CN108160013A - 一种水溶性碳量子点缓释微胶囊及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料合成的技术领域，公开了一种水溶性碳量子点缓释微胶囊及其制备方法与应用。所述水溶性碳量子点缓释微胶囊由含有水溶性碳量子点的囊芯和囊壁组成。方法为：(1)在搅拌的条件下，将由碳量子点、交联剂、催化剂、水溶性乳化剂及水组成的水相逐滴滴加到由油溶性乳化剂和有机溶剂组成的油相中，乳化形成初乳液；(2)在低速搅拌下，将初乳液加入由壁材PVA、稳定剂及水组成的外水相中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应，离心，洗涤，干燥，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本发明的微胶囊荧光强度高，具有较高芯材的包覆率，较低碳量子点损失；可控释放及吸光效率高；用于植物光合作用等领域。

Description

一种水溶性碳量子点缓释微胶囊及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于高分子材料合成领域，特别涉及一种水溶性碳量子点缓释微胶囊及其制备方法与应用。
背景技术
太阳能为丰富的自然资源和可持续能源，已成为人类使用能源的重要组成部分。在化石燃料日趋减少的情况下，加强太阳能的转化和储存，提高其利用效率已显得越来越重要。绿色植物是太阳能主要转化者，它通过叶绿素的光合作用将太阳能转化为化学能。但是叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，为了提高叶绿体的光合效率，将紫外光转化为可见光供叶绿体吸收是一种很好的方法。
碳量子点具有化学稳定性高、无毒、吸光率高等优异特性，是代替传统半导体量子点和有机染料的首选物质，在生物成像、荧光标记，光电设备等领域广泛应用。同时碳量子点是一种很好的光捕获材料，可吸收紫外光，发出可见光，将其喷洒在植物叶面上，借此提高植物的光合作用是一种有效方法。然而由于碳量子点的水溶性，将其直接喷在叶面上很容易在外界自然雨水的冲刷下流失，同时易受外界粉尘的影响而损失效能。另一方面，碳量子点的大量堆积，易发生浓度淬灭现象，大大降低其使用效率。将碳量子点进行胶囊化是解决该问题的有效途径，且包覆完后的固体颗粒荧光效率大大大提高。通过易降解、生物相容性好、成膜性好、透气及透湿的有机高分子来包覆碳量子点，形成缓释胶囊，可以实现碳量子点的可控释放，显著减少流失量，减少淬灭量，延长其在叶面上的保留时间，从而提高植物的光合作用。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种水溶性碳量子点缓释微胶囊及其制备方法。该工艺可实现对水溶性碳量子点可控释放，降低损失量。所述水溶性碳量子点缓释微胶囊在促进植物光合作用、LED、太阳能光伏电池、防晒化妆品等方面具有广泛的应用前景。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种水溶性碳量子点缓释微胶囊，由含有水溶性碳量子点的囊芯和囊壁组成。所述囊壁的壁材为聚乙烯醇(PVA)。
所述水溶性碳量子点为氮、硫、硅、硼中一种或多种元素掺杂的碳量子点，优选为至少有氮掺杂的碳量子点，更优选为至少有氮掺杂的蓝光碳量子点。所述水溶性碳量子点通常由碳水化合物合成，如柠檬酸铵、橘子汁、花粉等。为获得高荧光(量子)效率，碳量子点通常会掺杂氮、硫、硅，硼的一种或几种元素，考虑到氮掺杂能获得较高蓝光荧光效率，以及蓝光对植物生长有益，优选氮掺杂蓝光碳量子点作为芯材。
所述聚乙烯醇PVA为PVA-0588，PVA-1788,PVA-1799,PVA-2088,PVA-2099,PVA-2488,PVA-2499中一种以上。
胶囊的芯壳质量比指的是碳量子点与PVA的质量比，其比率为0.001～0.1，芯壳比小，芯材含量少，吸光效率低；芯壳比大，芯材易淬灭；优选0.002～0.07。
所述水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)在搅拌的条件下，将由碳量子点、交联剂、催化剂、水溶性乳化剂及水组成的水相(内水相W)逐滴滴加到由油溶性乳化剂和有机溶剂组成的油相(O)中，乳化形成W/O初乳液；
(2)在低速搅拌下，将初乳液加入由壁材PVA、稳定剂及水组成的外水相(W)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应1～5h，离心，洗涤，干燥，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。
步骤(2)中所述初乳液加入的方式为滴加。
步骤(1)中所述水溶性碳量子点为氮、硫、硅、硼中一种或多种元素掺杂的碳量子点，优选为至少有氮掺杂的碳量子点，更优选为至少有氮掺杂的蓝光碳量子点。所述水溶性碳量子点通常由碳水化合物合成，如柠檬酸铵、橘子汁、花粉等。为获得高荧光(量子)效率，碳量子点通常会掺杂氮、硫、硅，硼的一种或几种元素，考虑到氮掺杂能获得较高蓝光荧光效率，以及蓝光对植物生长有益，优选氮掺杂蓝光碳量子点作为芯材。
步骤(2)中所述壁材为聚乙烯醇(PVA)中的一种以上，包括PVA-0588，PVA-1788,PVA-1799,PVA-2088,PVA-2099,PVA-2488,PVA-2499等。考虑到溶解性、成膜性及价格，优选PVA-1799，PVA-1788为宜，壁材的加入量为外水相质量的0.5％～1.5％,优选0.7％～1.0％。
步骤(2)中所述初乳液中碳量子点与壁材PVA的质量比为(0.001～0.1)：1，碳量子点与壁材的比值为芯壳比，芯壳比小，芯材含量少，吸光效率低；芯壳比大，芯材易淬灭；优选(0.002～0.07)：1。
步骤(1)中所述交联剂为醛类化合物，优选甲醛、乙醛、丁醛、戊二醛中一种以上，更优选戊二醛。本发明的交联剂为能与壁材PVA进行反应形成交联网络、并提高胶囊强度的醛类物质。而所提供的醛类物质中甲醛挥发性高、且单醛与戊二醛(双醛基)比，后者用量少，交联效果较好；所以更优选戊二醛。
步骤(1)中所述交联剂的加入量为水相(即内水相)体积分数的10％～30％，优选12％～25％。醛用量少，高分子缩醛交联度低、缓释性差；醛用量多，交联度高、胶囊孔隙率大，芯材缓释难控制。
步骤(1)中所述催化剂为酸性催化剂，优选为盐酸、硫酸、醋酸、草酸中的一种以上，更优选硫酸、盐酸。本发明的酸性催化剂易形成多孔性结构，且利于醛与高分子材料进行反应；强酸性催化剂，对反应体系的pH值影响较大，可加快胶囊壳层生成速率。
步骤(1)中所述催化剂以溶液的形式加入，催化剂溶液的用量为水相(即内水相)体积分数的10％～20％，优选12％～18％。催化剂溶液的浓度为2～4wt％。
步骤(1)中所述水溶性乳化剂为吐温(所述吐温为Tween 20,40,60，80，85中一种以上)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙烯醇(PVA)、牛血清白蛋白(BSA)中的一种以上；所述油溶性乳化剂为斯盘(所述司盘为Span 20、40、50、60、80中一种以上)、氧化聚乙烯蜡乳液、聚乳酸中的一种以上。内水相中加入水溶性乳化剂，主要是起支撑作用，使内水相能够很好的分散在油相中。油相中加入油溶性乳化剂促进油相液滴的分散。水溶性、油溶性乳化剂复配，具有协同效应。其中，优选Tween80与Span80，SDBS与Span80的组合，其获得的初乳液粒径小、稳定。
步骤(1)中所述水溶性乳化剂与油溶性乳化剂体积比为1：(1～10)，优选1：(2～8)；各物质的质量与体积的换算，按照密度为1.0g/cm3进行换算；
步骤(1)中所述水溶性乳化剂与油溶性乳化剂的总用量占初乳液用量的2％～15％，优选3％～10％。各物质和溶液的质量与体积的换算，按照密度为1.0g/cm3进行换算。
步骤(1)中所述有机溶剂为环己烷，正庚烷，己烷，二氯甲烷，氯仿中的一种以上。考虑到环保及挥发性能，优选环己烷、正庚烷溶剂。
步骤(2)中所述稳定剂为吐温(所述吐温为Tween 20,40,60，80，85中一种以上)、聚乙烯醇、明胶中的一种以上。当使用聚乙烯醇时，它既作稳定剂、又可作壁材。稳定剂的加入有助于W/O/W双乳液体系的稳定，其加入量为外水相质量的0.5％～5％，优选1％～3％。
步骤(1)中所述搅拌为分散搅拌，是为了生成粒径较小、分散稳定的W/O液滴(初乳液)；搅拌速率小，液滴粒径大，油滴易聚并；搅拌速率高，液滴粒径小而均匀分散。所述搅拌的转速为1000～3500rpm，优选1100～3000rpm；
步骤(2)中所述搅拌为反应搅拌，较低的反应搅拌速率是为了体系的稳定以及利于胶囊的生成。搅拌速率太小，离心力不足以使得胶囊颗粒长时间稳定在体系中，胶囊颗粒容易沉降，造成囊芯物质包覆不均匀进而造成包覆效率的降低。当反应搅拌速率太快，不利于胶囊的形成，包覆率反而下降。步骤(2)中所述低速搅拌的速率为100～800rpm，优选200～600rpm。
步骤(1)中所述乳化的温度为20～50℃；所述低速搅拌的转速为100～800rpm；
步骤(2)中所述W/O/W复乳的形成以及继续交联反应的温度为20～50℃，优选为30～45℃；继续交联反应的时间为1-5h，优选为2-4h；在该体系里，反应温度即水浴温度；反应温度低，反应速率慢；反应温度高，粒子间易团聚，胶囊粒径大，不均匀，包覆情况变差；反应时间短、生成的胶囊包覆率小；反应时间长，效率低。
所述内水相、油相、外水相的体积比为1：(1.5～3)：(1.5～6)。内水相与油相体积比的减少，会使胶囊的平均粒径逐渐变大。内水相比例增加，初乳会转变反相水包油乳液(O/W)。外水相的体积分数大，会使W/O初乳体系在总体系中体积比的下降，体系中的稳定性降低，胶囊生成率降低。内水相、油相、外水相的体积比优选为1：(1.6～2.5)：(1.8～5.25)。(在采用体积比时，采用质量表示的原料，其密度看成为1g/cm3)
所述水溶性碳量子点缓释微胶囊用于促进植物光合作用、LED、太阳能光伏电池、防晒化妆品等领域。所述用于促进植物光合作用是指用作或用于制备促进植物光合作用的材料。
以水溶性碳量子点为芯材，聚乙烯醇(PVA)为壁材，盐酸为催化剂，戊二醛(GA)为交联剂，环己烷为油相、Span80与Tween-80为复合乳化剂为例，制备碳量子点缓释微胶囊，其反应原理如下：
水溶性乳化剂Span80及油溶性乳化剂Tween80的复配，可将水溶性碳量子点、交联剂、戊二醛、盐酸组成的水相以及环己烷溶剂进行乳化形成稳定的W/O初乳液；当初乳液分散在溶有PVA(既作壁材、又作稳定剂)的外水相时，PVA具有一定的表面活性，分子结构中的羟基会定向的吸附在外水相和油相界面上，降低了外水相与油相的界面张力与界面自由能，因此，在PVA的乳化下W/O初乳液作为分散相进一步分散到外水相中形成W/O/W双乳液。当相中相形成后，由于油相内外两侧渗透压的不同，导致分子扩散作用加剧而发生渗透，当戊二醛扩散到PVA分子表面时，它与PVA发生缩醛反应，而沉积在乳液颗粒的表面上，一方面形成交联网络，提高壁材的强度，同时会形成多孔结构，即形成包覆内相(碳量子点)缓释微胶囊。
本发明制备方法及产物具有如下优点及有益效果：
(1)荧光强度高。碳量子点在固体粉末状态下，一般都会发生猝灭。通过包覆碳量子点，阻碍了碳量子点聚积而不易发生猝灭，并且碳量子点在胶囊腔体内部的高度分散，使得粉末胶囊的荧光强度高于碳量子点水溶液。
(2)降低损失。水溶性碳量子点直接喷洒会造成大量损失，采用这种W/O/W复乳界面聚合法制备缓释微胶囊，会提高芯材的包覆率，显著降低碳量子点损失。
(3)可控释放及吸光效率高。制备的缓释微胶囊粒径小，比表面积大，胶囊吸光效率高，且壁材能被生物所降解，通过控制反应条件，控制反应的孔隙率，从而实现微胶囊的可控释放。
附图说明
图1为实施例1制备水溶性碳量子点缓释微胶囊的SEM图；
图2为实施例1制备水溶性碳量子点缓释微胶囊的粒径大小分布图；
图3为不同浓度碳量子点溶液(图3a)及实施10中在不同浓度碳量子点溶液下制备的水溶性碳量子点缓释微胶囊(图3b)的荧光光谱图；
图4为碳量子点溶液(其浓度为0.3mg/mL)(图4a)以及实施10中在不同碳量子点溶液(其浓度为0.1、0.2、0.3、0.4mg/mL)下制备的水溶性碳量子点缓释胶囊(图4b)的荧光效率曲线；图4b中0.4mg/mL的曲线靠近0.2mg/mL；
图5为碳量子点(图5a)以及实施10中在浓度为0.3mg/mL碳量子点溶液下制备的水溶性碳量子点缓释胶囊(图5b)的XPS图。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图，对本发明做进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
使用XL-30-ESEM(FEI)进行扫描电子显微镜(SEM)图像。在Malvern InstrumentZetasizer Nano ZS 90上通过DLS测量流体动力学粒度。用配备有150W氙灯作为激发源的荧光分光光度计(Hitachi Model F-7000)测量荧光光谱。X-射线光电子能谱(XPS)实验是使用Kratos AXIS Ultra DLD X射线光电子能谱仪具有单色Al Ka X射线源而获得。
各实施例中各物质、溶液在进行质量与体积的换算时，按照密度为1.0g/cm3进行换算。
各实施例中碳量子点为氮掺杂碳量子点，通过水热法制备而成。具体制备步骤为：0.42g的无水柠檬酸加上536uL的乙二胺，溶解在10mL的去离子水中，然后转移到聚(四氟乙烯)内衬里的高压釜中，在200℃下反应5h后，经过2d透析而制得。不同浓度(mg/mL)碳量子点溶液通过去离子水的稀释定容可得。
实施例1
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL 0.5mg/mL碳量子点溶液、1mL戊二醛、1mL3.65wt％稀盐酸溶液和0.1mLTween-80制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.5mL的Span80和10mL环己烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在40℃水浴、1500rpm搅拌速率下进行；
(2)在40℃水浴、250rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(0.3mL的Tween-80和20mL的PVA-1799水溶液组成，PVA-1799水溶液的浓度为1.5gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应3h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在45℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本实施例中囊芯与囊壁的质量比为0.0067。
图1和图2分别为实施例1制备水溶性碳量子点缓释微胶囊的SEM和DLS图。由图1可知，制备的碳量子点缓释微胶囊为近似球型的粒子，粒子分布较宽，粒径在0.3-0.6μm范围。DLS分析显示，制备的缓释微胶囊的粒径呈现大致正态分布，其平均粒径约317.9nm，与SEM图基本一致。
实施例2
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL 0.3mg/mL碳量子点溶液、0.8mL戊二醛、1mL3.65wt％稀盐酸溶液和0.2mL Tween-80制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.5mL的Span80和10mL环己烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在40℃水浴、1500rpm搅拌速率下进行；
(2)在40℃水浴、250rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(20mL的PVA-1799水溶液组成，PVA-1799水溶液的浓度为1.0gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应3h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在45℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本实施例中囊芯与囊壁的质量比为0.006。
实施例3
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL 1mg/mL碳量子点溶液、1.2mL戊二醛、1mL2wt％稀盐酸溶液和0.3g SDBS制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.5mL的Span80和10mL正庚烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在30℃水浴、1200rpm搅拌速率下进行；
(2)在30℃水浴、500rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(0.3mL的Tween-80和20mL的PVA-1788水溶液组成，PVA-1788水溶液的浓度为0.8gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应3.5h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在45℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本实施例中囊芯与囊壁的质量比为0.025。
实施例4
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL 2mg/mL碳量子点溶液、0.8mL戊二醛、1mL3.65wt％稀盐酸溶液和0.1mLTween-80制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.8mL的Span80和10mL正庚烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在40℃水浴、1300rpm搅拌速率下进行；
(2)在40℃水浴、250rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(0.6mL的Tween-80和20mL的PVA-1799水溶液组成，PVA-1799水溶液的浓度为0.8gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应4h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在45℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本实施例中囊芯与囊壁的质量比为0.05。
实施例5
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL 0.4mg/mL碳量子点溶液、0.8mL戊二醛、1mL3.65wt％稀盐酸溶液和0.6gSDBS制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.8mL的Span80和10mL正庚烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在40℃水浴、1300rpm搅拌速率下进行；
(2)在30℃水浴、300rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(0.6g明胶和20mL的PVA-1788水溶液组成，PVA-1799水溶液的浓度为0.8gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应2.5h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在45℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本实施例中囊芯与囊壁的质量比为0.01。
实施例6
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL 0.08mg/mL碳量子点溶液、0.8mL戊二醛、1mL3.65wt％稀盐酸溶液和0.2mL Tween-80制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.8mL的Span80和10mL环己烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在40℃水浴、1500rpm搅拌速率下进行；
(2)在40℃水浴、300rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(0.3g明胶和20mL的PVA-1799水溶液组成，PVA-1799水溶液的浓度为0.8gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应3h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在45℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本实施例中囊芯与囊壁的质量比为0.002。
实施例7
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL 0.8mg/mL碳量子点溶液、0.8mL戊二醛、1mL2wt％稀盐酸溶液和0.2mLTween-80制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.8mL的Span80和10mL环己烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在45℃水浴、1300rpm搅拌速率下进行；
(2)在45℃水浴、300rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(0.6mL的Tween-80和20mL的PVA-1788水溶液组成，PVA-1788水溶液的浓度为0.8gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应2h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在45℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本实施例中囊芯与囊壁的质量比为0.02。
实施例8
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL 0.1mg/mL碳量子点溶液、1mL戊二醛、1mL3.65wt％稀盐酸溶液和0.1mLTween-80制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.8mL的Span80和10mL环己烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在40℃水浴、2000rpm搅拌速率下进行；
(2)在40℃水浴、300rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(0.6mL的Tween-80和20mL的PVA-1799水溶液组成，PVA-1799水溶液的浓度为0.8gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应3h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在40℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本实施例中囊芯与囊壁的质量比为0.0025。
实施例9
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL 1.5mg/mL碳量子点溶液、0.8mL戊二醛、1mL3.65wt％稀盐酸溶液和0.1mL Tween-80制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.8mL的Span80和10mL正庚烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在45℃水浴、1300rpm搅拌速率下进行；
(2)在45℃水浴、300rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(0.6mL的Tween-80和20mL的PVA-1788水溶液组成，PVA-1788水溶液的浓度为0.8gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应2h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在45℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。本实施例中囊芯与囊壁的质量比为0.0375。
实施例10
一种水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4mL碳量子点溶液(其浓度分别为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1、2mg/mL)、0.8mL戊二醛、1mL3.65wt％稀盐酸溶液和0.2mL Tween-80制备成内水相；将内水相逐滴滴加到油相(0.8mL的Span80和10mL环己烷组成)中，乳化20min，形成稳定的W/O初乳液；内水相的形成以及初乳液的形成都是在40℃水浴、1500rpm搅拌速率下进行；
(2)在40℃水浴、250rpm搅拌速率下，将初乳液加入外水相(0.3mL的Tween-80和20mL的PVA-1788水溶液组成，PVA-1788水溶液的浓度为0.8gPVA/100mL水溶液)中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应3h，离心，依次用石油醚、水和石油醚洗涤，在45℃下真空干燥12h，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。
测定不同浓度碳量子点溶液(其浓度分别为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1、2mg/mL)以及实施10中在不同浓度碳量子点溶液下制备的水溶性碳量子点缓释胶囊的荧光光谱图，测试结果如图3所示。
图3为不同浓度碳量子点溶液(图3a)及实施10中在不同浓度碳量子点溶液下制备的水溶性碳量子点缓释胶囊(图3b)的荧光光谱图。由图3可知，随着碳量子点浓度的增加，其溶液、微胶囊的荧光强度均呈现先增大后减少趋势。对于碳点溶液(图3a)，其最高荧光强度出现在较低浓度(0.03mg/mL)处，而在较高浓度如0.2mg/mL时，其荧光强度微弱，可能与碳点粒子间强相互作用引起的淬灭相关。而对于粉末胶囊(图3b)，其最高荧光强度出现在较高浓度下(0.3mg/mL溶液)合成的胶囊，若碳点浓度过低，包覆的量过少，微胶囊的荧光强度较低，若碳点浓度过高，碳量子点在微胶囊中分散差、易集聚，导致荧光强度减弱。总的来说，微胶囊的荧光强度明显高于碳量子点溶液，其最高荧光强度(9800a.u.)大于碳量子点溶液(4500a.u.)。
测定碳量子点溶液(其浓度为0.3mg/mL)以及实施10中在0.1～0.4mg/mL浓度碳量子点溶液下制备的水溶性碳量子点缓释胶囊的荧光效率曲线，测试结果如图4所示。
图4为碳量子点溶液(其浓度为0.3mg/mL)(图4a)以及实施10中在不同碳量子点溶液(其浓度为0.1、0.2、0.3、0.4mg/mL)下制备的水溶性碳量子点缓释胶囊(图4b)的荧光效率曲线；图4b中0.4mg/mL的曲线靠近0.2mg/mL。对于碳点溶液(图4a)，以硫酸奎宁做参考物，测得其荧光(量子)产率为66.1％，对于0.3mg/mL的碳点溶液进行包覆获得的粉末微胶囊(图4b)，以聚四氟乙烯为参考物，其荧光效率高达72.8％。进一步说明由于壁材的包覆，降低了碳量子点因相互接触而发生的聚积，从而避免了碳量子点在粉末状态下发生淬灭。
图5为碳量子点(图5a)以及实施10中在浓度为0.3mg/mL碳量子点溶液下制备的水溶性碳量子点缓释胶囊(图5b)的XPS图。由图5a可知，碳量子点主要含有C、N、O元素。由图5b可知，由于有机高分子壳层的存在，水溶性碳量子点芯材N元素的含量明显降低(几乎探测不出)，表明合成的缓释胶囊的壳层对芯材的有效包覆和保护。另一方面油相、外水相的加入导致碳量子点的浓度稀释，使微胶囊中氮元素含量的大大降低。

Claims (10)

1.一种水溶性碳量子点缓释微胶囊，其特征在于：由含有水溶性碳量子点的囊芯和囊壁组成；所述囊壁的壁材为聚乙烯醇；
所述水溶性碳量子点为氮、硫、硅、硼中一种或多种元素掺杂的碳量子点。
2.根据权利要求1所述水溶性碳量子点缓释微胶囊，其特征在于：所述水溶性碳量子点为至少有氮掺杂的碳量子点；
所述聚乙烯醇为PVA-0588，PVA-1788,PVA-1799,PVA-2088,PVA-2099,PVA-2488,PVA-2499中一种以上；
所述碳量子点与壁材的质量比为0.001～0.1。
3.根据权利要求1～2任一项所述水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在搅拌的条件下，将由碳量子点、交联剂、催化剂、水溶性乳化剂及水组成的水相逐滴滴加到由油溶性乳化剂和有机溶剂组成的油相中，乳化形成W/O初乳液；
(2)在低速搅拌下，将初乳液加入由壁材PVA、稳定剂及水组成的外水相中，形成W/O/W复乳；加完后，继续交联反应1～5h，离心，洗涤，干燥，得到水溶性碳量子点缓释胶囊。
4.根据权利要求3所述水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述壁材PVA为PVA-1799，PVA-1788；步骤(1)中所述交联剂为醛类化合物；步骤(1)中所述催化剂为酸性催化剂；
步骤(2)中所述稳定剂为吐温、聚乙烯醇、明胶中的一种以上；
步骤(1)中所述水溶性乳化剂为吐温、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、牛血清白蛋白中的一种以上；所述油溶性乳化剂为斯盘、氧化聚乙烯蜡乳液、聚乳酸中的一种以上。
5.根据权利要求4所述水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述交联剂为甲醛、乙醛、丁醛、戊二醛中一种以上；
步骤(1)中所述催化剂为盐酸、硫酸、醋酸、草酸中的一种以上；
所述水溶性乳化剂为Tween80或SDBS，所述油溶性乳化剂为Span80。
6.根据权利要求3所述水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述初乳液中碳量子点与壁材PVA的质量比为(0.002～0.07)：1；
步骤(1)中所述水溶性乳化剂与油溶性乳化剂体积比为1：(1～10)；
步骤(1)中所述水溶性乳化剂与油溶性乳化剂的总用量占初乳液用量的2％～15％。
7.根据权利要求3所述水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述壁材PVA的加入量为外水相质量的0.5％～1.5％；
步骤(1)中所述交联剂的加入量为水相体积分数的10％～30％；
步骤(1)中所述催化剂以溶液的形式加入，催化剂溶液的用量为水相体积分数的10％～20％；催化剂溶液的浓度为2～4wt％；
步骤(2)中稳定剂的加入量为外水相质量的0.5％～5％。
8.根据权利要求3所述水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，其特征在于：所述内水相、油相、外水相的体积比为1：(1.5～3)：(1.5～6)；
步骤(1)中所述有机溶剂为环己烷，正庚烷，己烷，二氯甲烷，氯仿中的一种以上。
9.根据权利要求3所述水溶性碳量子点缓释胶囊的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述搅拌的转速为1000～3500rpm；步骤(2)中所述搅拌的速率为100～800rpm；
步骤(1)中所述乳化温度为20～50℃；
步骤(2)中所述W/O/W复乳的形成以及继续交联反应的温度为20～50℃；继续交联反应的时间为2～4h。
10.根据权利要求1～2任一项所述水溶性碳量子点缓释胶囊的应用，其特征在于：所述水溶性碳量子点缓释微胶囊用于促进植物光合作用、LED、太阳能光伏电池、防晒化妆品领域。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109608659A (zh) * 2018-11-27 2019-04-12 陕西科技大学 高效光催化型酪素/碳量子点复合乳液的制备方法
CN109777754A (zh) * 2019-01-30 2019-05-21 北京林业大学 一种提高钝顶螺旋藻β-胡萝卜素和玉米黄质积累的方法
CN110180521A (zh) * 2019-06-05 2019-08-30 陕西科技大学 一种碳量子点/二氧化钛纳米复合材料的制备方法
CN110357266A (zh) * 2019-07-15 2019-10-22 浙江海洋大学 利用鼠尾藻去除污染水体中重金属离子的方法
CN110639019A (zh) * 2019-09-20 2020-01-03 湖北大学 基于碳点和中空二氧化锰的荧光共振能量转移的药物载体系统
CN110862709A (zh) * 2019-11-22 2020-03-06 济南大学 一种可逆热致变色金属配合物微胶囊及其制备方法和用途
CN110898773A (zh) * 2019-12-05 2020-03-24 济南大学 一种二氧化钒有机复合微胶囊的制备方法
CN112442244A (zh) * 2019-08-27 2021-03-05 天津大学 一种室温磷光量子点材料及其制备方法和应用
CN113174245A (zh) * 2021-04-26 2021-07-27 济南大学 聚乙烯醇包覆的纳米二氧化钒光热响应微胶囊及其制备方法
CN113622195A (zh) * 2021-07-19 2021-11-09 武汉纺织大学 一种掺杂碳量子点防紫外棉织物的制备方法
WO2022086447A1 (en) * 2020-10-21 2022-04-28 Nanyang Technological University Doped carbon dots and uses thereof
CN116212754A (zh) * 2021-12-02 2023-06-06 燕山大学 一种含碳量子点的光引发自修复微胶囊及其制备方法
EP4098611A4 (en) * 2020-01-31 2024-03-06 Fundacao Univ De Brasilia PHOTOSYNTHESIS POTENTIALIZER BASED ON HYBRID CARBON NANOPARTICLES, ITS OBTAINING PROCESS AND ITS USE AS NANO-BIOSTIMULANTS AND NANO-FERTILIZERS IN AGRICULTURAL CROPS

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101362069A (zh) * 2008-10-08 2009-02-11 中国科学院过程工程研究所 一种中空多孔微胶囊及其制备方法
CN101668697A (zh) * 2007-03-30 2010-03-10 科技研究局 被封装的量子点
CN101693179A (zh) * 2009-11-06 2010-04-14 上海交通大学 可生物降解纳米微球的制备方法
US20120253000A1 (en) * 2009-02-09 2012-10-04 The Regents Of The University Of California Microcapsule and Methods of Making and Using Microcapsules
CN104224753A (zh) * 2013-06-24 2014-12-24 中国科学院过程工程研究所 一种包埋小分子亲水性药物缓释微囊及其制备方法
CN104945855A (zh) * 2014-03-24 2015-09-30 Tcl集团股份有限公司 一种量子点/环氧树脂微球及其制备方法及彩色转化膜
CN106336513A (zh) * 2016-07-28 2017-01-18 浙江欧仁新材料有限公司 一种高分子有机硅包覆碳量子点及其制备方法和应用
CN107090355A (zh) * 2017-03-16 2017-08-25 天津工业大学 缓释香精微胶囊的合成技术

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101668697A (zh) * 2007-03-30 2010-03-10 科技研究局 被封装的量子点
CN101362069A (zh) * 2008-10-08 2009-02-11 中国科学院过程工程研究所 一种中空多孔微胶囊及其制备方法
US20120253000A1 (en) * 2009-02-09 2012-10-04 The Regents Of The University Of California Microcapsule and Methods of Making and Using Microcapsules
CN101693179A (zh) * 2009-11-06 2010-04-14 上海交通大学 可生物降解纳米微球的制备方法
CN104224753A (zh) * 2013-06-24 2014-12-24 中国科学院过程工程研究所 一种包埋小分子亲水性药物缓释微囊及其制备方法
CN104945855A (zh) * 2014-03-24 2015-09-30 Tcl集团股份有限公司 一种量子点/环氧树脂微球及其制备方法及彩色转化膜
CN106336513A (zh) * 2016-07-28 2017-01-18 浙江欧仁新材料有限公司 一种高分子有机硅包覆碳量子点及其制备方法和应用
CN107090355A (zh) * 2017-03-16 2017-08-25 天津工业大学 缓释香精微胶囊的合成技术

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109608659A (zh) * 2018-11-27 2019-04-12 陕西科技大学 高效光催化型酪素/碳量子点复合乳液的制备方法
CN109777754A (zh) * 2019-01-30 2019-05-21 北京林业大学 一种提高钝顶螺旋藻β-胡萝卜素和玉米黄质积累的方法
CN110180521A (zh) * 2019-06-05 2019-08-30 陕西科技大学 一种碳量子点/二氧化钛纳米复合材料的制备方法
CN110180521B (zh) * 2019-06-05 2022-07-26 陕西科技大学 一种碳量子点/二氧化钛纳米复合材料的制备方法
CN110357266A (zh) * 2019-07-15 2019-10-22 浙江海洋大学 利用鼠尾藻去除污染水体中重金属离子的方法
CN110357266B (zh) * 2019-07-15 2022-01-11 浙江海洋大学 利用鼠尾藻去除污染水体中重金属离子的方法
CN112442244A (zh) * 2019-08-27 2021-03-05 天津大学 一种室温磷光量子点材料及其制备方法和应用
CN110639019A (zh) * 2019-09-20 2020-01-03 湖北大学 基于碳点和中空二氧化锰的荧光共振能量转移的药物载体系统
CN110639019B (zh) * 2019-09-20 2022-10-11 湖北大学 基于碳点和中空二氧化锰的荧光共振能量转移的药物载体系统
CN110862709A (zh) * 2019-11-22 2020-03-06 济南大学 一种可逆热致变色金属配合物微胶囊及其制备方法和用途
CN110898773A (zh) * 2019-12-05 2020-03-24 济南大学 一种二氧化钒有机复合微胶囊的制备方法
EP4098611A4 (en) * 2020-01-31 2024-03-06 Fundacao Univ De Brasilia PHOTOSYNTHESIS POTENTIALIZER BASED ON HYBRID CARBON NANOPARTICLES, ITS OBTAINING PROCESS AND ITS USE AS NANO-BIOSTIMULANTS AND NANO-FERTILIZERS IN AGRICULTURAL CROPS
WO2022086447A1 (en) * 2020-10-21 2022-04-28 Nanyang Technological University Doped carbon dots and uses thereof
CN113174245A (zh) * 2021-04-26 2021-07-27 济南大学 聚乙烯醇包覆的纳米二氧化钒光热响应微胶囊及其制备方法
CN113622195A (zh) * 2021-07-19 2021-11-09 武汉纺织大学 一种掺杂碳量子点防紫外棉织物的制备方法
CN113622195B (zh) * 2021-07-19 2024-05-14 武汉纺织大学 一种掺杂碳量子点防紫外棉织物的制备方法
CN116212754A (zh) * 2021-12-02 2023-06-06 燕山大学 一种含碳量子点的光引发自修复微胶囊及其制备方法

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