荧光反应性分散染料在聚酯和尼龙织物上的高效染色性能及其抗菌特性：基于分子对接技术的研究

《Journal of Mood & Anxiety Disorders》：Efficient Dyeing and Antimicrobial Properties with Molecular Docking Performance of Fluorescent Reactive Disperse Dye on Polyester and Nylon Fabrics

荧光偶氮染料在聚酯和聚酰胺织物上的应用及抗菌抗病毒性能研究

　　

Tarek Aysha | Saadia Abd El Megied | Bahaa Hemdan | Abdalla Mousa | Ahmed Kayed | Mervat El-Sedik | Yehya Youssef

埃及吉萨Dokki的国家研究中心纺织研究与技术研究所，染料、印刷及纺织助剂部门，地址：33 EL Buhouth St., 12622

摘要

一种荧光二硫化物双(乙基砜)活性分散染料，源自吡咯酮酯（PES-二硫化物），通过重氮偶联反应合成，并通过核磁共振（NMR）和质谱法进行了全面验证。该染料具有优异的光学性能，在溶液中吸收峰位于440 nm（ε = 50,219 L·mol?1·cm?1），发射峰位于540 nm，在聚酰胺-6（PA-6）和聚酯（PET）材料上表现出强烈的荧光。染色实验表明其亲和力极强，在pH 5时PET的染色牢度达到峰值，在pH 6时PA-6的染色牢度达到峰值；同时，耐洗性、耐摩擦性、耐汗性和耐光性也得到了提升。生物学评估显示，PES-二硫化物染料及其着色纺织品具有显著的抗菌性能。在100 μg/mL的浓度下，该染料溶液对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的抑菌圈为29 ± 0.9 mm，对鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）的抑菌圈为27 ± 2.0 mm，超过了庆大霉素的抑菌效果。染色的PA-6织物的抑菌圈可达35 ± 1.2 mm，染色的PET织物抑菌圈为31 ± 3.7 mm，均超过了抗生素的抑菌标准。扫描电子显微镜（SEM）测试进一步证实了细菌膜的破坏和生物膜形成的减少。分子对接研究证实，PES-二硫化物通过与青霉素结合蛋白、DNA旋转酶和外膜孔蛋白通过氢键、π–π堆叠和静电相互作用具有很强的结合亲和力（–7.1至–7.8 kcal/mol）。此外，抗病毒研究显示其对H1N1流感病毒具有显著的抑制作用。结合PES-二硫化物的染色性能、荧光特性以及抗菌和选择性抗病毒活性，这种染料提供了一种兼具美观性和保护性的多功能着色剂。

引言

荧光杂环染料以其鲜艳的色彩而闻名，因为它们能够吸收特定波长的光并在可见光区域发出更长波长的光[[1], [2], [3], [4], [5]]。最重要的荧光杂环染料包括罗丹明、1,8-萘酰亚胺、香豆素、三苯胺、苝类化合物等[[6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]]。这些染料的荧光特性与其能够进行系统间跃迁的能力密切相关，使其在先进着色剂和潜在应用（如生物成像、比色化学传感器、纺织荧光染料和先进材料）中受到广泛应用[[16], [17], [18], [19], [20], [21], [22]]。此外，含有杂环化合物的偶氮染料形成了一类具有优异光学、化学和生物特性的混合染料，推动了创新[[23], [24], [25], [26], [27]]。然而，由于偶氮基团的荧光淬灭效应，荧光杂环偶氮染料在文献中报道较少。杂环吡咯酮酯衍生物的光谱特性和化学性质引起了广泛关注，因为它们是制备固态荧光染料的关键中间体。基于此，许多研究探索了含有扩展共轭双键系统的杂环荧光分散染料的合成，特别是那些具有偶氮-肼互变异构性的染料[[28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38]]。最近，从不同的吡咯酮酯衍生物合成了含有吩噻嗪基团的荧光分散染料，这些染料在固态下表现出显著的荧光[[39]]。聚酯织物的染色实验表明，鲜艳的荧光染料对纤维有很强的亲和力，因为它们在着色材料上具有高的色牢度[[28,31, [39], [40], [41]]。通过进一步研究，开发了基于吡咯酮酯的新的固态肼荧光活性分散染料，这些染料含有临时阴离子性的磺酸乙基砜（SES）基团[[31]]。这些活性分散杂环荧光团在固态和溶液中以E/Z异构体的混合物形式存在。这些染料在染料溶液和着色织物中表现出优异的抗菌活性，同时提高了聚酰胺和羊毛织物的色彩鲜艳度和耐用性。

先前，非荧光偶氮活性染料和活性分散染料中的二硫化物双(乙基砜)[DSB(ES)]活性基团已被利用[[42], [43], [44]]。这种替代的乙烯砜类似物暂时扩大了染料分子结构，其β-消除作用在染色过程中促进了活性乙烯砜衍生物的形成，从而提高了染色性能和耐用性。作为我们关于杂环吡咯酮酯基荧光染料结构变化影响的持续研究的一部分，本工作重点是将二硫化物体系引入吡咯酮偶氮染料结构中，以开发出可作为高性能荧光杂环衍生物的肼活性分散染料。研究了所制备染料的吸收和发射光谱，以及其在聚酰胺-6和聚酯织物上的染色和色牢度性能。此外，还探讨了染料溶液和着色织物的抗菌活性，并通过分子对接模拟研究了细菌蛋白与染料结构的亲和力和结合情况。同时，还研究了PES-二硫化物染料对甲型流感病毒（H1N1和H5N1）和SARS-CoV-2的抗病毒活性。

材料与方法

实验使用的100%聚酯（PET）织物，面积为149 g/m2，采用经纱和纬纱连续丝平纹编织（72 × 32根/厘米，纱线支数150 × 1）。单面针织尼龙6（PA-6）织物，面积为114 g/m2，30针/30行，由埃及El-Shourbagy公司提供。乙基5-氧代-2-苯基-4,5-二氢-1H-吡咯-3-羧酸酯（PES）按照先前报道的方法制备[[32],[35],[36],[37]]。

PES-二硫化物染料的合成

PES-二硫化物分散染料的制备主要基于二硫化物双(乙基砜)胺中间体的合成，该中间体由Bunte盐制备，具体过程如方案1所示。Bunte盐与硫甘醇酸反应生成二硫化物-S-S-前体，随后通过DSBES胺的双重重氮化作用与PES偶联，最终得到PES-二硫化物染料。

结论

成功制备了一种基于吡咯酮酯的荧光活性分散二硫化物染料，该染料具有高色强度，对PA-6和PET织物的染色性能优异。即使在碱性条件下，其颜色也能保持稳定，可视为适用于PA-6和PET织物的耐碱染料。PES-二硫化物染料表现出强烈的抗菌潜力，为其在抗菌织物或表面涂层中的应用提供了进一步发展的可能性。

CRediT作者贡献声明

Tarek Aysha：撰写、审阅与编辑、可视化处理、验证、监督、概念化。 Saadia Abd El Megied：撰写初稿、方法论设计、数据分析。 Bahaa Hemdan：撰写初稿、方法论设计、数据分析、资源整理、概念化。 Abdalla Mousa：撰写、审阅与编辑、验证、研究。 Ahmed Kayed：撰写初稿、方法论设计。 Mervat El-Sedik：撰写初稿、可视化处理、资源整理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢埃及吉萨Dokki的国家研究中心（NRC）通过内部项目编号13010209提供的慷慨支持和资金。特别感谢NRC的创新纺织技术和产品卓越中心允许我们使用他们的设施和设备。同时，我们也感谢流感病毒科学卓越中心（CSEIV）在抗病毒研究方面的支持。