表面增強拉曼光譜在化妝品美白功效評價中的應用
一、研究背景
美白化妝品可以減少皮膚色素沉著,起到皮膚增白的效果。然而,隨著市場競爭日益激烈,許多不法商家虛假宣傳,導致市面上充斥著許多種劣質品。絡氨酸酶活性(TYR)是化妝品美白功效評價的重要指標,其活性與黑色素形成密切相關。傳統檢測TYR的方法主要有電化學法、比色法和熒光法,但這些方法普遍存在耗時長、靈敏度低和易受干擾等問題。因此,開發一個能快速靈敏、準確可靠檢測TYR的方法具有重要意義。本研究提出了一種基于細菌纖維素膜-金納米棒(BCM-AuNRs)的柔性表面增強拉曼散射(SERS)傳感器,并使用的便攜式拉曼光譜儀(RMS1000)實現了TYR活性的實時監測。
二、研究內容
01.
實驗方法
圖1為等離子體納米柔性膜的制備以及絡氨酸酶活性的檢測示意圖。TYR 氧化多巴胺(DA)成多巴醌(DQ),在黑色素生成過程中,DQ 迅速自發地朝著黑色素形成方向發展,進一步氧化形成 5,6-二羥基吲哚(DHI)和 5,6-二羥基吲哚-2-羧酸(DHICA)。借助便攜式拉曼光譜儀,觀察到在拉曼光譜中產生兩個寬帶,中心分別位于約 1400 cm-1 和 1600 cm-1 處,這與文獻中報道的類似化合物的光譜位置一致,基于特征峰 SERS 強度的變化直接反應TYR 活性的變化。
圖 1等離子體納米柔性膜的制備以及絡氨酸酶活性的檢測示意圖
02.
AuNRs的表征
AuNRs 通過UV-Vis 吸收光譜以及 TEM 進行表征。通過紫外光見吸收光譜圖觀察到AuNRs 的各向異性形狀產生了兩種不同的LSPR模式,在520 nm處有弱的紫外吸收峰,在841 nm處則顯現強的紫外吸收峰(圖2A),兩者分別代表了AuNRs的寬度和長度。圖2 B顯示了Au NRs相應TEM 圖像,表明 AuNRs的成功合成。
圖 2 AuNRs的紫外可見吸收光譜(A)和AuNRs的TEM圖像(B)
03.
BCM-AuNRs柔性SERS基底的表征及性能優化
圖3A-E分別為0.70、1.4、2.1、2.8、3.5 nM濃度的AuNRs負載到BCM上的形貌圖。圖3F為柔性膜基底中AuNRs的密度與AuNRs分散體濃度的關系圖,BCM上AuNRs的密度隨AuNRs溶液濃度的增加而增加。將五種不同濃度的AuNRs制備出來的基底浸入R6G中,測量了R6G的SERS信號,如圖3G所示。圖3H為R6G在1509 cm-1處特征峰(芳香族C-C拉伸振動)的SERS 強度與Au NRs濃度的直方圖。結果表明,當1.4nM濃度的Au NRs加載到BCM上時,BCM-Au NRs柔性膜的SERS性能最佳。
圖 3 不同濃度的AuNRs制備而成的BCM-AuNRs柔性膜的SEM圖像(A:0.7nM;B:1.4nM;C:2.1nM;D:2.8nM;E:3.5nM);(F)BCM-AuNRs柔性膜中AuNRs的密度與AuNRs濃度的關系圖;(G)BCM-AuNRs柔性膜上R6G的SERS光譜;(H)R6G在1509 cm-1處SERS特征峰信號強度直方圖
04.
BCM-AuNRs柔性基底的靈敏度分析
將負載AuNRs的纖維素膜剪切至3 mm×3 mm,分別浸泡在10-3M~10-9M的R6G 溶液中2h后,干燥,用的RMS1000便攜式拉曼光譜儀進行靈敏度檢測。如圖4所示,BCM-AuNRs柔性基底對R6G有較好的SERS信號響應,檢測至10-9M仍有R6G特征峰信號產生。
圖 4不同濃度的R6G在BCM-AuNRs柔性基底上的SERS光譜
05
BCM-AuNRs柔性基底均勻性評價
以R6G位于1509 cm-1處的SERS特征峰強度作為成像條件,掃描20μm×20μm區域內1509 cm-1特征峰的拉曼信號強度,通過二維圖像中的顏色強度分布來表示信號的強弱和均勻性。如圖5所示,BCM-AuNRs柔性基底的SERS信號的相對標準偏差(RSD)為12.66%,呈現出良好的均勻性。
圖 5 R6G在1509 cm-1處特征峰的mapping圖像
06.
BCM-AuNRs柔性基底不同批次間可重復性分析
采集10-5MR6G在不同批次制備的BCM-AuNRs柔性膜上的SERS光譜。結果如圖6所示,在五個不同批次的BCM-AuNRs柔性SERS基底上R6G在1509 cm-1 處的SERS信號表現基本一致,說明BCM-AuNRs柔性基底具有良好的重現性。
圖 6 R6G在不同批次的BCM-AuNRs柔性基底上的SERS信號強度直方圖
07.
BCM-AuNRs柔性基底的時間穩定性評價
圖7表明BCM-AuNRs柔性膜在常溫下儲存30天后,其SERS光譜基本沒有變化,從而證實了所制備的BCM-AuNRs柔性膜具有優異的時間穩定性,具有實際應用的潛力。
圖 7 R6G在存放不同時間段后的BCM-AuNRs柔性基底上的SERS光譜
08.
絡氨酸酶活性的測定
將TYR和DA溶液混合,收集反應1~90min所獲得的SERS光譜,如圖8a所示,DA溶液在加入TYR后迅速發生氧化反應,在SERS光譜區域中顯示了幾個明顯的寬帶,通過對新的特征峰進行歸位認證,生成的產物與黑色素的生成物基本一致,說明此方法檢測TYR活性可行。此外,采集TYR與DA混合后的紫外可見吸收光譜,如圖8b所示。圖8c和圖8d為檢測到的TYR活性的標準曲線,在0.01U/mL~100U/mL濃度范圍內,SERS強度與TYR對數濃度呈良好線性關系,線性方程為Y=-420.77X+1327.71,R2=0.9828,說明兩者具有良好的線性關系。
圖 8(A)TYR與DA反應不同時間的SERS光譜(a~i)分別為0,1,5,10,15,30,40,60,90min;(B)TYR與DA反應不同時間的紫外可見吸收光譜;(C)在0.01 U/mL~100 U/mL內,TYR與DA的氧化反應產物的SERS光譜;(D)1390 cm-1處的SERS信號強度與TYR濃度之間的線性關系
09.
實際樣品檢測
以美白祛斑乳液作為實際樣本,配置不同濃度的乳液(0.1g/mL、0.2g/mL、0.3g/mL、0.4g/mL、0.5g/mL),分別與100U/mL的TYR孵育15min后,加入1mMDA溶液,均勻后滴加在BCM-AuNRs柔性基底上。表1為美白祛斑乳液對絡氨酸酶活性的影響,表明乳液中的美白功效成分對TYR活性的有效抑制。
表 1美白祛斑乳液對酪氨酸酶活性的影響
三、結論
利用RMS1000便攜式拉曼光譜儀通過開發的BCM-AuNRs柔性SERS傳感器,直接獲取了TYR反應過程的信號變化。設計的SERS傳感器對0.01U/mL~100U/mL濃度范圍內的TYR活性具有優異的線性曲線,R2=0.9828。整個檢測過程可以在1min內完成,可以快速、靈敏、準確的評價化妝品的美白功效,為當前的化妝品美白功效評價提供了額外的參考手段。
四、文獻出處
五、產品推薦
文中所使用的RMS1000現已更新為RMS3000微型拉曼光譜儀。
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