Ferritiinin ja rautaoksidin reaktiot
Ihossa olevat rautaoksidit voivat reagoida ferritiinin kanssa, jolloin muodostuu ferri-ioneja (Fe3+). Nämä ionit voivat reagoida happea ja muita alkuaineita, käyden läpi redox-reaktioita, jotka muuttavat raudan hapetusastetta. Tämä muutos ilmenee värin siirtymisenä alkuperäisestä sävystä punertavaan tai ruosteen värisiin sävyihin. Yleistetty yksinkertaistettu reaktio voidaan ilmaista seuraavasti: Fe2O3 + ferritiini → Fe3+ + O2 + muut tuotteet
Tämä reaktio muuttaa rautaoksidin muotoa ja sidontaoiminaisuuksia, vaikuttaen sen optisiin ominaisuuksiin ja aiheuttaen "punaisen kulmakarva" -ilmiön.
Hematiitin ja magnetitin reaktioiden erot
Sekä Fe2O3 (hematiitti) että Fe3O4 (magnetitiitti) vuorovaikuttavat ferritiinin kanssa, vaikkakin eri mekanismeilla niiden erilaisten hapetusasteiden ja ominaisuuksien vuoksi.
Fe2O3 (Hematiitti) ja Ferritiini. Fe2O3 yleisesti vuorovaikuttaa ferritiinin kanssa Fentonin reaktion kautta, jossa Fe2O3:n Fe3+-ionit pelkistetään Fe2+:ksi ja varastoidaan sitten ferritiinin ytimeen. Tässä Fe2O3:n Fe3+-ionit entsymaattisesti pelkistetään Fe2+:ksi soluissa olevilla ferrireduktaaseilla. Kun ionit on pelkistetty, ne siepataan ferritiinin toimesta ja varastoidaan ferrihydriittinä sen ontossa tilassa.
Fe3O4 (magnetitiitti) ja ferritiini
Fe3O4 sisältää sekä Fe2+- että Fe3+-ioneja. Koska ferritiini on suunniteltu varastoimaan Fe3+ sen mineraaliytimessä, Fe2+-ionit täytyy ensin hapettaa Fe3+:ksi ennen varastointia. Kuitenkin magnetiitin Fe3+-ionit voidaan suoraan sisällyttää ferritiiniin samankaltaisten entsymaattisten pelkistysmekanismien kautta kuin ne, jotka ovat mukana vuorovaikutuksessa Fe2O3:n kanssa. Fe2+:n läsnäolo monimutkaistaa asiaa ja saattaa vaatia lisää redox-reaktioita, jotka ovat solun mekanismien välittämiä, mukaan lukien ferroksidaasientsyymien toiminta, jotka helpottavat Fe2+:n hapettamista Fe3+:ksi.
Erilliset vuorovaikutukset
Kahden eri raudan muodon Fe3O4 lisää monimutkaisuuden tasoa. Koska Fe3O4 on magneettinen ja sillä on ainutlaatuisia sähköisiä ominaisuuksia, sen vuorovaikutus biologisten molekyylien, kuten ferritiinin kanssa, voi olla ulkoisten magneettikenttien ja muiden fysikaalikemiallisten tekijöiden vaikutuksen alainen. Näin ollen Fe3O4:n kapselointi tai biokemiallinen muodonmuutos voi sisältää muita proteiineja tai biologisia komponentteja ferritiinin lisäksi riippuen tarkasta solullisesta kontekstista.
Fotostabiilisuus ja valonkestävyys
Puhuttaessa rautaoksideista, joita käytetään mineraali- tai epäorgaanisissa pigmenteissä, tulisi lisäksi huomioida, että musta pigmentti pysyy ihossa pisimpään. Monet artistit ovat tehneet tämän empiirisen havainnon, vaikka pigmenttituottajien markkinointimateriaali väittää, että kaikilla heidän rautaoksideillaan on samat fotostabiilisuusominaisuudet.
Musta Rautaoksidi (CI 77499) on yleisesti ottaen stabiili UV-valon alla eikä hajoa helposti. Samoin punainen rautaoksidi (CI 77491) osoittaa hyvää stabiilisuutta UV-valoa vastaan. Kuitenkin sillä on hieman erilainen elektroninen rakenne verrattuna mustaan rautaoksidiin, mikä voisi tehdä siitä alttiimman fotoindusoituille redox-reaktioille erittäin voimakkaan UV-säteilyn alla. Keltainen rautaoksidi (CI 77492) osoittaa suhteellisen hyvää fotostabiilisuutta. Sen kromoforiset ominaisuudet voivat kuitenkin tehdä siitä hieman alttiimman fotokeemisille reaktioille suuressa UV-altistuksessa pidemmän ajan kuluessa.
Syyt valonkestävyyteen
Rautaoksidit ovat raudan ja hapen yhdisteitä, joissa on vahvat kemialliset sidokset atomien välillä. Rautaoksidien synteettinen tuotanto mahdollistaa puhdasta, yhtenäistä pigmenttiä hallittavien ominaisuuksien kanssa. Nämä pigmentit tunnetaan erittäin valonkestävinä, mikä tarkoittaa, että ne kestävät haalistumista valolle altistuessa, mukaan lukien auringonvalo ja keinotekoiset valonlähteet.
Kiteinen rakenne
Kemiallisesti tuotettujen rautaoksidipigmenttien valonkestävyys voidaan selittää niiden stabiililla kiteisellä rakenteella ja raudan ja hapen välisen sidoksen luonteella, joka imee ja heijastaa valoa käymättä läpi merkittäviä rakenteellisia muutoksia. Kun nämä pigmentit imevät valon fotoneja, energia hajaantuu lämpönä sen sijaan, että se saisi pigmentin hajoamaan tai muuttumaan. Tämä ominaisuus tekee rautaoksidipigmenteistä luotettavia sovelluksissa, joissa kestävyys ja värin säilyttäminen ovat olennaisia, kuten musteissa, maaleissa ja tietysti puolipysyvässä meikissä.
Synteettiset vs. luonnolliset rautaoksidit
Synteettiset rautaoksidipigmentit, toisin kuin niiden luonnolliset vastineet, jotka on louhittu maasta vaihtelevan kokoisten partikkelien ja mahdollisten epäpuhtauksien kanssa, on suunniteltu yhdenmukaisuutta ja puhtautta varten. Tämän takia sekä rautaoksidi musta (CI 77499) että rautaoksidi punainen (CI 77491) näyttävät erinomaista UV-vastustuskykyä ja suurta fotostabiilisuutta ja niillä on korkein valonkestävyysindeksi (8). Ne on erityisesti suunniteltu olemaan hajoamatta fotonisten reaktioiden seurauksena UV-valon altistuksen aikana.
Biokemialliset vuorovaikutukset ja pigmentin hajoaminen Huolimatta niiden valonkestävyydestä, nämä pigmentit voivat kokea muutoksia ihossa biokemiallisten vuorovaikutusten seurauksena. Esimerkiksi Fe^2+ voi hapettua Fe^3+:ksi, mikä muuttaa sen elektronirakennetta ja siten pigmentin optisia ominaisuuksia, johtaen värimuutokseen. Ihon biologisesti aktiivisessa ympäristössä voi esiintyä redoksireaktioita, joita edistävät tekijät kuten valo, happi ja biologiset katalyytit kuten ferritiini. Ferritiini voi sitoutua pigmentin raudassa ja katalysoida reaktioita, jotka voivat johtaa pigmentin hajoamiseen tai värin muutokseen.
Siksi, vaikka rautaoksidipigmentit on syntetisoitu kestämään valon aiheuttamaa hajoamista, juuri ihon monimutkaiset biokemialliset reaktiot, erityisesti sellaiset jotka sisältävät proteiineja kuten ferritiiniä, ovat pääasiallisia syitä hapetusasteen muutoksille, mikä johtaa hajoamiseen tai värimuutoksiin puolipysyvissä meikkisovelluksissa.
Johtopäätökset syistä
Yksinkertaisesti sanottuna puolipysyvien pigmenttien rautaoksidit voivat vuorovaikuttaa ferritiinin kanssa kehossa. Tämä vuorovaikutus voi johtaa kemiallisiin reaktioihin, jotka muuttavat raudan hapetusastetta. Seurauksena muuttunut rautamuoto voi hajottaa valoa eri tavalla, saaden pigmentin näyttämään punaiselta, vaaleanpunaiselta tai ruosteiselta.
