväntas bestå om den inte hanteras effektivt. Textilindustrin är inte isolerad från detta problem, eftersom förekomsten av förfalskade textilprodukter allvarligt har påverkat försörjningen för^{bland annat äkta} säljare, tillverkare och vävare. Till exempel ansågs textilindustrin i Västafrika länge vara en av de ledande exportmarknaderna i världen. Det rapporterades dock⁹ att cirka 85 % av marknadsandelen innehas av smugglade textilier som gör intrång i västafrikanska textilvarumärken. Effekterna av förfalskningar har också rapporterats i andra kontinenter som Asien, Amerika och Europa, vilket tyder på att denna kris har nått en okontrollerbar nivå och utgör ett betydande hot mot den redan kämpande textilindustrin 2,3,4,10,11,12.

Med de snabba framstegen inom vetenskap, teknik och innovation tog forskare på sig rollen att utveckla funktionella material för att förhindra förfalskning. Användningen av dold teknik är en av de vanligaste och mest effektiva metoderna för att motverka produktion av bedrägliga varor. Det handlar om att använda fotoluminescerande material som säkerhetsfärgämnen som uppvisar en specifik ljusemission när de bestrålas av olika våglängder^13,14. Vissa fotoluminescerande färgämnen som finns på marknaden kan dock orsaka toxicitet vid höga koncentrationer och därmed utgöra ett hot mot människors hälsa och miljön^15,16.

Gurkmeja (Curcuma longa) är en viktig växt som används i otaliga applikationer som färger, smakämnen, medicin, kosmetika och tygfärger¹⁷. I rhizomer finns naturligt förekommande fenoliska kemiska föreningar som kallas curcuminoider. Dessa curcuminoider inkluderar curcumin, demethoxycurcumin och bisdemethoxycurcumin, bland vilka curcumin är huvudbeståndsdelen som är ansvarig för den livfulla gula till orange färgen och egenskaperna hos gurkmeja¹⁸. Curcumin, även känt som 1,7-bis(4-hydroxi-3-metoxifenyl)-1,6-heptadien-3,5-dion^19,20 med en empirisk formel på C₂₁H₂₀O₆, har väckt stor uppmärksamhet inom de biomedicinska och farmaceutiska områdena på grund av dess antiseptiska, antiinflammatoriska, antibakteriella och antioxidativa egenskaper 17,18,21,22,23. Intressant nog har curcumin också spektrala och fotokemiska egenskaper. Särskilt anmärkningsvärt är dess intensiva fotoluminescerande egenskaper när den utsätts för ultravioletta (UV) excitationer som endast har undersökts av ett fåtal studier 19,24,25. Med tanke på dessa egenskaper, tillsammans med dess hydrofoba natur och giftfria egenskaper, framstår curcumin som ett idealiskt färgämne för autentiseringsmärkning.

Extraktionen av curcumin från gurkmeja rapporterades först i början av 1800-talet. Under de senaste århundradena har många extraktionsmetoder och tekniker utformats och förbättrats för att uppnå högre avkastning 26,27,28,29,30,31,32,33. Konventionell lösningsmedelsextraktion är ett allmänt använt tillvägagångssätt eftersom det använder organiska lösningsmedel som etanol, metanol, aceton och hexan bland andra, för att isolera curcumin från gurkmeja^34,35. Denna metod har utvecklats genom modifieringar, i kombination med mer avancerade tekniker som mikrovågsassisterad extraktion (MAE)18,36,37, Soxhlet-extraktion ^38,39, enzymassisterad extraktion (EAE)^39,40 och ultraljudsextraktion³⁶, bland annat för att öka avkastningen. I allmänhet har lösningsmedelsextraktionsmetoden använts för naturlig färgextraktion på grund av dess mångsidighet, låga energibehov och kostnadseffektivitet, vilket gör den idealisk för skalbara industrier som textilier.

Curcumin har integrerats som naturliga färgämnen för textilier på grund av dess distinkta gula nyans. Den dåliga adsorptionen av naturliga färgämnen till textilfibrer utgör dock en utmaning som hindrar dess kommersiella lönsamhet⁴¹. Betningsmedel, såsom metaller, polysackarider och andra organiska föreningar, fungerar som vanliga bindemedel för att stärka samhörigheten mellan naturliga färgämnen och tyget. Kitosan, en polysackarid som härrör från kräftdjur, har använts i stor utsträckning som ett alternativt betningsmedel på grund av dess överflöd i naturen, biokompatibilitet och tvätthållbarhet⁴². Denna studie rapporterar ett enkelt och okomplicerat tillvägagångssätt för att förbereda curcuminbaserad autentiseringsmärkning. Råcurcumin extrakt erhölls via ultraljudsbehandling assisterad lösningsmedel extraktionsmetod. De fotoluminescerande egenskaperna hos det extraherade curcuminet undersöktes omfattande på textila substrat och förstärktes ytterligare med introduktionen av kitosan som betningsmedel. Detta visar på den betydande potentialen som ett naturligt framställt fotoluminiscerande färgämne för autentiseringsapplikationer.