Abstrakt

En mikrofluidisk pappersbaserad analysanordning (µPAD) utvecklas i detta arbete för att analysera hydrokinon i ansiktskrämer med användning av floroglucinol. µPAD har en hydrofob barriär för detektion och tillverkades med hjälp av en vaxskrivare med Whatman-kromatografiskt papper. Detektion uppnåddes genom kolorimetri baserad på bildandet av ett orange hydrokinon-floroglucinolkomplex. Den färgade reaktionsprodukten som bildades på detektionszonen av µPAD skannades och de erhållna bilderna bearbetades med Image-J-mjukvara för att bestämma deras färgintensitet (RGB-värde). Optimering av processförhållandena genomfördes för att uppnå känsliga mätningar. De optimala förhållandena som gav maximal känslighet inkluderade en reagenstillsatssekvens av floroglucinol → NaOH → prov (hydrokinon), 1 µL 0,5 procent floroglucinol, 1 M NaOH och en 10-minuters reaktion. Under optimala förhållanden producerade µPAD två linjära kalibreringskurvor för hydrokinon vid koncentrationer på 10–100 mg/L (R2=0.9979) och 250–1000 mg/L (R2 = 0.9991). Metoden visade mycket god selektivitet för målanalyten i närvaro av propylenglykol och resorcinol med tillfredsställande validitet och genomsnittlig återvinning nära 100 procent. Den föreslagna µPAD är en mycket enkel och billig teknik för hydrokinonanalys och skulle kunna tillämpas på kosmetikaprover med tillfredsställande resultat.

Enligt relevanta studier är cistanche en vanlig ört som är känd som "mirakelörten som förlänger livet". Dess huvudkomponent är cistanosid, som har olika effekter såsom antioxidanter, antiinflammatoriska och främjande av immunförsvaret. Mekanismen mellan cistanche och blekning av huden ligger i antioxidanteffekten av cistancheglykosider. Melanin i mänsklig hud produceras genom oxidation av tyrosin som katalyseras av tyrosinas, och oxidationsreaktionen kräver deltagande av syre, så de syrefria radikalerna i kroppen blir en viktig faktor som påverkar melaninproduktionen. Cistanche innehåller cistanosid, som är en antioxidant och kan minska uppkomsten av fria radikaler i kroppen och därmed hämma melaninproduktionen.

Klicka på Var kan jag köpa Cistanche

För mer information:

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

Introduktion

Hydrokinonbestämning i kosmetika kan uppnås via flera metoder, inklusive redoxtitrering, tunnskiktskromatografi [1], spektrofotometri [4, 5], flödesinjektionsspektrofotometri [6-8] och högpresterande vätskekromatografi (HPLC) ) [9,10]. Dessa metoder, särskilt de senare, är välkända för att erbjuda noggranna mätningar och hög precision och effektivitet. Dessa metoder kräver emellertid också en skicklig operatör och är inte bärbara; sålunda kan de inte användas för mätningar på plats.

Material och metoder

Material och utrustning.Utrustningen som användes i detta arbete inkluderade en vaxskrivare (Xerox ColorCube 8580 DN-2 typ T2B047382) för att skriva ut den hydrofoba barriären på Whatman No. 1 kromatografipapper (CHR, Whatman, GE Healthcare Life Sciences, Storbritannien) för µPAD . En värmeplatta användes för att värma vaxbläckbarriären och låta den penetrera genom papperet för att producera en felfri barriär för reaktionszonen. En Canon PIXMA MP237-skanner och Image-J-programvara användes för att tolka färgintensiteten för tagna bilder till röda, gröna och blå (RGB) värden, som sedan omvandlades till ett absorbansvärde med hjälp av den modifierade Lambert–Beer Law.

Metodoptimering.Processförhållandena för den föreslagna µPAD-metoden optimerades för att möjliggöra känsliga mätningar.

Hydrokinon Bestämning.Hydrokinondetektering under de optimala förhållanden som bestämts i avsnitt 2.3 utfördes enligt figur 2. I detta schema släpptes 1 µL 0,5 procent floroglucinol på µPAD-detektionszonen. Anordningen fick stå i 5 minuter och sedan sattes 1 µL 1 M NaOH-lösning till detektionszonen. Anordningen fick stå i ytterligare 10 minuter för att torka, varefter den ansågs klar att användas. Hydrokinondetektering kunde uppnås helt enkelt genom att släppa 1 µL av provet på reaktionszonen på µPAD-enheten, låta papperet stå i 10 minuter och sedan skanna den orangea reaktionsprodukten med en Canon PIXMA MP273-skanner. Färgintensiteten för de erhållna bilderna bearbetades till RGB-värden med hjälp av programvaran Image-J och omvandlades sedan till absorbansvärden. Koncentrationen av hydrokinon bestämdes genom att matcha den erhållna absorbansen till en standardkalibreringskurva.

Metodselektivitet.Selektiviteten för µPAD-metoden mot hydrokinon i ansiktskrämer bestämdes genom att erhålla hydrokinonmätningar med och utan resorcinol och propylenglykol som störande föreningar. Olika koncentrationer av resorcinol (0, 25, 50, 125 och 250 mg/L) sattes till fem 10 ml mätkolvar innehållande 25 mg/L hydrokinon och späddes till märket. Färgintensiteten hos dessa lösningar mättes med användning av samma procedur för hydrokinonbestämning (Figur 2), motsvarande RGB-värden omvandlades till absorbans och hydrokinonåtervinningen beräknades. Samma procedur upprepades för propylenglykol med samma olika koncentrationer som resorcinol. Skillnaden i hydrokinonkoncentration erhållen mellan lösningar med och utan de störande föreningarna användes för att beräkna procentfelet.

Metodvalidering.Metodvalidering uppnåddes genom att använda µPAD för att bestämma hydrokinon i två kosmetikaprover via standardadditionstekniken. Exakt 0.10 g blekningskrämer A och B vägdes upp och löstes gradvis upp med destillerat vatten i ett 50 ml bägareglas. Lösningen fick passera genom fint filterpapper och filtratet filtrerades ytterligare en gång med användning av ett sprutfilter. Den filtrerade lösningen överfördes till en 100 ml mätkolv och tillsattes destillerat vatten upp till märket. Därefter späddes provet för att erhålla en koncentration som ligger inom intervallet för kalibreringskurvan.

Resultat och diskussion

Fastställande av optimala förhållanden

Optimering av reagenstillsatssekvensen.Den ordning i vilken reagenser släpps på µPAD kan påverka bildandet av floroglucinol-hydrokinonkomplexet och känsligheten för hydrokinonmätning. Figur 5 visar att sekvens A2 ger en mer intensiv färg i µPAD-detektionszonen än sekvens A1. Detta fynd kan förklaras av den omfattande omvandlingen av floroglucinol till floroglucinoljoner, vilka fungerar som nukleofila grupper som underlättar bildningen av det önskade komplexet, främjat av sekvens A2. Som visas i figur 5 var intensiteten för blåa avläsningar mycket högre jämfört med röda och gröna avläsningar. Dessutom var de blå avläsningarna linjärt korrelerade med färgintensiteten (eller absorbansen) och hydrokinonkoncentrationen. Detta fynd överensstämmer med resultaten av Kohl [30], som fann att ett linjärt samband mellan intensitet och koncentration kan uppnås genom att använda komplementära färgavläsningar. Således valdes blå avläsningar för att mäta färgintensiteten hos µPAD-bilderna i efterföljande experiment.

Optimering av Phloroglucinol-volymen.Den optimala floroglucinolvolymen skulle kunna producera den högsta färgintensiteten hos floroglucinol-hydrokinonkomplexet precis i området för detektionszonen. Ju större floroglucinolvolymen är, desto högre färgintensitet (absorbans) för komplexet, som visas i figur 6. Absorbansen bestämd med hjälp av blå avläsningar ökade med ökande floroglucinolvolym upp till 1 µL; emellertid fick floroglucinolvolymer över 1,2 µL komplexet att passera den hydrofoba barriären, vilket kan leda till felaktiga resultat. Därför användes en floroglucinolvolym på 1 µL för ytterligare optimering.

Optimering av Phloroglucinolkoncentrationen.Absorbansen av det orangea komplexet av floroglucinol-hydrokinon ökade initialt med floroglucinolkoncentrationen upp till {{0}},5 procent och planade sedan ut eftersom all hydrokinon fullständigt har bildat ett floroglucinol-hydrokinonkomplex (Figur 7) . Därför ansågs 0,5 procent vara den optimala koncentrationen av floroglucinol.

Optimering av NaOH-koncentrationen.Den optimala NaOH-koncentrationen ger en lämplig alkalisk atmosfär för bildning av negativt laddade floroglucinoljoner. Hydroxylgruppen (OH-) i NaOH kan attackera vätet i OH-gruppen av floroglucinol för att bilda en floroglucinoljon, som i sin tur kan attackera hydrokinon och bilda ett heterokomplext floroglucinol-hydrokinonkomplex. Figur 8 visar att högre NaOH-koncentrationer ökar färgintensiteten hos µPAD-bilderna. Den högsta absorbansen erhölls vid en NaOH-koncentration av 1 M. Således användes 1 M NaOH för efterföljande experiment.

Optimering av reaktionstiden.Reaktionstiden optimerades för att bestämma den kortaste skanningstiden och undvika färgnedbrytning av de komplexa föreningarna. En kort reaktionstid kan resultera i ofullständig bildning av floroglucinol-hydrokinonkomplexet. Långa reaktionstider kan dock försämra den komplexa färgen genom exponering för ljus och olämplig temperatur och pH. En reaktionstid på 10 minuter gav optimala resultat med maximal absorbans (Figur 9). Denna reaktionstid användes för efterföljande experiment.

Standardkurva och linjäritetsmätningar.Under de optimala förhållanden som erhållits ovan (dvs. A2-reagensimmobiliseringssekvens, 1 µL 0,5 procent floroglucinol, 1 M NaOH och 10-minutersreaktion), µPAD-metoden genom att använda 1 µL av provet visade tydliga skillnader i färgintensitet eftersom hydrokinonkoncentrationen varierades från 10 mgL−1 till 1000 mg/L (Figur 10). När RGB-värdena för färgintensiteten för de erhållna bilderna omvandlades till absorbansvärden och de senare plottades som en funktion av hydrokinonkoncentrationen, erhölls mycket goda korrelationer (dvs. R 2 nära 1) över koncentrationsintervallen 10– 100 mg/L (Figur 11-a) och 250–1000 mg/L hydrokinon (Figur 11-b). µPAD-bilderna presenterade färger med högre intensitet under höga hydrokinonkoncentrationer och lägre intensitet under låga hydrokinonkoncentrationer. Med andra ord, ju högre hydrokinonkoncentrationen är, desto större färgintensitet har det orangea floroglucinol-hydrokinonkomplexet.

Enligt figur 11 är hydrokinonkoncentrationen proportionell mot färgintensiteten hos µPAD-bilden; specifikt, ju högre hydrokinonkoncentrationen är, desto högre absorbansvärde erhålls från intensiteten av de blå avläsningarna. Standardkurvan för hydrokinon vid koncentrationer från 10 mgL−1 till 100 mgL−1 gav en linjär regressionsekvation av y =  0.0004x plus 0,0563 (R{{9) }}.9979). På liknande sätt gav förhållandet mellan hydrokinonkoncentration och absorbans en linjär regressionsekvation på y=0.0001x plus 0,0923 (R2=0.9991) vid hydrokinonkoncentrationer på 250–1000 mgL−1. I detta arbete indikerar R2-värden nära 1 mycket goda linjära korrelationer mellan koncentration och absorbans.

Metodselektivitet.Selektiviteten för µPAD-metoden undersöktes genom att separat tillsätta resorcinol och propylenglykol, två ämnen som vanligtvis förekommer i blekande kosmetika, till en standardlösning av hydrokinon. Såsom visas i tabell 1, påverkade inte tillsatsen av resorcinol vid koncentrationer av 25, 50 och 125 mg/L signifikant hydrokinonmätningar som erhölls med användning av µPAD-metoden. Detta fynd stöds av den lilla procentuella fel som genereras (<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.

Metodvalidering.Giltigheten av µPAD-metoden bedömdes genom att detektera hydrokinon i två typer av blekningskrämkosmetika. Resultaten av valideringstestet presenteras i tabell 2. µPAD-metoden visade mycket god noggrannhet och validitet, vilket stöds av återvinningsvärden i intervallet 95 procent –105 procent, samt hög precision (procent RSD < 10 procent).

Sammanfattningsvis ger µPAD-metoden som föreslås i detta arbete tillfredsställande noggrannhet och precision. Därför kan den tillverkade anordningen användas som en alternativ metod för att detektera hydrokinon i blekningskrämkosmetika.

Slutsats

Hydrokinon i blekningskrämer kan bestämmas med den föreslagna μPAD, som är baserad på den enkla reaktionen av hydrokinon med floroglucinol under alkaliska förhållanden för att bilda ett orange hydrokinon-floroglucinolkomplex. Denna metod kan användas för att bestämma hydrokinonkoncentrationer i intervallen 10–100 och 250–1000 mg/L. Även om den µPAD som utvecklats i detta arbete är mindre känslig jämfört med andra avancerade metoder, innebär den en enkel process och är billig. Den föreslagna μPAD-enheten kan användas som ett testkit för övervakning av hydrokinon i ansiktskrämer med ganska hög noggrannhet och precision.

Erkännanden

Författarna är tacksamma mot kemiavdelningen, Brawijaya University, för att ha underlättat denna forskning och Fakulteten för naturvetenskap, Brawijaya University, för att de tillhandahållit ekonomiskt stöd genom Doctoral Grant 2020, DIPA-023.17.2.677512/2020, kontrakt nr. 32/UN10.F09/PN/2020.

Referenser

[1] Ortonne, JP., Bissett, DL 2008. Senaste insikter om hudhyperpigmentering. J. Investig. Dermatol. Symp. Proc. 13:10–14,

[2] Westerhof, W., Kooyers, T. 2005. Hydrokinon och dess analoger i dermatologi-En potentiell hälsorisk. J. Cosmet. Dermatol. 4(2): 55–9

[3] Couteau, C., Coiffard, L. 2016. Översikt över hudblekningsmedel: droger och kosmetiska produkter Kosmetika. 3(27): 1–16,

[4] Elferjani, HS, Ahmida, NHS, Ahmida, A. 2017. Bestämning av hydrokinon i vissa farmaceutiska och kosmetiska preparat med spektrofotometrisk metod. IJSR. 6(7): 2219–2324,

[5] Sulistyarti, H., Sari, PM, Syamaidzar, Retnowati, R., Tolle, H., Wiryawan, A. 2020. Indirekt spektrofotometrimetod för bestämning av hydrokinon i kosmetika baserad på minskningen av krom (VI)-difenylkarbazid Absorbans. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 833(012047): 1–10,

[6] Fahmi, MI, Sulistyarti, H., Mulyasuryani, A., Wiryawan, A. 2019. Optimering av flödesinjektion (FI) – Spectrophotometry for Hydroquinone Analysis. J. Pure App. Chem. Res. 8(1): 53–61

[7] Trenggamayunelgi, FS, Sulistyarti, H., Retnowati, R. 2019. Utveckling av flödesinjektions-spektrofotometrimetod för hydrokinonbestämning baserad på bildandet av blått stärkelse-jodkomplex. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 546(032031): 1–10, https://doi.org/10.1088/1 757- 899X/546/3/032031.

[8] Albhibani, MMO, Sulistyarti, H., Sabarudin, A. 2019. Flödesinjektion–indirekt spektrofotometri för hydrokinonanalys baserad på bildandet av järn(II)-fenantrolinkomplex. J. Pure App. Chem. Res. 8(3): 208–216

[9] García, PL, Santoro, MIRM, Kedor-Hackman, ERM, Singh, AK 2005. Utveckling och validering av en HPLC och ett UV-derivat spektrofotometriska metoder för bestämning av hydrokinon i gel- och krämberedningar. J. Pharm. Biomed. Anal. 39(3–4): 764–768.

[10] Gimeno, P., Maggio, AF, Bancilhon, M., Lassu, N., Gornes, H., Brenier, C., Lempereur, L. 2016. HPLC–UV-metod för identifiering och screening av hydrokinon, Etrar av hydrokinon och kortikosteroider som eventuellt används som hudblekande medel i olagliga kosmetiska produkter. J Chromatogr. Sci. 54(3): 343–352,

[11] Martinez, AW, Phillips, ST, Whitesides, GM, Carrilho, E. 2010. Diagnostik för utvecklingsvärlden: mikrofluidiska pappersbaserade analytiska enheter. Anal. Chem. 82(1): 3–10

[12] Adkins, J., Boehle, K., Henry, C. 2015. Elektrokemiska pappersbaserade mikrofluidiska enheter. Electrophoresis, 36(16): 1811–1824,

[13] Oh, JM, Chow, KF 2015. Den senaste utvecklingen inom elektrokemiska pappersbaserade analytiska apparater. Anal. Metoder. 7(19): 7951–7960

[14] Mettakoonpitak, J., Boehle, K., Nantaphol, S., Teengam, P., Adkins, JA, Srisa-Art, M., Henry, CS 2016. Electrochemistry on paper-based analytical devices: A review. Elektroanalys. 28(7): 1420–1436

[15] Yao, B., Zhang, J., Kou, TY, Song, Y., Liu, TY, Li, Y. 2017. Pappersbaserade elektroder för flexibla energilagringsenheter. 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. Papper -baserade mikrofluidiska analytiska enheter för kolorimetrisk detektion av toxiska joner: En översikt. Trender Anal. Chem. 93: 212–227

[17] Morbioli, GG, Mazzu-Nascimento, T., Stockton, AM, Carrilho, E. 2017. Tekniska aspekter och utmaningar för kolorimetrisk detektion med mikrofluidiska pappersbaserade analysanordningar (µPADs–A review. Anal. Chim. Acta. 970: 1–22

[18] Yu, JH, Ge, SG, Yan, M. 2014. Lab-on-paper-baserade enheter som använder kemiluminescens och elektrogenererad kemiluminescensdetektion. Anal. Bioanal. Chem. 406(23): 5613–5630

[19] Gross, EM, Durant, HE, Hipp, KN, Lai, RY 2017. Elektrokemiluminescensdetektion i pappersbaserade och andra billiga mikrofluidiska enheter. Chem. Elektro. Chem. 4(7): 1594–1603

[20] Busa, LSA, Mohammadi, S., Maeki, M., Ishida, A., Tani, H., Tokeshi, M. 2016. Framsteg inom mikrofluidiska pappersbaserade analytiska apparater för analys av mat och vatten. Mikromaskiner. 7:8

[21] Wisang, YF, Sulistyarti, H., Andayani, U., Sabarudin, A. 2019. Mikrofluidiska pappersbaserade analytiska enheter (µPADs) för analysledning med blotta ögat och kolorimetriska detektioner. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 546: 0320331–7

[22] Meredith, NA, Quinn, C., Cate, DM, Reilly, TH, Volckens, J., Henry, CS 2016. Pappersbaserade analytiska apparater för miljöanalys. Analytiker. 141(6): 1874–1887

[23] Yetisen, AK, Akram, MS, Lowe, CR 2013. Pappersbaserade mikrofluidiska diagnostiska apparater. Labb. Chip. 13(12): 2210–2251

[24]Jeong, S.-G., Kim, J., Nam, J.-O., Song YS, Lee C.- S. 2013. Pappersbaserad analysanordning för kvantitativ urinanalys. Int. Neurourol. J. 17(4): 155–161

[25] Santhiago, M., Nery, EW, Santos, GP, Kubota, LT 2014. Mikrofluidiska pappersbaserade enheter för bioanalytiska tillämpningar. Bioanalys. 6(1): 89–106

[26] Rozand, C. 2014. Pappersbaserade analytiska apparater för testning av infektionssjukdomar. Eur. J. Clin. Microbiol. Infektera. Dis. 33(2): 147–156

[27] Xia, Y., Si, J., Li, Z. 2016. Tillverkningstekniker för mikrofluidiska pappersbaserade analytiska enheter och deras tillämpningar för biologisk testning: En översikt. Biosens. Bioelektron. 77: 774–789.

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

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

[30] Kohl, SK, Landmark, JD, Stickle, DF 2006. Demonstration av absorption med hjälp av digital färgbildsanalys och färgade lösningar. J. Chem. Educ. 83(4): 644–646

För mer information: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501