セルロースとチアゾリジンをベースとした紫外線遮蔽性を備えた生分解性フィルム

Scientific Reports volume 12、記事番号: 7887 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

現在の理論的根拠は、セルロースとチアゾリジンをベースとした、環境に優しい新しい UV 遮蔽フィルムを探索することです。セルロースは、それぞれ過ヨウ素酸塩とTEMPO/過ヨウ素酸塩/次亜塩素酸塩によってジアルデヒドセルロース(DAC)とトリカルボキシセルロース(TCC)に酸化されました。一方、E-3-アミノ-5-(フェニルジアゼニル)-2-チオキソチアゾリジン-4-オン(TH)は、ジアゾニウム塩と2-チオキソ-4-チアゾリジノンの5-メチレンをカップリングすることによって合成されました。次に、DAC をシッフ塩基反応を介して TH と結合させ、さまざまな比率で TCC に組み込んで、UV 遮蔽フィルムを取得しました。 1 HNMR、赤外分光法 (FTIR)、および熱重量分析 (TGA) を使用して、合成された材料の化学構造を調査しました。さらに、フィルムの形態、熱的、機械的、および UV 遮蔽特性も調査されました。 UV 遮蔽の研究により、10% DAC-TH を含むフィルムは、それぞれ 99.88、99.99、および 96.19% の UV 遮蔽 (UVB)、UV 吸収 (UVA)、および紫外線防御 (UPF) を有することが明らかになりました。さらに、調製されたフィルムは、大腸菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌、およびカンジダ・アルビカンスに対して有望な抗菌活性を示した。最後に、調製されたフィルムは、正常なヒト皮膚線維芽細胞の HFB-4 細胞株に対して細胞毒性効果を示さなかった。

過去数十年にわたり、ポリマーフィルムは、その大幅な低コスト、軽量、優れた弾性、および高い透過率により、食品、医薬品、電子機器などの多くの第一次産業の包装材料として広く応用されてきました1,2。しかし、環境保全を求める声の高まりや、優しい材料を使用する傾向に伴い、科学者たちは生分解性材料の開発に目を向けるようになりました3,4。再生可能資源から得られるこれらの材料は、純粋なポリマー、複合製品、またはブレンド製品であり、グリーンポリマーとして分類できます。最近、セルロース系材料は、その独特の生体適合性、生分解性、非毒性、そしてアレルゲンフリーの特性により、合成ポリマーの強力な代替品として浮上しています5。適切な修飾を介して鎖骨格に挿入できる官能基に応じて。これは最も有望な材料に見え、ドラッグデリバリー6、導電性材料7,8、肥料剤9、水処理10などの多くの用途で重要な役割を果たしています。ジアルデヒドセルロース (DAC) は、反応性の高い部位を備えた最も広く利用されている酸化セルロースです。過ヨウ素酸塩は、セルロースをジアルデヒドセルロースに酸化するために広く使用されています11、12。これは、セルロースの C2 および C36 にある隣接ヒドロキシル基を酸化します。近年、ジアルデヒドセルロースは、そのアルデヒド基がシッフ塩基相互作用を介してアミノ酸のNH2と架橋できる理想的な架橋剤として注目を集めています7。

一方で、生分解性で環境に優しい UV 遮蔽材料としてのさらなる開発と応用のために、UV ブロックセルロースフィルムの構築が緊急の必要性となりました 13,14。熱処理技術による UV 遮蔽セルロースの開発には多くのアプローチが行われており、UV ブロックセルロースを調製するための環境に優しい直接的なアプローチとして提示されています。ただし、この方法は処理中のセルロース繊維の黄変に依存します15、16。さらに、紫外線吸収剤はセルロースフィルムに組み込むことで高い紫外線防御を実現する有力な技術と考えられています。これに関連して、高効率のセルロースベースの UV 遮蔽フィルムの開発が科学者の大きな注目を集めています 17。有機および無機の紫外線吸収剤は主にセルロース系フィルムに組み込まれ、鎖骨格に挿入された官能基の種類に応じて紫外線保護を実現します13。

一方、複素環式化合物は天然材料および合成材料に含まれており、主にその顕著な UV 吸収特性で知られています 18、19、20。一般にロダニンとして知られる 3-アミノ-2-チオキソチアゾリジン-4-オンは、防腐、抗炎症、抗寄生虫、抗真菌、抗糖尿病、抗ウイルス、および抗腫瘍活性を示す幅広い生物活性を持っています 21,22,23。抗菌活性を証明するために、ロダニン誘導体について多くの研究が行われました 24,25。また、それらのアゾ染料誘導体は、光学特性を備えた Fe3+26 の分光測光化学センサーとしても使用されます 27。