Химия шелковая: что это, состав CHI Ionic, технология выполнения

что это, состав CHI Ionic, технология выполнения

Струящиеся ниспадающие локоны или волны смотрятся эффектно только на здоровых блестящих волосах. Современная химическая индустрия предлагает мастерам парикмахерского искусства много средств создания щадящей долговременной укладки. Ранее составы для химической завивки агрессивно воздействовали на волосы, сильно их повреждали, но разработки в области парикмахерского искусства дали возможность завивать даже истончённые и осветлённые. Добавление в препарат для «химии» различных ухаживающих компонентов обезопасило чешуйчатый слой от потери эластичности. Один из таких защитных ингредиентов — это протеины шёлка. Впервые их в биосостав добавила американская фирма Farouk Systems, которая выпустила новую серию препаратов для завивки — CHI Ionic. Благодаря входящим в его состав защитных ингредиентов, препарат быстро приобрёл популярность у стилистов, став одним из часто востребованных на рынке парикмахерской парфюмерии. Из-за протеинового комплекса, этот вид «биохимии» назвали — шёлковой завивкой волос.

Давайте узнаем всё об этой долговременной укладке — как она делается, что за инструменты понадобятся, принцип работы состава CHI Ionic и о способах ухаживания за волосами после процедуры.

Что такое шёлковая завивка волос

Это процедура долговременной укладки с применением химического препарата, который влияет на дисульфидную связь в волосе и формирует локон. Эта «химия» относится к разряду биозавивок, поскольку активное вещество в составе применяемого препарата CHI Ionic — аминокислота цистеин.

Средства для завивки с протеинами шёлка одновременно с созданием кудрей ухаживают за волосами, питают и уплотняют их структуру.

Плюсы и минусы

У каждой процедуры есть свои преимущества и недостатки. Давайте узнаем, какими качествами обладает шёлковая завивка.

до и после

Её достоинства в следующем.

1. Препарат CHI Ionic выпускается в различных концентрациях для каждого типа волос.
2. Не нарушает водно-щелочной баланс.
3. Питает волосы, делает их структуру плотней.
4. Не портит кутикулу.
5. Даёт возможность создавать локоны разной жёсткости.
6. Волосы мягко принимают первоначальную форму, не образуя чёткой грани между накрученной длиной и отросшими корнями.
7. Шёлковую завивку можно делать 3–4 раза в год.
8. Состав не токсичен.
9. Простота выполнения. Возможность сделать самостоятельно без помощи профессионального стилиста.
10. Отсутствует неприятный запах после «химии».

А теперь обсудим минусы.

1. Не подходит для очень длинных тяжёлых волос.
2. Высокая цена процедуры.
3. Занимает много времени — 2–5 часов.
4. С осторожность надо делать шёлковую завивку на осветлённых с помощью обесцвечивающей пудры волосах — необходим тест на прочность.
5. Не подходит для стекловидной седины — биосоставы для «химии» на основе цистеина не проникают сквозь ороговевший кутикулярный слой таких волос.
6. Требует укладки после каждого мытья головы.

Но в целом шёлковая завивка — это хороший способ сделать долговременную укладку, не причиняя волосам вреда, но оздоравливая их.

Противопоказания

У каждой процедуры, связанной с химической реакцией есть свои ограничения к применению. Какие противопоказания у шёлковой завивки препаратом CHI Ionic?

1. Беременность.
2. Кормление грудью.
3. Начальный период менопаузы.
4. Приём гормональных препаратов.
5. Критические дни.
6. Нарушение работы щитовидной железы.
7. Возраст менее 18 лет.
8. Индивидуальная непереносимость компонентов лосьона и нейтрализатора.

В период гормональной нестабильности завивка получается менее интенсивной или не берётся вовсе.

Средства для шёлковой завивки CHI Ionic

В состав лосьонов для шёлковой завивки входят натуральные компоненты, которые присутствуют в человеческом волосе. Активное вещество, формирующее завиток — аминокислота цистеин, временно растягивает серные мостики, а затем вымывается и волос принимает своё естественное состояние. Нейтральный pH (5,5) препарата не искажает косметическую базу пигмента и не пересушивает кончики. Средства для шёлковой завивки CHI Ionic выпускаются в трёх концентрациях для разных типов волос.

1. Для обесцвеченных с помощью осветляющей пудры, истончённых, сильно повреждённых, многократно окрашенных, ломких.
2. Для натуральных и окрашенных.
3. Для жёстких и трудно поддающихся завивке волос.

Протеины шёлка защищают чешуйчатый слой, сохраняют его эластичность, придают локонам зеркальный блеск.

Главное отличие CHI Ionic от других препаратов для биозавивки — это внедрённые протеины шёлка, которые проникают в медулу вместе с цистеином и восстанавливают повреждённые участки. После завивки волосы уплотняются, наполняются питательными веществами. Устранение пористости и заполнение пустот происходит путём встраивания в них протеинов шёлка.

Инструменты и вспомогательные материалы

Чтобы сделать шёлковую завивку необходимы следующие приспособления:

• водонепроницаемый пеньюар для защиты одежды и кожи головы от попадания состава;
• резиновые перчатки для нанесения лосьона и нейтрализатора;
• полотенца;
• стайлеры, в зависимости от необходимой формы завитка — коклюшки, папильотки, бигуди, зажимы для гофре;
• расчёска с тонким хвостиком для разделения проборов;
• бумага для «химии», если накручивание будет проводиться на коклюшки;
• поролоновый аппликатор для вспенивания и нанесения препарата;
• миска;
• парикмахерские зажимы.

Все инструменты, соприкасающиеся с биосоставом не должны быть металлическими во избежание реакции окисления, которая снизит эффективность препарата.

Помимо набора для шёлковой завивки (лосьон, нейтрализатор) ещё понадобятся вспомогательные материалы, отсутствие которых значительно снизит качество локонов:

• шампунь глубокого очищения;
• бальзам для выравнивания структуры;
• шампунь-стабилизатор для остановки химической реакции.

Чтобы закрепить дисульфидную связь, первая сушка волос после завивки делается обязательно феном с насадкой «диффузор».

Технология выполнения

Для хорошего результата нужно строго придерживаться технологии выполнения процедуры.

Схема накручивания должна быть следующей.

1. Шёлковая химическая завивка на короткие волосы делается по фасону стрижки. Накручивание начинается с теменной зоны, затем переходит к височным и верхнезатылочной. Крепирование стайлеров производится до тех участков, где длина позволяет сделать полный оборот вокруг бигуди.
2. Накручивание на среднюю длину волос при шёлковой завивке делается по классической схеме. Начать нужно с нижнезатылочной части, затем перейти на верхнезатылочную, а после накрутить теменную и височные зоны головы. Чередование коклюшек разного диаметра и направление наматывания делает завитки более естественными, подчёркивает их текстуру.
3. Слегка волнистый эффект от завивки препаратом CHI Ionic называют — «Шёлковая волна». Достигается он путём накручивания на толстые бигуди, чтобы локон был лёгким.

Но прежде чем приступать к выполнению шёлковой завивки, сначала нужно провести тесты на прочность волос, а также переносимость химического препарата.

Тест на прочность волос

Это необходимая проба для обесцвеченных и сильно повреждённых волос. Для теста нужно срезать тонкую прядку, поместить её в лосьон для шёлковой завивки на 30 минут, а затем вытащить и потянуть в разные стороны за концы.

Если волоски не порвались, не растягиваются, то шёлковая химическая завивка не повредит структуру, а локоны получатся живыми, блестящими. В случае деформации пряди, использовать состав CHI Ionic не рекомендуется.

Тест на переносимость препарата

Это обязательная проба перед первой процедурой завивки составами с протеинами шёлка. Для теста нужно капнуть лосьон на чувствительный участок кожи — запястье или внутренний сгиб локтя, оставить на полчаса, а затем провести визуальную диагностику.

Если место нанесения покраснело, появились волдыри или зуд, то делать шёлковую завивку нельзя. В случае появления аллергической реакции во время процедуры, необходимо принять антигистаминный препарат и немедленно смыть состав с головы. При осложнениях — вызвать скорую медицинскую помощь.

Пошаговая инструкция

Убедившись что есть все необходимые материалы и инструменты, а также проведя тесты на прочность волос и переносимость организмом химического препарата, можно приступать к выполнению шёлковой завивки. Инструкция проведения этой долговременной укладки одинаковая как для салонов красоты, так и самостоятельного выполнения в домашних условиях.

1. Тщательно 2–3 раза промыть голову шампунем глубокого очищения. Он раскроет чешуйки кутикулярного слоя волоса что обеспечит хорошее проникновение лосьона в медулу.
2. Промокнуть полотенцем лишнюю влагу.
3. Разделить волосы на участки и тонкими прядями накрутить на стайлеры.
4. Налить лосьон в миску, примерно 100–150 мл (количество зависит от длины и густоты волос), вспенив его поролоновой губкой.
5. Нанести состав на волосы, накрученные на стайлеры, оставить на 20 минут.
6. Размотать одну прядь и посмотреть, сформировался ли завиток. Если локон недостаточно упругий, то нужно подождать ещё 10 минут.
7. Смыть лосьон тёплой водой без шампуня, не разматывая волос.
8. Вспенить в миске нейтрализатор, обработать им пряди, оставить на 5 минут, а затем размотать волосы и нанести его повторно по всей длине, чтобы лучше зафиксировать завивку.
9. Выждав ещё 5 минут, промыть голову шампунем-стабилизатором, а также смягчить волосы бальзамом.

Первая укладка после завивки делается феном с насадкой «диффузор». Сначала нужно промокнуть волосы от лишней влаги, затем попрядно сушить, аккуратно положив каждую отделённую часть в насадку.

Технология выполнения химической завивки

Уход за волосами после шёлковой завивки

Сколько продержится на волосах шёлковая завивка, зависит от ухода после процедуры.

1. Замена обычного шампуня на бессульфатное моющее средство поможет сохранить первоначальную форму завитка дольше.
2. Регулярное увлажнение усилит блеск.

Не рекомендуется вытягивать волосы чаще одного раза в 2 недели, поскольку цистеиновые препараты деликатно держат серные мостики.

Срок сохранения шёлковой завивки препаратом CHI Ionic также зависит от длины и тяжести завиваемого волоса. Чем он короче, легче, тем дольше продержится «биохимия».

Укладка после процедуры

Шёлковая завивка, как и большинство щадящих процедур, требует укладки после каждого мытья головы. Создавать текстуру кудрям можно разными инструментами:

«Шёлковая волна»

• с помощью бигуди — восковыми, электрическими, липучками, бумерангами, Olivia Garden;
• коклюшками — конусными, цилиндрическими, спиральными;
• папильотками;
• разными видами плоек;
• феном с насадкой «диффузор».

Если нет парикмахерских инструментов, то можно воспользоваться подручными средствами — карандашами, тряпочками, бумажками и даже носками, накручивая на них пряди.

У шёлковой завивки много плюсов, среди которых возможность завивать осветлённые, истончённые волосы, удобство выпуска препарата, отсутствие токсичных веществ, наличие ухаживающего комплекса протеинов. Однако есть и минусы — занимает много времени, высокая цена, не подходит для очень длинных волос и со стекловидной сединой. Помимо этого, шёлковая завивка имеет ряд противопоказаний, а также требует укладки после каждого мытья головы. Но в целом это отличный способ получить струящиеся ниспадающие локоны.

Что такое биозавивка и как она делается

Шелковая химическая завивка CHI Ionic

Завивки других (разных) производителей	Перманентные завивки CHI на протеине шелка
Наличие аммиака	100% отсутствие аммиака
Если вы недавно красили волосы (промежуток между окраской и химической завивкой должен быть не менее 2-3 недель	Ограничения нет
Нельзя делать химическую завивку в температурных условиях выше 22°	Ограничения нет
Если вы пользуетесь средствами по уходу за волосами с содержанием силикона	Ограничения нет
Однако, на первых порах завивка довольно капризна, и нужно соблюдать некоторую осторожность.	Ограничения нет
Не забывайте, что через пару часов после завивки волосы нужно ополоснуть подкисленной водой (1 столовая ложка столового уксуса на 1 литр воды),	Не нужно
в течении последующих 3-5 дней мыть волосы, а также подвергать их какой-либо термообработке (фен, термобигуди, электрощипцы) нельзя	Ограничения нет
По прошествии этого срока используйте для мытья волос питательные шампуни, делайте маски для волос, содержащие полезные вещества.	Любые средства для химически обработанных/крашенных волос.
В последствии для расчесывания волос лучше использовать не щетку, а гребень с редкими зубцами, или же расческу.	Ограничения нет
Избегайте излишнего воздействия тепла на волосы. Если возможно, сушите их естественным образом после мытья.	Ограничения нет
Нельзя мыть волосы после химической завивки в течение 48 часов, так как любое беспокойство может ослабить кудри.	Можно не только мыть, но и красить волосы не вставая с кресла
Неприятный запах от волос появляется при мытье головы достаточно продолжительное время	Отсутствует
В день завивки волосы лучше не расчесывать	Ограничения нет
Замещение разрушенных дисульфидных связей белка волоса искусственным парафином	Замещение происходит натуральными аминокислотами содержащимися в шелке
Для химической завивки (перманента) используют меркаптановые соединения для создания дисульфидных мостиков в волосах. При этом используют тиогликолят аммония (HSCh3COONh5). Уже при небольших концентрациях, около 0,04%, наблюдается раздражение кожи.	Активатор: этаноламин тиогликолат –Такое сочетание обеспечивает мягкое воздействие на дисульфатные мостики.
При проведении процедуры сильно вымывается цвет	Краска не вымывается.

Химическая завивка волос в Москве

Если вам нужна мелкая или крупная вертикальная химия по низкой цене, обратитесь к исполнителям платформы Юду. Наши специалисты выполнят качественную лёгкую завивку волос с использованием современных технологий и средств. Мастера придадут вашим волосам желаемую форму, здоровый блеск и объем.

Завивка любых волос

Выбранный исполнитель подберёт индивидуальное средство для завивки с эффектом гофре или зигзаг с учётом структуры волос. Специалист накрутит пряди на спиральные бигуди разного диаметра. После окончания завивки на кончики волос исполнитель нанесёт закрепляющий состав.

При выполнении классической вертикальной завивки мастера используют препараты с наиболее щадящим воздействием на структуру волос. Специалисты профессионально и недорого выполняют завивку на волосы любой длины, в том числе на удлинённое каре и короткие волосы.

Вы можете заказать химическую завивку локонов на любые волосы:

• мелированные
• осветлённые
• окрашенные

Мастера используют только качественные средства для долговременной завивки, чтобы предотвратить пересушивание, выпадение и сечение волос. Комбинированная завивка, придающая прикорневой объем, стоит недорого и выполняется на дому.

Почему выгодно заказывать услуги на Юду

Квалифицированные специалисты Юду используют комплексный подход к завивке волос — укрепление, лечение и защиту волос от корней до кончиков. Профессионалы Юду не только сделают на ваших волосах мягкие волны, но и расскажут о правилах ухода за долгосрочной завивкой.

Преимущества обращения к исполнителям Юду:

• быстрый ответ на заявку
• безопасное проведение процедуры
• выгодная стоимость услуги

Заказ помощи исполнителей

Если вам нужны мелкие или крупные кудри, оформите заказ на этой странице. Опишите вашу задачу — вскоре вы получите предложения исполнителей Юду. Выберите подходящего мастера, чтобы вертикальная химическая завивка была сделана профессионально. Специалист приедет на дом в удобное для вас время.

Особенности химической завивки волос (46 фото)

Вам надоело каждый день пользоваться бигуди и плойкой. Вы не хотите тратить много времени на создание прически. Химическая завивка позволит вам надолго забыть об этих приспособлениях.

Хотя в последнее время химическую завивку не считают опасной процедурой,  но советуем прислушаться к рекомендациям.

Рекомендации

• Химическую завивку нельзя делать  беременным и кормящим мамкам, дабы не нанести вред ребенку;
• Если волосы были покрашены с помощью хны или басмы последствия завивки непредсказуемы;
• Если вы страдаете аллергией, обязательно нужно сделать пробу на взаимодействие организма с химическим составом средств завивки;
• На свежеокрашенные волосы завивку делать нельзя, нужно подождать недели две;
• На тонкие, ломкие и сухие волосы химическая завивка не рекомендуется;
• На время приема медицинских препаратов, если вы болеете, завивку нужно отложить на время.

Виды химической завивки

1. Кислотная завивка  – держится долго до 6 месяцев, самая популярная, но не безопасная.
2. Щелочная завивка – более мягко воздействует на волосы, держится 3 месяца.
3. Нейтральная завивка – коктейль двух предыдущих,  наличие смягчающих свойств, подходит разным волосам, стойкая.
4. Биозавивка – химические составляющие заменены натуральными, подходи тонким и осветленным волосам, сушит волосы.
5. Шелковая завивка – в составе протеины шелка, улучшает структуру волос
6. Японская завивка – безопасна для волос и корней держится от 2- 6 месяцев.
7. Электрозавивка – только для здоровых волос, волосам не вредит, дает большой объем и слегка вьющиеся локоны.

Завивка на короткие волосы

• Для придания объема используют прикорневую завивку, чтобы не делать по утрам начес;
• Женщинам с короткими волосами  рекомендуется биозавивка, в ней отсутствуют агрессивные компоненты;
• При выборе кислотной завивки нужно быть очень осторожной с ее процедурой;
• При наличии тонких и редких волос можно создать необычный образ завив на волосах концы.

Завивки на средние волосы

• На средние волосы идеально ляжет завивка под названием Шелковая волна. Результатом химической завивки будут крупные с красивым блеском локоны;
• Весь мир использует долгосрочную завивку под названием Американская химическая завивка. В ней используются бигуди, стиля «Оливия Гарден» которые создают невероятно красивые локоны;
• Для жирных волос  подойдет вариант французской пузырьковой химической завивки, она создаст безупречные маленькие завитки.

Завивка для длинных  волос

• Очень оригинально на длинных волосах будет смотреться метод двойного накручивания;
• Если у вас нет густых волос, вас выручит вертикальная химическая завивка, вы ее знаете как мокрую химию;
• Локоны можно создать при помощи веллаформера, сжимаясь,  латексные мешочки для завивки создают локоны.

От диаметра бигуди, которые используются для завивания, зависит, какого размера будут ваши локоны. Ваше желание и правильно подобранные мастером бигуди  завьют ваши волосы либо мелкими кудряшками либо крупными локонами.

Вы сделали химзавивку, теперь нужно позаботиться  об уходе за волосами.

Уход

• Для того чтобы восстановить поврежденные волосы сделайте им масляную маску;
• Приобретите смягчающий шампунь для поврежденных волос;
• Не расчесывайте влажные волосы, дайте им высохнуть, пользуйтесь гребнем с редкими зубцами;
• Реже используйте фен.

С помощью химической завивки вы можете кардинально изменить свой образ.

Студия завивки — Статьи

Каждая из современных женщин хоть раз в жизни спала «на бигуди» накануне знаменательного события. Исключение составляли девушки кудрявые от природы и те, кто сделал завивку. Перед праздниками в парикмахерских стоял стойкий запах химикатов и пережженных волос. Сейчас наука красоты шагнула далеко вперед. Получить заветные мягкие локоны или тугие кудряшки можно без особых жертв.

Любая завивка, независимо от количества приставок «био» в своем названии, является химической. Это объясняется тем, что при любой технологии на волосы наносят химический состав.

В зависимости от компонентов состава химическая завивка бывает:

— щелочная; — кислотная; — аминокислотная, — нейтральная; — шелковая; — японская;

— биологическая; — карвинг.

1. Щелочная завивка

Щелочная завивка сохраняет упругие локоны в течение 3 месяцев. Это один из щадящих волосы способов завивки. Наиболее он подходит для тонких и негустых волос, на пышной шевелюре кудри продержится не дольше 2 месяцев. Для этой завивки не требуется термическая обработка волос.

2. Кислотная завивка

При кислотной завивке в результате химической реакции происходит выделение тепла. Поэтому она еще называется горячей завивкой. Волосы меньше повреждаются, а локоны более мягкие, чем после щелочной обработки. Данный метод часто используют для окрашенных волос.

3. Аминокислотная завивка

Аминокислоты и протеины, входящие в состав смеси для аминокислотной завивки, смягчают вредное воздействие других химических компонентов. Этот способ подходит девушкам с тонкими волосами короткой и средней длины.

4. Нейтральная завивка

Самым оптимальным для хим завивки является нейтральный состав, содержащий аллантоин. Этот смягчающий компонент увлажняет волосы, делая процедуру менее вредной. Нейтральная завивка держится не так долго, как остальные, но ее можно сделать на любые волосы.

5. Шелковая завивка

Шелковая завивка отличается содержанием протеинов шелка в завивочной смеси. Они смягчают волосы и восстанавливают поврежденную структуру. Подобная завивка рассчитана на короткие волосы. На длинных она не продержится дольше 2 месяцев.

6. Японская завивка

Липидно-протеиновый комплекс составляет основу смеси для японской завивки. Она применяется для пересушенных и ослабленных волос.

7. Биозавивка

Все популярней становится биозавивка. Эта процедура основана на использовании натуральной аминокислоты, входящей в состав человеческого волоса. Биологическая завивка позволяет получить локоны любого диаметра и сохранить их на 6-8 месяцев.

8. Карвинг

Карвинг позволяет получить мягкие локоны, не применяя сильнодействующих химикатов. Завивка сходит постепенно, поэтому не требует коррекции и смотрится естественно в течение всего периода.

ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ И УХОД ЗА ЗАВИВКОЙ

Химическая завивка противопоказанна в таких случаях:

— наличие аллергии;

— очень сухие, ломкие и поврежденные волосы;

— период беременности и лактации;

— критические дни;

— обострение заболеваний и стрессовые ситуации;

— прием гормональных препаратов.

Какой бы вид завивки вы ни выбрали, волосам понадобится особый уход. Используйте специальную деревянную расческу-щетку с тупыми зубчиками. Постарайтесь минимально использовать фен и плойку, чтобы не пересушивать волосы.

Для мытья головы и укладки применяйте специальные средства для волос, подвергнутых химической завивке. Кончики покрывайте кремом или эмульсией против сечения. Окрашивать волосы можно не ранее, чем через две недели поле процедуры завивки.

Вид завивки зависит от длины волос, их состояния и желаемой степени жесткости завитков. Старайтесь выбрать завивку, не требующую коррекции, чтобы не пришлось обрезать волосы, когда локоны утратят форму.

В чем отличия биозавивки от химической завивки волос?

Все-таки, странные мы создания женщины, всегда хотим того, что не дала нам природа. Разглаживаем кудряшки, завиваем идеально прямые волосы в прелестные завитки, блондинки перекрашивают волосы в более темный цвет, брюнетки, напротив, делают мелирование, рыжие ненавидят свой естественный золотой оттенок.

Но очаровательные кудри подходят практически всем — они делают черты лица женщины более мягкими, придавая им женственность. И для тех, кто хочет всегда иметь красивую прическу с вьющимися волосами, есть замечательное выход — химическая завивка, которая может полностью изменить имидж женщины и скрыть некоторые недостатки формы лица.

Химия — вспомогательный способ для укладки волос. Она подготавливает волосы к завивке. Рекомендуется тем, кто ежедневно прибегает к помощи бигудей или плойки. Кроме того, благодаря химии устраняется проблема, связанная с жирностью волос.

Химическая завивка волос была очень популярна в 70-80 годы ХХ века. Однако уже к его концу этот способ завивки стал стремительно терять свою популярность, причём не столько из-за тенденций моды, сколько из-за того, что женщины поняли: для волос такая процедура является просто катастрофой, а если применять её достаточно часто, то волосы слабеют, пересыхают, ломаются и выпадают.

Химическая завивка повреждает волосы уже хотя бы потому, что меняет их структуру, и полностью безопасной эта процедура не станет никогда. Из-за нарушения молекулярных связей химически завитый волос становится как бы пористым: несмотря на то, что после фиксации локона возникают новые молекулярные связи, и волос застывает в новом положении, он уже не является прежним, а становится как бы склеенным из кусочков. Даже если волос выглядит блестящим (что значит только то, что чешуйки, защищающие его стержень, приглажены и стоят на месте), из-за влияния химикалий на его структуру он становится хрупким и уязвимым. И, конечно, чем более агрессивные средства были применены при химической завивке и чем меньше внимания было уделено процессу восстановления «мостиков» в кератине волоса, тем больший урон будет нанесен шевелюре, и, соответственно, выглядеть она будет хуже. Завитые устаревшими «ядерными» препаратами пряди нередко выглядят безжизненными, спутанными, неряшливыми.

Технологии развиваются, и в XXI веке леди могут обратить свое внимание на многочисленные типы щадящих завивок, препараты для которых разрабатывают ведущие косметические компании мира. Например, крайне популярна сейчас цистеиновая завивка волос. При ее использовании родственный волосу аминокислотный компонент цистеин мягко и прицельно разрушает серные мостики, ответственные за структуру волос, и помогает им правильно «срастись», приняв новую форму. Цистеиновую завивку называют еще «биозавивкой» и она уже много десятилетий известна в азиатских странах, однако до европейской части света дошла сравнительно недавно.

Впервые биозавивка появилась в 1999 году, и интерес к ней сразу начал расти. Принцип действия такой завивки отличается от химической тем, что её основной компонент цистин не разрушает структуру волос, а напротив, укрепляет её.

Цистин — это биологический белок, имеющий аналогичную структуру с белком человеческого волоса. В результате процедуры биозавивки волосы наполняются белком, улучшается их структура, и они лучше выглядят. Биозавивка может применяться к любым волосам — окрашенным или повреждённым, однако лучший результат получается всё-таки на натуральных волосах.

Биозавивка стойко держится около шести месяцев. Волосы при этом сохраняют свою структуру, цвет и блеск, локоны остаются прочными и одновременно мягкими, а за счёт кондиционирующего эффекта выглядят свободными, естественными и привлекательными.

В чем отличия биозавивки от химической завивки волос

В чём же основные отличия биозавивки от химической завивки, которую даже называли «классической»? Помимо того, что биозавивка содержит цистин, в ней отсутствуют такие агрессивные компоненты, как аммиак и тиогликолиевая кислота. Именно эти вещества заставляют волосы менять структуру в процессе химической завивки, попутно оказывая на них разрушающее воздействие.

Процесс биозавивки по своей структуре схож с химической завивкой, однако их действие в корне различно. В основе процесса биозавивки лежит действие цистеамина хлоргидрата, органического белка. Этот природный белок не только не разрушает структуру волос, но и оказывает им помощь.

Поэтому можно спокойно завивать волосы и не бояться иссушающих и губительных воздействий. После процедуры биозавивки не следует мыть голову и пользоваться феном хотя бы двое суток, иначе эффект не успеет закрепиться, и начнётся его преждевременное разрушение.

Сегодня бренды, которые специализируются на выпуске средств для завивки, предлагают нам новейшие разработки, которые позволяют сделать сам процесс завивки более деликатным и качественным.

В распоряжении современного «цирюльника» целый арсенал чудо средств, при помощи которых профессиональный мастер превратит ваши абсолютно прямые волосы в очаровательные локоны и кудряшки.

В случае, если вы решили сделать завивку волос, необходимо помнить, что доверить столь ответственную процедуру лучше специалисту в салоне, а не соседке Ленке из 10-ой квартиры, которая на досуге промышляет наращиванием ногтей и стрижкой своих домочадцев.

В современных салонах выбор средств для завивки волос настолько велик, что подобрать средство, которое подойдет именно вашему типу волос, профессиональному парикмахеру не составит никакого труда.

В настоящее время существует масса средств специально разработанных с учетом их применения на разных типах волос, а также средства, специально разработанные для мелированных, обесцвеченных или окрашенных волос. В составе таких средств можно

обнаружить кератин и протеины шелка. Подобные средства для химической завивки не только не навредят вашим волосам, но, напротив, сделают их блестящими и натурально мягкими.

Следует помнить, что перед тем как отправиться в салон с намерением создать пленительные кудряшки, не лишним буде заглянуть в «календарь», ведь на результат химической завивки, равно как и на окрашивание волос могут оказать негативное влияние критические дни, прием антибиотиков и просто плохое настроение.

Распространение инфекций на Шелковом пути: Значение культурных обменов в области алхимии и дальнейшего развития химии. Часть II

Это четвертая статья из серии о том, как на протяжении всей истории общество реагировали на болезни на Шелковом пути и как нам следует подходить к новым подобным вызовам в настоящее время. Великий Шелковый путь свидетельствует о преимуществах взаимосвязанного мира, построенного на сотрудничестве и своевременном надежном обмене знаниями. Эта статья из двух частей описывает практику алхимии как предвестника развития научной дисциплины «химия», которая, в свою очередь, является важным элементом медицинских наук. При этом она определяет роль Шелкового пути в содействии становлению невероятного периода науки, в частности, в области медицинских наук, в VIII-IX веках нашей эры.
За пределами многих ведущих многонациональных городов, расположенных на Шелковом пути, истоки знаний в области фармакологии и химии лежат в разных регионах Средней Азии, богатых природными месторождениями металлов, необходимых для проведения экспериментов в алхимии. Широко разрабатывались месторождения сырья — свинца, серебра, золота в Фергане и Согдиии, красной соли в Шахри-Сабзском регионе (на территории современного Узбекистана). Наличие этих природных ресурсов послужило основой для изучения алхимии и химии, передавая в регионы Шелкового пути в лаборатории алхимиков. Из этого региона важными археологическими находками являются аптечные магазины и химические лаборатории, относящиеся к концу VIII века н.э. к раскопкам в Пайкенте, Бухара, на территории современного Узбекистана. Здесь были обнаружены различные инструменты и связанные с ними технологии, многие из которых использовались в химическом приготовлении лекарств, таких как печи, ручная мельница, стеклянные сосуды, керамические миски, ценные предметы, которыми часто обменивались на Шелковом пути.  Многие из этих стеклянных сосудов были одними из видов аппаратов, используемых для химической дистилляции, известных как аль-анбик, откуда мы и получили название аппарата для дистилляции, который использовался на протяжении всей средневековой истории под названием «алембик». Кроме того, в этих аптеках и лабораториях было обнаружено небольшое количество воска — вещества, широко используемого в восточной медицине в качестве компонента лекарственных мазей.
Действительно, многие научные тексты, касающиеся значения алхимии и химии, отражали ее высокий статус в медицинских науках того времени. Например, Абу Наср Мохаммад аль-Фараби (ум. в 950 г. н.э.), чей трактат «О потребности в искусстве химии» был переведен на латинский язык в Европе в XII в. н.э. Это энциклопедическое произведение сыграло значительную роль в развитии европейской и восточной медицины. Писатель-политолог и плодовитый писатель Авиценна (980-1037) в своем труде «Книга исцеления» (Китаб-аш-Шифа) пересмотрел древние аристотелевские принципы, касающиеся происхождения металлов и минералов. Он считал, что теоретические основы древней восточной медицины лежат в принципах мизажа, или смешанной природы веществ, в том числе лекарств, отражающих свойства тепла, холода, сухости и сырости. Подобно текстам, написанным в золотой век ислама, труды, созданные в Европе в эпоху Возрождения XII века н.э., опирались на синтез, посредством перевода средневековых исламских сочинений, существующей науки и ее сочетание с философией Аристотеля и новыми исследованиями. В развитии ранней современной науки в XVI в. эти ранние труды по алхимии и химии легли в основу базовых лабораторных методик, теории, терминологии и экспериментального метода, некоторые из которых имеют сходство с использующимися по сей день.
Со временем трансформация и эволюция алхимии привели к более глубокому пониманию современной химии, фармакологии и фармацевтики. Ранние исследования в области алхимии, с их попытками понять взаимодействие и процесс различных материалов, извлечь химические вещества из природных ресурсов и синтезировать существующие знания на Шелковом пути, заложили большую часть фундамента современной науки химии. Благодаря коммуникационным сетям на Шелковом пути алхимики получили доступ к огромному количеству природных ресурсов, включая металлы и минералы, предметы для экспериментов, такие как стеклянная посуда и керамика, а также к обширной сети информации, доступной благодаря переводу. Это позволило создать плюралистические исследовательские структуры в весьма благоприятных условиях для научных исследований и передачи знаний через посредством обмена.
Сегодня Шелковый путь является поучительным примером того, что человеческое движение, обмен и взаимосвязь — это не только современный феномен. Действительно, когда речь идет о развитии науки и технологии, мы занимаем не изолированные, а общие и взаимозависимые миры, которые процветают благодаря взаимодействиям, позволяя широко распространять знания. Программа ЮНЕСКО «Шелковый путь» поощряет эту уникальную историю культурных обменов и диалога, которая на протяжении тысячелетий создала связи между народами и стимулировала инновации и развитие во всех областях науки, а также во многих других сферах, обеспечивая основу для встреч и обменов в современном мире.  

Вторичная структура белка в шелке

В древнем мире было множество торговых путей. Самый посещаемый и культурно значимый из них назывался Шелковый путь. Шелковый путь пролегал из китайского города Чанъань через Индию в Средиземное море и Египет. Причина того, что Шелковый путь имел такое культурное значение, заключалась в том, что он преодолевал большие расстояния. По сути, весь древний мир был связан одним торговым путем.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) : шелкопряды

По дороге торговали многими вещами, в том числе шелком, специями, рабами, идеями и порохом.Шелковый путь оказал поразительное влияние на создание многих обществ. Он смог принести экономическое благополучие в районы вдоль маршрута, а новые идеи распространились на большие расстояния и повлияли на многие вещи, включая искусство. Примером этого является буддийское искусство, которое было найдено в Индии. Картина имеет много западных влияний, которые можно идентифицировать в ней, например, реалистичную мускулатуру людей, которых рисуют. Кроме того, торговля порохом на Западе помогла повлиять на войну и, в свою очередь, сформировала современный мир.Настоящая причина возникновения Silk Road заключалась в продукте, от которого он получил свое название: Silk.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \) . Сухопутный путь в Красном, Морской путь в Синем

Шелк был удостоен награды Королей и Королев как Европейского, так и Ближневосточного общества. Шелк показал, что правители обладали властью и богатством, потому что шелк было нелегко достать, а потому определенно стоил недешево. Шелк был впервые разработан в Китае, и его производили путем сбора коконов тутового шелкопряда.Сам шелк называют натуральным белковым волокном, потому что он состоит из ряда аминокислот во вторичной структуре белка. Вторичная структура шелка — это бета-гофрированный лист. Первичная структура шелка содержит аминокислоты глицина, аланина, серина в определенном повторяющемся образце. Эти три аминокислоты составляют 90% протеина шелка. Последние 10% состоят из аминокислот глутаминовой кислоты, валина и аспарагиновой кислоты. Эти аминокислоты используются в качестве боковых цепей и влияют на такие вещи, как эластичность и прочность.они также различаются у разных видов. Бета-складчатый шелковый лист соединен водородными связями. Водородные связи в шелке образуют бета-складчатые листы, а не альфа-спирали из-за того, где возникают связи. Водородные связи переходят от амидных атомов водорода в одной белковой цепи к соответствующему карбонильному кислороду на другом пути. Это контрастирует с альфа-спиралью, потому что в этой структуре связи переходят от амида к карбонильному кислороду, но они не являются смежными.Карбонильный кислород находится в аминокислоте, которая находится на четыре остатка раньше.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Параллельные и антипараллельные листы

Silk — отличный пример бета-гофрированного полотна. Образование вторичной белковой структуры в шелке позволяет ему иметь очень высокую прочность на разрыв. Шелк также помог сформировать один из величайших торговых маршрутов в истории, позволяющий обмениваться идеями, продуктами и культурами, продвигая вовлеченные общества.

Подробнее об альфа-спиралях и бета-листах

Особенно важной конформацией полипептидной цепи является спиральная структура, показанная на рисунке 1. Это называется α спираль . Многие волокнистые белки, такие как волосы, кожа и ногти, почти полностью состоят из α-спиралей. В глобулярных белках, хотя общая структура более сложна, короткие отрезки цепи часто имеют такую ​​конфигурацию. В спирали полипептидная цепь закручена в правую спираль — цепь поворачивается по часовой стрелке при движении по ней.Спираль удерживается вместе водородными связями от амидогруппы () одной пептидной связи до карбонильной группы пептидной связи на три остатка дальше по цепи. Два фактора способствуют тому, чтобы сделать эту конструкцию особенно устойчивой. Один из них — это участие всех групп и в цепи в водородной связи. Спирали с немного большей или меньшей закруткой не допускают этого. Второй фактор — это то, как боковые цепи выступают наружу от α-спирали. Таким образом, объемные боковые цепи не мешают водородным связям, что позволяет сформировать довольно жесткий цилиндр.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \) . Бета-лист шелка

Второе регулярное расположение полипептидной цепи — это β-лист , β-кератиновая структура, обнаруженная в шелке и показанная на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). Как и в α-спирали, эта структура позволяет всем амидо и карбонильным группам участвовать в водородных связях. Эта структура водородных связей может быть реализована двумя способами: параллельным или антипараллельным β-листом, которые сравниваются на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).Шелк содержит как антипараллельное, так и параллельное расположение бета-листов.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): параллельные и антипараллельные листы

Однако, в отличие от α-спирали, боковые цепи сжаты довольно близко друг к другу в виде складчатых листов. Как следствие, очень громоздкие боковые цепи делают конструкцию нестабильной. Это объясняет, почему шелк почти полностью состоит из глицина, аланина и серина, трех аминокислот с наименьшими боковыми цепями.Некоторые виды тутового шелкопряда производят различное количество объемных боковых цепей, но эти шелка не так ценятся, как шелковичный шелкопряд (который не имеет объемных белков), потому что шелк более слабый и не имеет такой прочности на разрыв. Большинство других образовавшихся белков содержат гораздо более бессистемный набор аминокислотных остатков.

Из ChemPRIME: 20.14: Вторичная структура белка

Авторы и авторство

Spider Silk

Spider Silk

Химическая структура

Шелк драглайна Золотого Плетения Сфер
паук наиболее изучен в научных исследованиях.Паучий шелк — это
природный полипептид, полимерный белок и находится в группе склеропротеинов, которые
также включает коллаген (связки) и кератин (ногти и волосы).
Все это белки, обеспечивающие структуру. Белок в драглайне
шелк фиброиновый (M _r 200000-300000)
который представляет собой комбинацию белков спидроина 1 и спидроина 2.
точный состав этих белков зависит от факторов, включая виды и
рацион питания. Фиброин состоит примерно из 42% глицина и 25% аланина.
основные аминокислоты.Остальные компоненты — это в основном глутамин, серин,
лейцин, валин, пролин, тирозин и аргинин. Спидроин 1 и спидроин 2
различаются в основном содержанием пролина и тирозина.

аланин глицин

Структура спидроина

Спидроин
содержит полиаланиновые области, где от 4 до 9 аланинов связаны вместе в
блокировать.В
эластичность паучьего шелка обусловлена ​​богатыми глицином участками, в которых последовательность
пять аминокислот непрерывно повторяются.
А 180
поворот (b-поворот)
происходит после каждой последовательности, в результате чего получается b-спираль.
Захватывающий шелк, самый эластичный вид, в среднем содержит около 43 повторов.
и может продлить на 2-4
раз (> 200%)
его первоначальная длина, тогда как шелк драглайна повторяется только около девяти раз и
может выдвигаться только примерно на 30% от своей первоначальной длины.
Есть также повторяющиеся сегменты, богатые глицином, которые состоят из трех
аминокислоты. Эти
поворачивайте после каждого повтора, чтобы получилась плотная спираль и может действовать как переходный
структура между полиаланиновой и спиральной областями.

Структура
из паучьего шелка

жидкий допинг — это жидкокристаллический раствор, в котором молекулы белка могут перемещаться
свободно, но сохраняется некоторый порядок в том, что длинная ось молекул лежит
параллельно, что приводит к некоторым кристаллическим свойствам.
Считается, что молекулы спидроина свернуты в виде стержней.
структуры в растворе, а затем разматываются, образуя шелк.

Рисунок
из справочника 2

Во время
их прохождение через сужающиеся трубки к фильере приводит к белковым молекулам.
выравнивание и частичная кристаллизация происходит параллельно оси волокна.
Это происходит за счет самосборки молекул, в которых полиаланин
области соединяются вместе водородными связями, образуя складчатые В-листы
(высокоупорядоченные кристаллические области).
Эти b-листы
действуют как поперечные связи между молекулами белка и придают высокую прочность на растяжение
сила на шелке.

Это
Не случайно, что основные аминокислоты в паучьем шелке — это аланин.
и глицин. Они самые маленькие
две аминокислоты и не содержат объемных боковых групп, поэтому могут упаковываться
плотно соединены друг с другом, что упрощает образование кристаллических областей.

кристаллические области очень гидрофобны, что способствует потере воды во время
затвердевание паучьего шелка.
Это также объясняет, почему шелк такой нерастворимый —
воды
молекулы не могут проникнуть через b-листы с сильными водородными связями.

богатые глицином спиральные области спидроинового агрегата с образованием аморфных областей и
это эластичные области паучьего шелка.
Также были обнаружены менее упорядоченные кристаллические области, богатые аланином.
и они, как думают, соединяют b-листы
к аморфным областям.
В целом обобщенная структура
паучьего шелка считается кристаллическими областями в аморфной матрице.
Кевлар имеет аналогичную структуру.

Это
не совсем понятно, как белковые молекулы выравниваются и подвергаются самосборке
для образования шелка, но это может включать возникающие механические силы и силы трения
при прохождении пауков через органы вращения.

Изображение
из справочника 10

розовые блоки очень упорядочены
а желтые области — менее упорядоченные кристаллические области.

Технология Activated Silk ™: что это такое и как работает

Когда просят описать жидкость
шелк, который мы создаем и с которым работаем в Evolved By Nature, ответ зависит от того, с кем
вы спрашиваете. Наш эксперт по текстилю может сказать: «Технология, которая делает любой
ткань более удобная ». Один из наших химиков может назвать аминокислоты, которые образуют
химическая структура протеина шелка; другой может вникнуть в
мельчайшие детали молекулярного кроя, которые придают нашему шелку широкий диапазон
Приложения.

Они все правы: Activated Silk ™, наша платформа для зеленой химии,
это чистый жидкий протеин шелка, который мы получили из натуральных коконов и
сконфигурирован более чем 75 запатентованными способами, чтобы сделать все, от создания
одежда более впитывает влагу
сохраняя вашу кожу более увлажненной.

Все, что мы делаем, начинается с фиброина, белка, придающего шелку характерную прочность. Фиброин необычайно универсален, поэтому, как только мы его изолировали и сжижали, мы получили отличную отправную точку.Но Activated Silk — это больше, чем бочка сжиженного фиброина — это платформа для молекулы, которую можно преобразовать для использования в огромном количестве приложений.

Основной химический состав активированного шелка

Как мы используем один и тот же белок, чтобы делать вещи, которые кажутся противоположными друг другу, например, поглощать влагу и отталкивать ее? Подумайте о молекуле фиброина как о цепочке сегментов. Теперь представьте, что эта цепь состоит из метра веревки, за которым следует метр ленты, за которым следует еще один метр веревки и так далее.Благодаря молекулярному свойству, известному как самосборка, молекула фиброина имеет тенденцию располагаться определенным образом. В частности, сегменты ленты молекулы фиброина захотят соединиться (потому что именно так ведет себя лента, как знает любой, кто пытался обернуть подарок), в то время как сегменты веревки не захотят сходиться вместе (потому что это как ведет себя веревка, поэтому мы должны завязать веревку узлами, когда мы хотим, чтобы она связалась сама с собой). Это основная молекула.

Оттуда мы разрезаем ленты и
связывается разными способами, поэтому молекулы объединяются по-разному.
конфигурации. Мы можем подвергать его разным температурам; мы могли бы использовать
определенный вид соли; мы могли бы добавить кислоту или основание природного происхождения. Все
эти техники изменят способ соединения лент и веревок — или
не объединяются — придают основной молекуле разные свойства, так что мы
может использовать его разными способами.

Одна из разновидностей молекулы может
положить часть «веревки» снаружи, чтобы она впитывала воду, которая давала бы ей
впитывающие свойства при нанесении на ткань.Другой вариант может поставить
«Скотч» снаружи, благодаря чему он отталкивает воду, поэтому все, что он обрабатывает,
быть водонепроницаемыми. Это все тот же белок, но мы заставили его вести себя
по-разному в зависимости от того, что мы с ним делаем. Фиброин гибок в том, как вы
этого не наблюдается со многими другими белками, поэтому нам так интересно работать
с. (Эта гибкость распространяется и на способ ее применения. Добавление активировано
Шелк для текстильного производственного процесса так же прост, как замена нынешнего
отделка ванны нашим раствором).

Body Chemical

Но большие результаты окружают
жидкий шелк — вот что нас действительно волнует. Сейчас мы сосредоточены на использовании
Активированный шелк для замены вредного
химикаты для отделки текстиля, которые являются стандартными в индустрии моды. Отделочные работы по текстилю придают одежде уверенность.
желаемых качеств, но обычная химическая отделка,
включены практически в каждый предмет одежды, которую вы носите, не обязательно
безопасно для вас или окружающей среды. Только один пример: использовано запатентованное химическое вещество.
на вискозной одежде, которая помогает отводить влагу от тела пользователя, указана
компания, которая делает его потенциально вызывающим рак при вдыхании.Создатель
химикат также советует рабочим избегать контакта с
их кожа. Даже химические вещества, не вызывающие видимого раздражения, могут иметь сильные
последствия. Немного текстильной отделки
химические вещества, такие как бромированные фенолы, изучаются как эндокринные разрушители,
это означает, что они могут попасть в класс химических веществ, которые имитируют естественные
происходящие гормоны, изменяющие все, от нашего репродуктивного здоровья до нашего
метаболизм. И даже если вам удастся полностью отказаться от химикатов для отделки текстиля, эти вещества
попадают в наши водные пути через системы сточных вод.Эта вода попадает в некоторые продукты
мы едим, а это означает, что даже самые прилежные потребители
эти химические вещества в их теле.

Протеин шелка превосходит все эти
проблемы из-за его биосовместимости: люди вкладывают шелк в наши
тела на протяжении сотен лет.
Уберите серицин, и вы сделали еще один шаг, оставив вам шелковый
белок, безопасный для человеческого организма. Это означает, что это не
просто безопасно носить на коже, но также безопасно для всей планеты.Активирован
Шелк не загрязняет наши водные пути, как это делают обычные отделочники текстиля,
и поскольку мы получаем шелк из коконов, которые иначе были бы выброшены, наши
цепочка поставок имеет относительно низкое воздействие.

Мы называем Activated Silk платформой зеленой химии, но
также полезно думать об этом как о трамплине. Одна банка сжиженного
шелк обладает огромным потенциалом, меняя наш гардероб
влияет на здоровье человека, как мы заботимся о нашей коже,
даже так, как мы делаем ретушь в кабинете дерматолога. Мы хотим произвести революцию в доме невидимым, но решающим образом, создавая игрушки,
детская одежда, матрасы, постельное белье и обивка безопаснее для семей, а также
это просто приложения, которые уже находятся в разработке. Со временем и
дальнейшие исследования, Activated Silk может заменить нездоровый
химикаты в ассортименте продуктов, которые мы используем каждый день, от упаковки до бытовых
бытовая техника — все с минимальным воздействием на окружающую среду и без риска для здоровья человека. Мы
компания, конечно, но упоминание того, что мы делаем как «компания зеленой химии», делает акцент
на us , а не на том, что мы создали.Называя нашу работу платформой, мы фокусируемся на нашей цели: повышении уровня невредимости,
высокоэффективную химию, мы потратили годы на разработку и демонстрацию
возможности этой элегантной молекулы.

Криогенная вязкость натурального шелка и предполагаемое соотношение структура – ​​функция

rsc.org/schema/rscart38″> Натуральный шелк пауков и червей может дать ключ к пониманию биополимерных технологий. Никто бы не подумал, что пластичность и ударная вязкость при криогенных температурах будут среди их свойств.Здесь мы исследуем поведение и функции нескольких шелков животных, сосредоточив внимание на мультифибриллярных волокнах шелкопряда Antheraea pernyi , охлажденных до -196 ° C. По сути, на микро- и наноуровне внешний механизм упрочнения выровненных нанофибрилл шелкового протеина притупляет вершину трещины и отклоняет путь разрушения. На молекулярном уровне внутренний механизм упрочнения внутри каждой нанофибриллы можно объяснить высокой степенью ориентации как упорядоченных, так и неупорядоченных цепных доменов.Мы предполагаем, что высоко выровненная, но относительно независимая нанофибриллярная структура позволяет активировать частично замороженную молекулярную цепь при криогенной температуре, чтобы вызвать притупление трещин, позволить фибриллам соскользнуть и облегчить эффективное разворачивание молекулярных цепей фиброина шелка, таким образом предотвращая или задерживая хрупкое разрушение. всего волокна. Исследованные шелка пауков и шелковицы продемонстрировали сопоставимые функциональные механизмы. Мы предполагаем, что наше исследование приведет к разработке и производству новых семейств жестких структурных композитов с использованием натурального шелка или волокон на основе шелка для тестирования приложений даже в арктических или даже в космических условиях.

Эта статья в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент…

Что-то пошло не так. Попробуйте еще раз?

Стратегия химии коконного шелка для ультратонких углеродных нанолистов с примесью азота с металлическими одноцентровыми катализаторами

Концепция и процедура стратегии химии коконного шелка

Наша стратегия химического синтеза коконного шелка для Co-ISA / CNS состоит из четырех этапов: (i ) рафинирование коконов; (ii) регенерация фиброина шелка; (iii) пиролиз с участием солей; и (iv) кислотное травление (рис.1а). Этот синтез основан на использовании химии, богатой аминогруппами, и ламеллоподобной листовой структуры фиброина шелка для закрепления одиночного атома кобальта и одновременного построения двумерной морфологии. Фиброин шелка был впервые экстрагирован из коконов Bombyx mori с помощью модифицированной процедуры рафинирования ⁵⁹ . Затем рафинированный фиброин шелка растворяли в концентрированном водном растворе соли кобальта и цинка. За счет самосборки гидрофобных и гидрофильных блоков фиброин шелка впоследствии реструктурировался в регенерированный фиброин шелка (дополнительный рис.1). Традиционная полностью водная экстракция может преобразовать натуральное шелковое волокно в пластинчатую слоистую структуру с содержанием β-листовых кристаллов. Регенерированный фиброин шелка демонстрирует геометрически пластинчатую двумерную морфологию (дополнительный рис. 2) с богатым химическим составом и высоким содержанием азота 20,47 мас.% (Дополнительный рис. 3). Одновременно большое количество ионов кобальта и цинка внедрялось в пространство слоя или абсорбировалось на поверхности слоя регенерированного фиброина шелка и прочно закреплялось в уникальном каркасе-предшественнике за счет сильного взаимодействия с аминогруппами.Избыточные соли металлов не только способствуют растворению натурального шелка, но также создают гиперсоленые условия и действуют как эффективные активирующие агенты или порогены в процессе пиролиза. После пиролиза при 900 ° C слоистая биополимерная пленка была преобразована in situ в двумерные пористые углеродные нанолисты, легированные азотом, в то время как богатые аминогруппы были разложены до частиц азота, вставленных в углеродный скелет, чтобы предотвратить агрегацию и миграцию ранее включенных ионов кобальта. , в результате чего изолированные одиночные атомы кобальта.Наконец, Co-ISA / CNS был получен путем кислотного выщелачивания для удаления растворимых солей и образованных наночастиц кобальта.

Рис. 1

Синтез и характеристики катализатора Co-ISA / CNS. a Иллюстрация предлагаемых механизмов формирования. b ТЕМ-изображение. Масштабная шкала 500 нм. c HRTEM изображение. Масштабная шкала 10 нм. d Элементное отображение EDX. e Изображение HAADF-STEM с исправленной аберрацией. Масштабная линейка, 2 нм

Диаграмма порошкового рентгеновского дифрактометра (XRD) (дополнительный рис.4а) Co-ISA / CNS демонстрирует широкий графитовый пик (002) около 2θ = около 26 °, который принадлежит гексагональной структуре сопряженного углерода. Не было характерных пиков кристаллов металлического Со, что свидетельствует о том, что изолированные крупные металлические наночастицы были полностью удалены кислотным травлением. Изображения, полученные с помощью автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии с малым увеличением (FESEM) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM) (дополнительный рис. 4b, e), показывают, что Co-ISA / CNS представляет собой геометрически пластинчатую 2D структуру с однородной морфологией и большой плоской площадью , и никаких других конфигураций углерода не наблюдается.Дополнительный рис. 4c, d дополнительно демонстрирует очень гибкую и марлевидную морфологию Co-ISA / CNS. На рис. 1b и дополнительном рис. 4f отчетливо видна особенность прозрачности, которая принадлежит к фундаментальной общей характеристике ультратонких 2D графеноподобных наноструктур этого типа. Кроме того, на изображениях ПЭМ четко видна непрерывная двумерная пористая сеть. На изображении, полученном с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМВР) высокого разрешения (рис. 1с), видны нерегулярные полосы, соответствующие нескольким слоям графена. Также можно обнаружить количество неупорядоченных пор диаметром 3–4 нм, при этом частицы кобальта отсутствуют. Анализ картирования с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) (рис. 1d) предполагает, что Co, N и C равномерно распределены по всему углеродному нанолисту. Содержание Co было определено как около 0,6 мас.% Методом оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) (дополнительная таблица 1). Атомно-диспергированные одиночные атомы Co можно четко выделить как более яркие пятна на углеродном нанолисте, легированном азотом, на изображении, полученном с помощью высокоугловой кольцевой сканирующей электронной микроскопии в темном поле с коррекцией аберраций (HAADF-STEM) (рис.1д). Несколько одиночных атомов Со были обведены красным кружком для внимательного наблюдения.

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) показывает три очевидных характерных пика элементов C, N и O, а также четкий спектр Co 2p с высоким разрешением (дополнительный рис. 5). Спектр деконволюции основных уровней области N 1 s (дополнительный рис. 5b) состоит из двух сильных пиков при 400,6 и 398,4 эВ, соответствующих пирроловому N и пиридиновому N, соответственно, с содержанием N 9,2 мас. %. Рамановский спектр (дополнительный рис.6) представлены два очевидных сигнала на 1335 и 1593 см ^-1 , которые относятся к полосам D и G соответственно. Наблюдаемая полоса G указывает на типичную sp ² -гибридизированную углеродную сеть, в то время как широкая полоса D с относительно высокой интенсивностью указывает на сильно дефектную структуру Co-ISA / CNS. Кроме того, графеноподобный Co-ISA / CNS демонстрирует высокую удельную поверхность с пористой структурой (дополнительный рис. 7). Двумерная пористая природа Co-ISA / CNS вызвала большую удельную поверхность Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) 2105 м ² г ^-1 , что было сравнимо с теоретическим значением однослойного графена (2630 м ² г ⁻¹ ).Согласно расчетам, преобладающее распределение пор по размерам составляет примерно 3,4 нм с высоким общим объемом пор 1,7 см ³ г ^-1 .

Элемент-селективные измерения тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей (XAFS) на K-крае Co были выполнены для дальнейшего исследования химического состояния и координационного окружения частиц Co на атомном уровне. Результаты показывают, что частицы Co присутствуют в форме отдельных дисперсных одиночных атомов Co и стабилизированы азотом в атомной структуре CoN ₄ .На рис. 2а показаны нормированные кривые поглощения рентгеновского излучения вблизи краевой структуры (XANES) для K-края Co для Co-ISA / CNS вместе с Co-фольгой, CoO и Co ₃ O ₄ эталонов. Co-ISA / CNS, значительно отличающийся от эталонных, представил относительно гладкий профиль XANES. Положение края поглощения Co-ISA / CNS, расположенного между краями CoO и Co ₃ O ₄ , ясно демонстрирует уникальную электронную структуру с положительными зарядами в валентном состоянии Co ^{δ +} (2 <δ < 3), в основном за счет легирования азотом.Более того, пик перед краем при 7709,6 эВ вызван переходом 1 s -4 p _z , индексируя отпечаток Co – X ₄ координации (здесь X = N). Как показано на рис. 2b, Co-ISA / CNS демонстрирует основной пик при 1,41 Å, который короче, чем пик Co-O при 1,71 Å в CoO и 1,51 Å в Co ₃ O ₄ , и, таким образом, может быть приписывается обратному рассеянию между Co и легкими атомами, что соответствует первой координационной оболочке Co-N / C. Напротив, основной пик для фольги Co наблюдается на 2.20 Å, что можно отнести к металлической координации Co-Co. Пик металлического Co-Co для Co-ISA / CNS незначителен, и никаких других пиков с высокой оболочкой не обнаружено. Этот результат предполагает, что атомы Co в Co-ISA / CNS атомарно диспергированы. Кроме того, вейвлет-преобразования (WT) осцилляций расширенной тонкой структуры поглощения рентгеновского излучения (EXAFS) Co K-края также хорошо демонстрируют атомную дисперсию частиц Co в Co-ISA / CNS. Как показано на рис. 2c, на контурных диаграммах WT Co-ISA / CNS присутствует только один максимум интенсивности на 4.0 Å ^-1 , который может быть отнесен к координации Co − N / C, и не наблюдается максимума интенсивности, связанного с координацией Co − Co, по сравнению с таковой для фольги Co, CoO и Co ₃ O ₄ Рекомендации. Координационная конфигурация атома Co для Co-ISA / CNS была исследована с помощью количественного анализа аппроксимации кривой EXAFS (рис. 2d, e). Наиболее подходящие анализы ясно показывают основной пик, происходящий от координации первой оболочки Co-N, который, очевидно, отличается от такового для фольги Co (дополнительный рис.8). Расчетное координационное число центрального атома Со составляет около 4, а средняя длина связи Co-ISA / CNS составляет 1,98 Å (дополнительная таблица 2). Таким образом, основываясь на результатах экспериментальных спектров и хорошо подобранной подгонке EXAFS, модель локальной атомной структуры Co-ISA / CNS может быть идентифицирована, как показано на вставке на рис. 2e, где один атом Co координирован четырьмя атомами N ( CoN ₄ ) в углеродной матрице. Однако необходимо отметить, что пиролитические углеродсодержащие материалы, преобразованные из металлсодержащих предшественников, обычно могут доставлять различные металл-азотные фрагменты (MN _x , x = 0, 1, 2, 3 и 4) в углеродных решетках, вызванных беспорядком, краем и атомной вакансией в плоскости во время процесса термической обработки при высокой температуре. Кроме того, трудно полностью исключить существование других металл-азотных фрагментов на основе современной экспериментальной технологии определения характеристик. Поэтому мы выполнили DFT-расчеты энергий образования различных возможных структур, чтобы проверить стабильность CoN _x ( x = 0, 1, 2, 3 и 4) и выяснить, есть ли CoN _3. , CoN ₂ , CoN или CoC, присутствующие в углеродной матрице. Расчеты DFT проводились в соответствии с модифицированной процедурой, основанной на описанной в работе Deng ⁴¹ , а подробные методы и результаты суммированы на дополнительном рис.9. После сравнения энергий образования различных структур очевидно, что фрагмент CoN ₄ является наиболее стабильным соединением среди структур MN _x . Поэтому мы предполагаем, что фрагменты CoN ₄ являются наиболее возможными атомными структурами для частиц Co и служат в качестве доминирующих активных центров в катализаторе Co-ISA / CNS.

Рис. 2

Синхротронное измерение XAFS для катализатора Co-ISA / CNS. a Co K-edge XANES-спектры катализатора Co-ISA / CNS и контрольных образцов. b с преобразованием Фурье (FT) k ³ -взвешенная χ ( k ) -функция спектров EXAFS для K-края Co. c Вейвлет-преобразования для k ³ -взвешенных сигналов EXAFS. d , e Соответствующие кривые подгонки EXAFS в пространстве k и R соответственно, вставка, показывающая схематическую модель

Благодаря умелому использованию преимуществ химии, богатой аминогруппами, и ламеллоподобной структуры листа фиброина шелка , катализаторы Co-ISA / CNS успешно синтезированы впервые.Установлено, что регенерированный предшественник фиброина шелка играет решающую роль в формировании листовой 2D-структуры. При замене предшественника фиброина шелка меламином идентичная обработка приводит к получению гибрида трубчатой ​​1D углеродной микроструктуры и наночастиц Co (дополнительный рисунок 10), в котором наночастицы Co плотно инкапсулированы множеством углеродных слоев и могут выжить при кислотном выщелачивании. процесс. Однако в случае регенерированного предшественника фиброина шелка их двумерный каркас слоистого типа может сохраняться в процессе пиролиза.Восстановленные наночастицы Co закрепляются на поверхности преобразованного углеродного слоя и могут быть удалены кислотным выщелачиванием.

Кроме того, мы также обнаружили, что стратегия химии коконного шелка оказывается универсальной в синтезе одноцентровых катализаторов Co с настраиваемой атомной локальной структурой центрального металла. Наши ранее опубликованные исследования показали, что определенное количество координационных связей между атомами азота и металлов в матрице пиролитического углерода может быть разрушено при повышении температуры пиролиза ⁶⁰ .Здесь мы синтезировали разные образцы при гораздо более высокой температуре пиролиза. Характеристики микроструктуры и XAFS-анализ (дополнительные рис. 11, 12, 13, 14) позволяют предположить, что оба образца демонстрируют сходную морфологию ультратонких 2D пористых углеродных нанолистов, легированных азотом, с атомно-диспергированными узлами Co. Доминирующие реакционные центры для одноцентровых катализаторов Co, полученных при 950 и 1000 ° C, идентифицированы как CoN ₃ и CoN ₂ , обозначенные как Co-ISA / CNS-3 и Co-ISA / CNS-2, соответственно.

Кроме того, настоящая стратегия химии коконного шелка также универсальна в синтезе пористых углеродных материалов со сверхвысокой удельной поверхностью. Как правило, для гетерогенных катализаторов крайне необходимы большие площади поверхности и большие объемы пор. Химическая активация с последующим процессом карбонизации широко применялась для получения таких материалов с использованием различных химических активирующих реагентов, обычно КОН, H ₃ PO ₄ или ZnCl ₂ и т.д. ^61,62 .Подход к активации ZnCl ₂ может обладать многими преимуществами низкой стоимости и незначительной эрозии. В процессе карбонизации соль ZnCl ₂ демонстрирует сильное взаимодействие или координацию с углеродным π-электронным организмом. При повышенной температуре, превышающей точку кипения ZnCl ₂ (756 ° C) ⁶² , он может полностью испаряться, при этом проявляется эффект травления связей C − C, оставляя многочисленные вакансии для атомов углерода и далее превращаясь в обильные нанопоры. .Таким образом, можно сделать вывод, что количество соли ZnCl ₂ , используемой в синтезе, имеет решающее влияние на текстуру синтезированного углерода. На дополнительных фиг. 15, 16 показаны характеристики микроструктуры катализаторов Co-ISA / CNS, синтезированных с уменьшенным количеством соли ZnCl ₂ (5,5 ммоль) и в отсутствие соли ZnCl ₂ , соответственно. Хотя типичная ультратонкая двумерная морфология может быть хорошо сохранена, оба образца имеют гораздо меньше нанопор. В частности, катализаторы Co-ISA / CNS, синтезированные без соли ZnCl ₂ , демонстрируют относительно гладкую поверхность, что свидетельствует об исчезновении плоской пористой структуры.Измеренные площади поверхности по БЭТ катализаторов Co-ISA / CNS, синтезированных с 5,5 ммоль и без соли ZnCl ₂ , составляют 1781 и 1061 м ² г ^-1 (дополнительный рис. 17).

Учитывая способность ряда солей металлов растворять фиброин шелка в водном растворе, мы распространили эту стратегию на другие предшественники металлов и успешно синтезировали семейство аналогичных M-ISA / CNS (M = Fe, Ni) в идентичных экспериментальных условиях. . Как показано на рис. 3a – d и дополнительном рис.18, 19, все они имеют аналогичную двумерную пористую пластинчатую морфологию с очень гибкими и прозрачными элементами. Рис. 3b, e показывает, что соответствующие элементы Fe и Ni равномерно распределены по всем ультратонким 2D пористым углеродным нанолистам с примесью азота, соответственно. Скорректированные по аберрации изображения HAADF-STEM (рис. 3c – f) и XAFS (дополнительные рис. 20, 21) дополнительно демонстрируют особенность изолированных одноатомных участков металла, закрепленных за углеродной матрицей. Следовательно, эта стратегия с использованием фиброина шелка очень эффективна и универсальна для изготовления изолированных одноатомных центров металла, нанесенных на двумерную пористую углеродную матрицу, что может открыть больше возможностей для одноцентровых катализаторов в широких областях применения.

Рис. 3

Характеристики микроструктуры и морфологии Fe-ISA / CNS и Ni-ISA / CNS. a — d Типичные изображения ПЭМ. Масштабная шкала 500 и 200 нм. b — e Соответствующее отображение элементов EDX. c — f Изображения HAADF-STEM с коррекцией аберрации. Масштабная линейка, 2 нм

Каталитические характеристики активации связи C-H

Наши каталитические измерения показывают, что синтезированные катализаторы Co-ISA / CNS могут проявлять высокую активность для прямого каталитического окисления бензола в фенол перекисью водорода при комнатной температуре. температура (25 ° С).На рисунке 4а представлено сравнение окисления бензола, катализируемого Co-ISA / CNS, фталоцианином кобальта (CoPc), наночастицами Co / углеродом с примесью азота (Co-NP) и углеродом с примесью азота (NC). Когда реакцию проводят над чистым NC (дополнительный рис. 22), конверсия бензола составляет всего 0,3%. Даже при загрузке некоторых разновидностей кобальта на носитель NC в форме наночастиц (дополнительный рис. 23) обнаруживается только 0,8% конверсия бензола. Однако при конструировании катализаторов Co-ISA / CNS конверсия бензола увеличивается до 68% с выходом фенола 61%.Насколько нам известно, представленные каталитические характеристики превосходят большинство результатов гетерогенных катализаторов, описанных в литературе ^{53,54,57,63,64} . Для сравнения: гомогенные катализаторы CoPc показывают конверсию бензола 1%. Катализаторы Co-ISA / CNS показывают частоту оборота 150 ч ^-1 для превращения бензола в течение начального 1 ч (дополнительный рис. 24). Более того, селективность фенола по отношению к катализаторам Co-ISA / CNS достигает 97% в течение начального 1 часа, но постепенно снижается с увеличением времени реакции и сохраняется на уровне 90% при увеличении времени реакции до 96 часов.Обнаружено, что побочным продуктом является гидрохинон, который чрезмерно окисляется из бензола в результате многократного окисления во время жидкофазного процесса реакции и аналогичен описанному в литературе ^63,64 . Кроме того, как показано на дополнительном рисунке 25, эффективность перекиси водорода по сравнению с катализаторами Co-ISA / CNS увеличивается с 1,1% до 4,7% в процессе каталитической реакции, что связано со скоростью разложения H ₂ O ₂ и скорость окисления бензола.Таким образом, очевидно, что Co-ISA / CNS может служить новым классом удивительных катализаторов для эффективного каталитического окисления бензола до фенола перекисью водорода при комнатной температуре.

Рис. 4

Каталитические характеристики и предлагаемый механизм. a Сравнение окисления бензола, катализируемого катализатором Co-ISA / CNS, CoPc, Co-NP и NC. b Эффективность рециркуляции катализатора Co-ISA / CNS. c , d Предлагаемый механизм активации и окисления бензола H ₂ O ₂ расчетами методом DFT над Co-ISA / CNS катализатором и Co-NP соответственно

Работа Бала продемонстрировала, что несколько параметров реакции, такие как температура реакции, состав реакционной среды, количество окислителя и тип катализатора могут иметь важное влияние на реакцию окисления бензола в жидкой фазе над гетерогенными катализаторами ⁵⁶ . Дополнительный рис. 26 предполагает, что реакция окисления бензола на катализаторе Co-ISA / CNS сильно зависит от температуры реакции. Когда реакция проводится при 0 ° C, катализатор Co-ISA / CNS может обеспечить конверсию бензола 14,3% через 24 часа, что выше, чем у 8,3% катализатора на основе Fe при идентичных условиях ¹⁸ , что свидетельствует о превосходных условиях. каталитическая производительность. С повышением температуры реакции конверсия бензола и выход фенола увеличиваются, но селективность фенола несколько снижается.На дополнительном рис. 27 показано влияние количества H ₂ O ₂ на окисление бензола над катализатором Co-ISA / CNS. Можно заметить, что увеличение количества H ₂ O ₂ приводит к более высокой конверсии бензола. Однако, когда количество H ₂ O ₂ было дополнительно увеличено до 7 мл, конверсия бензола немного снизилась. Дополнительный рис. 28 показывает, что растворители также могут играть очень важную роль в окислении бензола над катализатором Co-ISA / CNS. Среди растворителей ацетонитрил оказался лучшей реакционной средой, главным образом из-за его превосходной способности хорошо растворять субстратный бензол и предложить высокодисперсную систему для твердого катализатора. При взаимодействии в высокогидрофобном n -октане катализатор Co-ISA / CNS показал худшую активность. Чтобы понять взаимосвязь между структурой и активностью одноцентрового катализатора в исходном состоянии по отношению к реакции окисления бензола, мы также измерили каталитические характеристики еще двух образцов с различными координационными числами N в тех же условиях.Как показано на дополнительном рисунке 29, катализатор Co-ISA / CNS со структурой CoN ₄ достиг наивысшей каталитической активности по сравнению с Co-ISA / CNS-3 (CoN ₃ ) и Co-ISA / CNS-2. (CoN ₂ ). Предполагается, что возникающая в результате разница в каталитической активности связана с их структурной стабильностью в практических условиях реакции. В случае наиболее стабильной структуры CoN ₄ можно эффективно наращивать достаточное количество реакционных центров и поддерживать самый длительный срок службы, что может обеспечить наивысшую каталитическую активность. При активации связи C-H, катализируемой переходными металлами, образующиеся участки металла играют ключевую роль в достижении желаемой каталитической активности. Чтобы прояснить влияние металлических центров на каталитическую активность, для реакции окисления бензола также использовались катализаторы Fe-ISA / CNS и Ni-ISA / CNS. Как показано на дополнительном рис. 30, катализаторы Fe-ISA / CNS и Ni-ISA / CNS оказались намного менее активными, чем катализатор Co-ISA / CNS, что указывает на положительную роль центров Со.

В дополнение к замечательной каталитической активности, высокая стабильность при переработке и возможность повторного использования катализатора Co-ISA / CNS также являются достоинством, на которое стоит обратить внимание.Как показано на фиг. 4b, катализатор Co-ISA / CNS может быть легко переработан центрифугированием из раствора и повторно использован по крайней мере пять раз без очевидной потери активности и селективности. Характеристики микроструктуры и морфологии (дополнительный рисунок 31), а также спектр EXAFS (дополнительный рисунок 32) переработанного катализатора Co-ISA / CNS показывают, что их структурная целостность и стабильность остаются неизменными. Атомная дисперсия соединений Co хорошо сохраняется после повторяющихся опытов, и агрегации не наблюдается, что однозначно демонстрирует превосходную стабильность и способность к повторному использованию катализатора Co-ISA / CNS.

Чтобы лучше понять высокую каталитическую активность катализаторов Co-ISA / CNS, мы провели сравнительные DFT-расчеты механизмов реакции окисления бензола над наночастицами Co-ISA / CNS, CoPc и Co (Co ₆ кластер ). На рисунке 4c показан профиль свободной энергии и путь реакции окисления бензола на катализаторе Co-ISA / CNS. Обычно в пути реакции можно выделить две ключевые стадии, включая начальное образование активированных форм кислорода в результате разложения H ₂ O ₂ и последующее окисление бензола до фенола активированными формами кислорода.Процесс каталитической реакции происходит из-за адсорбции молекулы окислителя H ₂ O ₂ на единственном атомном сайте Co. Были предложены три модели адсорбции, и соответствующая энергия адсорбции показана на дополнительном рисунке 33. Интересно, что по сравнению с моделью a и b , здесь показано, что модель c показала самую низкую полную энергию (E _rel ), что указывает на наиболее устойчивую структуру. Результат предполагает, что адсорбция H ₂ O ₂ на единственном атомном сайте Co следовала пути, показанному в режиме c , т.е.Например, молекула окислителя H ₂ O ₂ была первоначально принята на единственном атомном участке Со, а затем легко диссоциировала, образуя промежуточное соединение Со = О и высвобождая одну молекулу воды. После этого другая молекула H ₂ O ₂ непрерывно усваивалась и диссоциировала на другой стороне атомной позиции Co, а затем устанавливался центр O = Co = O. Этот процесс является энергетически выгодным из-за предшествующей экзотермической стадии и умеренного энергетического барьера 0.86 эВ. Сгенерированный центр O = Co = O может представлять активированные формы кислорода, чтобы принять молекулу бензола через связь C – O, преодолевая энергетический барьер 0,77 эВ. Адсорбированный бензол впоследствии превращали в фенол за счет переноса атома Н от соседнего С к О с энергетическим барьером 0,77 эВ. После высвобождения фенола из активного центра сайт Co = O регенерировали в конце одного реакционного цикла. Энергетические барьеры, которые необходимо преодолеть для трех переходных состояний (TS1, TS2 и TS3), относительно низки, и весь путь реакции был рассчитан как экзотермический, что благоприятно для низкотемпературных реакций.

Предыдущие вычислительные и экспериментальные исследования, очевидно, показали, что частицы высоковалентного металла и оксо обычно служат реакционноспособными промежуточными продуктами при каталитическом окислении органических субстратов ⁶⁵ . В частности, для реакций C – H-окисления, опосредованных кобальтом, реакционноспособные промежуточные соединения часто связаны с формами кобальта (IV) –оксо ^66,67 . Однако трудно идентифицировать предложенные промежуточные соединения кобальт (IV) –оксо в каталитических условиях, и только в очень редких случаях удалось получить некоторые прямые спектроскопические характеристики. Чтобы исследовать как координационную среду, так и степень окисления центров кобальта в используемых катализаторах Co-ISA / CNS, сначала были выполнены измерения XAFS по K-краю кобальта. Как показано на дополнительном рис. 32, было обнаружено, что положение края находится на уровне 7721,64 эВ при A = 0,5 скачка края, что на ~ 0,84 эВ смещено в синий цвет по сравнению с описанными Co (III) -пероксокомплексами ⁶⁵ . Хотя наблюдаемый сдвиг энергии меньше, чем изменение валентности от Co (III) к Co (IV), он все же указывает на сильно окисленные участки кобальта.Кроме того, использованные катализаторы Co-ISA / CNS давали более высокую интенсивность белой линии, чем у свежих катализаторов Co-ISA / CNS, демонстрируя более положительное среднее состояние окисления центров кобальта в использованных катализаторах Co-ISA / CNS ²⁸ . Кривые EXAFS использованных катализаторов Co-ISA / CNS лучше всего моделировались с сайтами кобальта в примерно пятизначной координационной среде N / O. Эти результаты XAFS убедительно показывают, что активные центры кобальта в катализаторах Co-ISA / CNS образуются в виде квадратно-пирамидальной формы Co ^IV –O-подобных частиц ⁶⁵ .Этот вывод также хорошо подтверждается спектроскопией электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и анализом данных XPS образцов Co-ISA / CNS до и после обработки H ₂ O ₂ . Как показано на дополнительном рисунке 34a, спектр ЭПР катализатора Co-ISA / CNS с обработкой H ₂ O ₂ показывает сигналы при г = 6,6 и 2,01, что указывает на спин-квартет ( S = 3 / 2) основное состояние ^65,68 . Повышенные сигналы ЭПР можно отнести к вероятному образованию Co = O / O = Co = O, что приводит к смешению Co 3d с O 2p.Взаимодействие между атомными центрами Co и активированными формами кислорода будет улучшать незанятое состояние разновидностей Co из-за электроотрицательности кобальт-связывающих атомов O. На дополнительном рис. 34b представлены различные значения энергии связи Co 2p из свежих, обработанных H ₂ O ₂ и отработанных катализаторов Co-ISA / CNS на основе анализа XPS. Все спектры показывают одну пару пиков относительно Co 2p _3/2 и Co 2p _1/2 . Co 2p _3/2 свежих катализаторов Co-ISA / CNS происходит при 780.8 эВ, что немного выше, чем у Co ^II , но меньше, чем химическое состояние Co ^III . Интересно, что Co 2p _3/2 демонстрирует положительный сдвиг энергии ~ 1,1 эВ после обработки H ₂ O ₂ , что выше, чем значение химического состояния Co ^III в литературе ⁶⁹ . Таким образом, наши текущие результаты должны поддерживать участие центра O = Co = O как наиболее вероятного реактивного промежуточного соединения в этой реакции окисления, катализируемой кобальтом.

Для наночастиц Co принятый H ₂ O ₂ диссоциировал на два гидроксила, адсорбирующихся на двух соседних атомах Co (рис. 4d). После этого один гидроксил сместился на другой для взаимодействия, высвободив одну молекулу воды, эта реакция связывает переходное состояние и требует преодоления энергетического барьера 0,82 эВ (дополнительный рис. 35). При дополнительных элементарных реакциях был установлен центр O = Co = O на наночастицах Co. Однако последующая реакция окисления бензольного кольца является сильно эндотермической.Кроме того, на последних двух этапах требуется гораздо более высокий энергетический барьер, превышающий 1,0 эВ. Эти результаты затрудняют окисление бензола над наночастицами Co при низкой температуре. Дополнительный рис. 36 показывает, что окисление бензола на CoPc проходит аналогичный путь реакции, что и на Co-ISA / CNS, но молекула H ₂ O ₂ была первоначально диссоциирована на сайте Co с образованием промежуточного соединения OH-Co-OH. В системе H ₂ O ₂ -H ₂ O-CH ₃ CN промежуточное соединение OH-Co-OH было легко разрушено для наблюдения сильного образования пузырьков в практической реакции окисления, что свидетельствует о сильном склонность к саморазложению перекиси водорода вместо того, чтобы способствовать реакции гидроксилирования, которая может прервать следующие процессы и привести к дезактивации сайта Со. Следовательно, высокая активность окисления бензола в фенол по сравнению с катализатором Co-ISA / CNS может быть приписана внутренней координационной среде и атомной дисперсии частиц Co в Co-ISA / CNS, что обеспечивает новизну в пути реакции, намного превосходящую это по сравнению с традиционными гетерогенными катализаторами.

Химическая модификация шелковых волокон Bombyx mori виниловыми группами для тиол-еновой химии click | BMC Chemistry

Материалы

Свежие коконы шелкопряда Bombyx mori были получены из колледжа биотехнологии Юго-Западного университета.Безводный карбонат натрия (Na ₂ CO ₃ ), безводный хлорид кальция (CaCl ₂ ) и N , N -диметилформамид (DMF) были приобретены на Kelong Chemical Reagent Factory (Чэнду, Китай) и на уровне AR. Безводный этанол (CH ₃ CH ₂ OH, сорт AR) был приобретен у Chongqing Chuandong Chemical Group Co., Ltd. (Чунцин, Китай). Гидрохлорид 1-этил-3- (диметиламинопропил) карбодиимида (EDC) и N -гидроксисукцинимид (NHS) были приобретены в Solarbio (Пекин, Китай). Безводный диметилсульфоксид (ДМСО), дилаурат дибутилолова и гидрохинон были приобретены у Aladdin Industrial Co., Ltd. (Шанхай, Китай). 2-Изоцианатоэтилметакрилат (MOI) был приобретен у Meryer Chemical Technology Co., Ltd. (Шанхай, Китай). 1 H , 1 H , 2 H , 2 H -перфтордекантиол (PFDT) и 1 H , 1 H , 2 H , 2 H -перфтор-1-декантиол-1-декан (FTOH) были приобретены у Sigma-Aldrich (Сен-Луи, США).Во всех экспериментах использовалась сверхчистая вода (сопротивление> 18 МОм · см ^-1 ).

Препарат из обезвоженного волокна фиброина шелка

При подготовке к эксперименту коконов тутового шелкопряда Bombyx mori разрезали на куски размером с монету. Для удаления серицина эти кусочки кокона добавляли в 500 мл кипяченого раствора карбоната натрия (0,047 М) на 40 мин. Затем рафинированный фиброин шелка удаляли из кипящего раствора карбоната натрия и охлаждали путем трехкратной промывки в сверхчистой воде в течение 20 мин. Каждый цикл промывки проводили в 1 л сверхчистой воды в лабораторном стакане, используя стержень для перемешивания для циркуляции объема внутри стакана. После стирки излишки воды выдавливались из шелка, а дегуммированный шелк затем распределялся на чистом листе бумаги для печати, позволяя шелку высохнуть в вытяжном шкафу в течение ночи [10].

Химическая модификация мономером MOI

После высыхания фиброинов 0,1 г очищенных от слизи шелковых волокон погружали в 12 мл безводного ДМСО в атмосфере азота и 2.К этой безводной системе добавляли 1 г MOI, 2 мкл гидрохинона и 0,01 г дилаурата дибутилолова. Реакционную смесь выдерживали при 35 ° C в течение 24 часов. Химически модифицированные волокна фиброина шелка последовательно промывали ДМСО, этанолом и большими количествами сверхчистой воды для удаления непрореагировавших реагентов, а затем лиофилизировали (LGJ-10, Shanghai YuMing Instrument Co., Ltd., Китай) в течение 24 часов.

Пост-модификация посредством реакции щелчка тиол-ен

Чтобы присоединить тиолсодержащие молекулы к модифицированным MOI волокнам SF, каждый образец контактировал с 0. 5 мл чистой жидкости ПФДТ. На образец помещали кварцевое покровное стекло (толщиной 0,5 мм, Ted Pella), чтобы обеспечить однородное покрытие органической жидкости по поверхности образца, и освещали его светодиодной УФ-лампой мощностью 40 Вт (UVSP1-A, Шэньчжэнь. YuXianDe Science and Technology Ltd., Китай) с длиной волны 365 нм. Каждый образец помещали на 20 мм ниже светодиодной УФ-лампы. Затем образцы обрабатывали ультразвуком в этаноле для удаления неспецифически адсорбированных молекул PFDT, промывали ультрачистой водой и сушили в потоке азота перед анализом.

Выращивание водорослей

Chlorella vulgaris ( C. vulgaris ) была получена от Nanjing Health Biological Technology Co. Ltd. (Нанкин, Китай). Клетки водорослей культивировали в течение 6 дней, когда популяция C. vulgaris достигла относительно стабильной фазы в культуральной среде перед анализом против обрастания. Культуры выращивали при 22 ± 2 ° C с 16 часами световой экспозиции и 8 часами темного фотопериода. Освещение обеспечивалось комбинацией теплых и холодных люминесцентных ламп с диапазоном яркости от 2200 до 2800 люкс.Поглощение in vivo культуральной среды, содержащей клетки водорослей в каждой колбе, контролировали каждый день с помощью спектрофотометра UV-Vis (T6, Beijing Puxi Analytic Instrument Ltd., Китай) при 660 нм (кривая роста была сигмовидной и представлена ​​в Дополнительных файл 1: Рисунок S1).

Определение характеристик волокон из фиброина шелка

Спектроскопические характеристики рентгеновских фотоэлектронов (XP) проводили в сверхвысоковакуумной системе (Kratos Axis Ultra DLD, Великобритания) с базовым давлением 5 × 10 ⁻⁹ Торр, Источник Al K α и полусферический анализатор.Обзорные (разрешение 1,0 эВ) и спектры высокого разрешения (разрешение 0,1 эВ) были собраны при угле взлета 0 ° от нормали к поверхности, а затем проанализированы с помощью программного обеспечения Kratos Vision 2.0. Каждый спектр высокого разрешения был привязан к пику C1s (284,6 эВ) и соответствовал функциям Фойгта (70% гауссова, 30% лоренцевой) после поправки фона Ширли.

Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), получали под настольным SEM Phenom ™ Pro (Phenom-World, Нидерланды) при ускоряющем напряжении 10.0 кВ. Инфракрасные спектры образцов анализировали и записывали с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR, Thermo Scientific Nicolet iN10) в таблетках KBr.

Дифференциальный сканирующий калориметр (DSC, HSC-3, Beijing HengJiu Scientific Instrument Factory, Китай), использующий газ N ₂ , был использован для оценки термического поведения шелковых волокон при каждом условии обработки. Температуру сканирования повышали от комнатной до 390 ° C при скорости нагрева 10 ° C мин. ^-1 .

Анализ МТТ

Анализ цитотоксичности SF-волокон с привитыми PFDT проводили против клеточных линий эмбриональной почки человека 293 (НЕК 293), разновидности эпителиальных клеток, с помощью анализа МТТ следующим образом [11]. После стерилизации сильно сжатым паром в течение 20 минут 0,2 г образца погружали в 10 мл стерилизованной среды Игла, модифицированной Дульбекко (DMEM), для уравновешивания при 37 ° C в течение 72 часов. Клетки HEK 293 высевали в 96-луночный планшет с плотностью 2 × 10 ³ клеток / лунку, затем инкубировали в 100 мкл DMEM с 10% (об. / Об.) Фетальной бычьей сывороткой (FBS) в течение 24 часов при 37 ° C. ° C и 5% CO ₂ .В каждую лунку добавляли 10 мкл щелока для выщелачивания соответственно в качестве группы образцов. Клетки HEK 293, культивированные с DMEM, служили контрольной группой, а с DMEM, содержащей 0,64% фенола, служили положительной группой. После 24 ч, 72 ч, 120 ч инкубации в каждую лунку добавляли 10 мкл раствора МТТ (5 мг / мл в PBS) соответственно. После 4-часовой обработки МТТ среду удаляли и сразу же добавляли 200 мкл ДМСО в каждую лунку для растворения образовавшихся кристаллов формазана. Позже 96-луночный планшет встряхивали в танце живота в течение 15 минут для гомогенизации растворенного формазана.Количественное определение выполняли на считывающем устройстве для микропланшетов (Synergy h2 Hybrid Multi-Mode Reader, Gene Company Limited) при длине волны 570 нм. Жизнеспособность клеток рассчитывалась по формуле:

$$ {\ text {Жизнеспособность клеток}} \ left (\% \ right) = {\ text {OD}} _ {5 70} \ left ({\ text {sample }} \ right) / {\ text {OD}} _ {5 70} \ left ({\ text {control}} \ right) \ times 100 \% $$

, где OD ₅₇₀ (образец) и OD ₅₇₀ (контроль) — УФ-поглощение образца и контрольной группы на длине волны 570 нм соответственно.

Количественное определение клеток водорослей, прилипших к образцам.

Количество прилипших к образцу клеток водорослей определяли по хлорофиллам, высвобожденным из прилипших клеток водорослей. Вкратце, неприлипшие клетки водорослей удаляли после осторожной промывки PBS, pH = 7,4. Затем образец погружали в 3 мл ДМСО и помещали на роторный шейкер со скоростью 150 об / мин при 30 ° C на 1 час. Экстракт фильтровали через фильтрующую мембрану 0,22 мкм (Tianjin Jinteng Experimental Equipment Co., Ltd, Китай), а УФ-поглощение регистрировали с помощью УФ-спектрофотометрии при 428,5 нм.

Нить, пригодная для использования в космосе — доказано, что шелк хорошо себя чувствует при температурах космоса

Их первоначальное открытие показалось противоречивым, потому что большинство других полимерных волокон хрупкие на морозе. Но после многих лет работы над проблемой группа исследователей обнаружила, что криогенная прочность шелка основана на его наноразмерных фибриллах. Субмикроскопический порядок и иерархия позволяют шелку выдерживать температуры до -200oC.И, возможно, даже ниже, что сделало бы эти классические натуральные роскошные волокна идеальными для применения в глубинах холодного космоса.

Междисциплинарная группа исследовала поведение и функцию нескольких животных шелка, охлажденных до температуры жидкого азота -196 ° C. Волокна включали шелк пауков, но исследование было сосредоточено на более толстых и гораздо более коммерческих волокнах дикого тутового шелкопряда Antheraea pernyi .

В статье, опубликованной сегодня в журнале Materials Chemistry Frontiers , команда смогла показать не только «это», но и «как» шелк увеличивает свою прочность в условиях, когда большинство материалов становятся очень хрупкими. Действительно, кажется, что шелк противоречит фундаментальному пониманию науки о полимерах, поскольку не теряет, а приобретает качество в очень холодных условиях, становясь одновременно прочнее и более растяжимым. Это исследование исследует «как» и объясняет «почему». Оказывается, что лежащие в основе процессы зависят от множества наноразмерных фибрилл, составляющих сердцевину шелкового волокна.

В соответствии с традиционной теорией полимеров, исследование утверждает, что отдельные фибриллы действительно становятся более жесткими по мере того, как они становятся холоднее.Новизна и важность исследования заключаются в том, что это усиление жесткости приводит к увеличению трения между фрибрилами. Это трение, в свою очередь, увеличивает отвод энергии трещин, а также препятствует проскальзыванию фибрилл. Изменение температуры также может модулировать притяжение между отдельными молекулами протеина шелка, что, в свою очередь, влияет на основные свойства каждой фибриллы, состоящей из многих тысяч молекул.

Важно отметить, что исследование способно описать процесс закалки как на микронном, так и на наномасштабном уровне.Команда пришла к выводу, что любая трещина, которая прорывает материал, отклоняется каждый раз, когда она попадает в нанофибриллу, заставляя ее терять все больше энергии во многих обходных путях, которые ей приходится преодолевать. И, таким образом, шелковое волокно рвется только тогда, когда сотни или тысячи нано-фибрилл сначала растягиваются, а затем соскальзывают, а затем все они по отдельности защелкиваются.

Открытие раздвигает границы, потому что в нем изучается материал в концептуально сложной и технологически сложной области, которая не только охватывает микронные и наноразмеры, но также требует изучения при температурах значительно ниже, чем в любой морозильной камере.Размер исследуемых чешуек варьируется от микронного размера волокна до субмикронного размера пучка волокон до наномасштаба фибрилл и, наконец, что не менее важно, до уровня надмолекулярных структур и отдельных молекул. На фоне передовых научных достижений и футуристических применений стоит помнить, что шелк — это не только 100% биологическое волокно, но и сельскохозяйственный продукт с тысячелетними исследованиями и разработками.

Похоже, что это исследование имеет далеко идущие последствия, предлагая широкий спектр новых применений для шелка, начиная от новых материалов для использования в полярных регионах Земли и заканчивая новыми композитами для легких самолетов и воздушных змеев, летающих в страто- и мезо-областях. Сфера, возможно, даже с гигантской паутиной, которую плетут пауки-роботы, чтобы ловить астрономический мусор в космосе.

Профессор Фриц Воллрат с факультета зоологии Оксфордского университета сказал: «Мы предполагаем, что это исследование приведет к разработке и производству новых семейств жестких структурных волокон и композитов с использованием как натуральных, так и шелковых волокон для применения в экстремальных холодных условиях. например, космос ».

Профессор Чжэнчжун Шао из отдела макромолекулярных наук Шанхайского университета Фудань сказал: «Мы пришли к выводу, что исключительная механическая прочность шелкового волокна при криогенных температурах проистекает из его хорошо ориентированной и ориентированной, относительно независимой и растяжимой нанофибриллярной морфологии. ‘

Д-р Хуан Гуан из Университета Бейхан в Пекине сказал: «Это исследование дает новое понимание нашего понимания взаимосвязей структуры и свойств природных высокоэффективных материалов, которые, как мы надеемся, приведут к производству искусственных полимеров и композитов для работы при низких температурах. и приложения с высокой ударной нагрузкой ».

И доктор Крис Холланд из Шеффилдского университета, руководитель общеевропейского исследовательского консорциума по новым, экологически чистым био-волокнам, основанным на глубоком понимании прядения натурального шелка, сказал: «Натуральные шелка продолжают зарекомендовать себя как материалы золотого стандарта для производства волокон.Работа здесь показывает, что секрет их успеха заключается не только в химии, но и в том, как прядут шелк и, как следствие, структурируют его ».

Следующие этапы исследования позволят провести дальнейшую проверку удивительных свойств. Выдаточная компания Spintex Ltd из Оксфордского университета, частично финансируемая за счет гранта ЕС h3020, изучает прядение протеинов шелка по-паучьи и сосредотачивается на копировании субмикронных структур связанных фибрилл.

шелк

• Натуральный шелк экологически безопасен, так как при отжиме животных он извлекается из водных белковых расплавов при температуре окружающей среды и низком давлении.
• Многие виды шелка биосовместимы, что делает их отличным материалом для использования в медицинских устройствах. Шелк легкий и, как правило, очень прочный, что позволяет использовать его в легких приложениях, где материалу требуется много энергии.
• Все шелка являются био-одноразовыми и полностью состоят из строительных блоков натуральных аминокислот, которые легко интегрируются в естественный цикл разложения и восстановления.
• И последнее, но не менее важное: в шелке скрыто огромное количество информации о сворачивании белков и о природном способе создания исключительных полимерных структур.

###

Ссылки

http: // www. оксфордсилк. Группа . ком
http: // www. флипт. Группа . шеф. ак. uk / индекс. php

Для получения дополнительной информации или запроса интервью и изображений, пожалуйста, свяжитесь с пресс-службой Оксфордского университета по адресу [email protected] / 01865 280730.

Для заметок в редакцию

Об Оксфордском университете

Оксфордский университет четвертый год подряд занимает первое место в рейтинге Times Higher Education World University Rankings, и в основе этого успеха лежат наши новаторские исследования и инновации.

Оксфорд всемирно известен своими исследованиями и является домом для одних из самых талантливых людей со всего мира. Наша работа помогает жизням миллионов людей, решая реальные проблемы с помощью огромной сети партнерских отношений и сотрудничества. Широта и междисциплинарный характер наших исследований порождают творческие и изобретательные идеи и решения.

Благодаря своему отделу коммерциализации исследований, Oxford University Innovation, Оксфорд является самым крупным университетом, подавшим патентные заявки в Великобритании, и занимает первое место в Великобритании по количеству дочерних университетов, создав более 170 новых компаний с 1988 года.Более трети этих компаний были созданы за последние три года.

Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

.