CN109845767B - 一种碳量子点纳米乳液及作为消毒剂应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳量子点纳米乳液及作为消毒剂应用。本发明以氯化胆碱、氨基酸及乳酸合成的低共熔溶剂为原料，合成同时含氮、氯掺杂的碳量子点，再与天然植物精油制备纳米乳液，充分利用碳量子点及植物精油的广谱杀菌且无任何耐药性，细胞无毒性及对皮肤也未发现任何刺激反应的特点，制备一种新型、绿色、环保、安全的消毒剂。本发明制备的纳米乳液具有安全、环保、制备工艺简单、杀菌快速、效果优良的特点。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体是涉及一种碳量子点纳米乳液及作为消毒剂应用。
背景技术
消毒剂用于杀灭传播媒介上病原微生物，使其达到无害化要求，将病原微生物消灭于人体之外，切断传染病的传播途径，达到控制传染病的目的。消毒剂按照其作用的水平可分为灭菌剂、高效消毒剂、中效消毒剂、低效消毒剂。灭菌剂可杀灭一切微生物使其达到灭菌要求，包括甲醛、戊二醛、环氧乙烷、过氧乙酸、过氧化氢、二氧化氯、氯气。近年来，随着生物技术的迅速发展，国内外研究人员发现了一些纯天然的植物提取液具有消毒杀菌，能够抑制细菌，真菌，寄生虫的生长，人们更倾向于追求天然、绿色、安全、有效的消毒产品。
低共熔溶剂 (Deep eutectic solvent, DES) 具有通过选择不同氢键给体与氢键受体可达到调节其结构与性质的特点，且具有价廉易制备、环保、可生物兼容等优势，在食品样品前处理及分析中备受关注。以低共熔溶剂制备的纳米材料由于其较高的比表面积和增强的生物活性在抗菌方面显示出明显的优势。研究表明精油对多种微生物有抑制作用，且精油对真菌的抑制效果要强于对细菌的抑制效果，但由于在水中溶解度低，限制了其使用。利用碳量子点、植物精油制备纳米乳液，从而提高其溶解性、分散性、生物利用度及达到缓释效果，纳米乳液能提高植物精油的渗透率，对于消毒杀菌具有重要意义。目前有薰衣草精油对白念珠菌体外抗菌活性研究的报道，但以量子点与植物精油制备纳米乳液用作消毒剂研究未见任何报道。
本发明以安全、环保、来源广泛的氯化胆碱、氨基酸及乳酸合成的低共熔溶剂为原料，合成同时含氮、氯掺杂的碳量子点，再与天然植物精油制备纳米乳液，充分利用碳量子点及植物精油的广谱杀菌且无任何耐药性，细胞无毒性及对皮肤也未发现任何刺激反应的特点,制备一种新型、绿色、环保、安全的消毒剂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以低共熔溶剂制备的碳量子点，以及利用该碳量子点与天然植物精油制备纳米乳液，该乳液具有高效、广谱杀菌特点。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
除非另有说明，本发明所采用的百分数均为重量百分数。
本发明的技术方案主要基于以下认识：
一种低共熔剂制备的碳量子点，其特征在于，其方法制备方法包括以下步骤：
（1）低共熔溶剂的制备：将氯化胆碱、乳酸及甘氨酸按摩尔比1：1-3：1-3混合，加热至70-80℃，形成均匀透明溶液，即形成低共熔溶剂；
（2）碳量子点的制备：称取4.0-6.0kg步骤（1）制备的低共熔溶剂加入到100 L超纯水中，超声20-30min，并转移至聚四氟乙烯反应釜，于200℃加热8-12h，自然冷却后，先用孔径为0.22μm滤膜过滤，得到水溶性氯氮掺杂荧光碳量。
（3）纳米乳液的制备：将植物精油、碳量子点、乳化剂按一定比例混合，配制成混合液，采用高压均质机混合法制备成乳状液，即得。
所述的植物精油包括牛至油、丁香罗勒油、薰衣草精油、迷迭香精油中之一种。
所述的乳化剂包括吐温-60、吐温-80、司盘-60、司盘-80中之一种。
所述的植物精油、碳量子点、乳化剂的质量比例为2.0-2.5:40-50:45-58，均质乳化温度为室温，乳化时间为20-40min。
所述的碳量子点纳米乳液，对白念珠菌具有明显的抑菌杀菌作用。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1、本发明制备以含氯、氮三元低共熔溶剂为原料碳量子点，首次将碳量子点与植物精油制备的纳米乳液技术引入微生物抑菌杀菌消毒剂领域。
2、本发明充分利用碳量子点中的氯原子及植物精油抑菌、杀菌特性，以二者制备的纳米乳液的协同作用，对人体主要条件致病菌白念珠菌、革兰氏阴性细菌及革兰氏阳性细菌有显著的抑菌杀菌效果。
3、本发明制备的纳米乳液具有安全、环保、制备工艺简单、杀菌抑菌效果优良的特点，纳米乳液作为消毒剂与现有商品化的含氯、碘消毒剂相比，具有刺激小、安全性高、杀菌效果相当的特点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，但实施例并不是对本发明技术方案的限定，所有基于本发明所作出的变化或等同替换均应属于本发明的保护范围。
实施例1：
1、低共熔溶剂的制备：将氯化胆碱、乳酸及甘氨酸按摩尔比1：1：1混合，加热至70℃，形成均匀透明溶液，即形成低共熔溶剂；
2、碳量子点的制备：称取4.0kg步骤（1）制备的低共熔溶剂加入到100 L超纯水中，超声25min，并转移至聚四氟乙烯反应釜，于200℃加热8h，自然冷却后，先用孔径为0.22μm滤膜过滤，后用截留分子量为3000D 的透析袋进行透析处理24h，得到水溶性氯氮掺杂荧光碳量子点。
3、纳米乳液的制备：将0.50kg牛至油、10.00kg碳量子点、12.00kg吐温-60混合，配制成混合液，室温下采用高压均质机乳化20 min，即得纳米乳液。
4、纳米乳液对微生物菌种的杀灭作用：
（1）菌悬液的配制：试验菌种包括金黄色葡萄球菌（ATCC 6538）、铜绿假单胞菌（10104-13）、大肠杆菌（44148）、白念珠菌（ATCC10231）购自云南大学微生物研究所。
将新鲜培养的斜面上菌苔以 0.03 mol /L 磷酸盐缓冲液( PBS) 洗涤，充分混匀，将黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌均用含3%的牛血清白蛋白PBS缓冲液进行对倍稀释，使回收菌落数均达1×108～5×108cfu/mL；白念珠菌含3%的牛血清白蛋白PBS缓冲液进行对倍稀释，使回收菌落数均达1×106～5×106cfu/mL。
（2）中和剂鉴定试验：试验菌为金黄色葡萄球菌和白色念珠菌，共6组试验，按悬液定量杀菌试验方法进行。结果判定，以第1组有极少量菌生长或无菌生长。第2组菌数超出200 cfu/mL，但明显少于第3、4、5组，第3、4、5组间菌数的误差率不超出15％，第6组不长菌，试验需重复3次，结果一致，表明所选的中和剂及浓度适宜。中和剂鉴定试验结果见表l。结果表明，中和剂选用10g/L甘氨酸+10g/L硫代硫酸钠+3g/L卵磷脂的磷酸盐缓冲液，能有效中和该复方消毒剂对试验菌的残留作用，且中和剂及中和产物对试验菌生长无影响。
表1 纳米乳液中和剂鉴定试验结果
（3）悬液定量杀菌试验、载体定量杀菌试验：此实验过程按照《消毒技术规范》（2002年版）进行细菌悬液定量杀微生物试验研究。杀灭试验所用消毒剂为本发明纳米乳液原液稀释10倍，4个菌种的作用时间均设置为1、2、5、10、20和30min，整个试验均在（20±1）℃ 环境温度下进行。试验重复３次，计算各作用时间各组的活菌浓度，按公式要求计算杀灭对数值，并进行结果评价。实验结果见表2。
表2 纳米乳液对4种试验菌的杀灭效果
实施例2：
1、低共熔剂的制备：将氯化胆碱、乳酸及甘氨酸按摩尔比1：2：2混合，加热至75℃，形成均匀透明溶液，即形成低共熔溶剂；
2、碳量子点的制备：称取5.0kg步骤（1）制备的低共熔溶剂加入到100 L超纯水中，超声20 min，并转移至聚四氟乙烯反应釜，于200℃加热9 h，自然冷却后，先用孔径为0.22μm滤膜过滤，后用截留分子量为3000D 的透析袋进行透析处理24h，得到水溶性氯氮掺杂荧光碳量子点。
3、纳米乳液的制备：将0.45kg丁香罗勒油、9.00kg碳量子点、13.05kg吐温-80混合，配制成混合液，室温下采用高压均质机乳化35 min，即得纳米乳液。
4、纳米乳液对微生物菌种的杀灭作用：同实施例1。实验结果见表3。
表3 纳米乳液对4种试验菌的杀灭效果
实施例3：
1、低共熔溶剂的制备：将氯化胆碱、乳酸及甘氨酸按摩尔比1：1：2混合，加热至80℃，形成均匀透明溶液，即形成低共熔剂；
2、碳量子点的制备：称取5.5kg步骤（1）制备的低共熔溶剂加入到100 L超纯水中，超声30min，并转移至聚四氟乙烯反应釜，于200℃加热11h，自然冷却后，先用孔径为0.22μm滤膜过滤，后用截留分子量为3000D 的透析袋进行透析处理24h，得到水溶性氯氮掺杂荧光碳量子点。
3、纳米乳液的制备：将0.55kg薰衣草精油、11.25kg碳量子点、10.70kg司盘-60混合，配制成混合液，室温下采用高压均质机乳化30 min，即得纳米乳液。
4、纳米乳液对微生物菌种的杀灭作用：同实施例1。实验结果见表4。
表4 纳米乳液对4种试验菌的杀灭效果
实施例4：
1、低共熔溶剂的制备：将氯化胆碱、乳酸及甘氨酸按摩尔比1：3：1混合，加热至80℃，形成均匀透明溶液，即形成低共熔溶剂；
2、碳量子点的制备：称取6.0kg步骤（1）制备的低共熔溶剂加入到100 L超纯水中，超声25min，并转移至聚四氟乙烯反应釜，于200℃加热12h，自然冷却后，先用孔径为0.22μm滤膜过滤，后用截留分子量为3000D 的透析袋进行透析处理24h，得到水溶性氯氮掺杂荧光碳量子点。
3、纳米乳液的制备：将0.5kg迷迭香精油、10.35kg碳量子点、11.65kg司盘-80混合，配制成混合液，室温下采用高压均质机乳化40 min，即得纳米乳液。
4、纳米乳液对微生物菌种的杀灭作用：同实施例1。实验结果见表5。
表5 纳米乳液对4种试验菌的杀灭效果
从表2-5中的实验结果可以看出，当作用2min，本纳米乳液对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌和铜绿假单胞菌的平均杀灭率均在85%以上，当作用5min，平均杀灭率均在99%以上，杀灭对数值≥5.00。而《消毒技术规范》（2002年 版）要求用于手消毒的消毒产品，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的杀灭对数值≥5.00。由实验结果可见，本发明制备的纳米乳液杀菌快速，杀菌性能优越，且绿色、环保。
Claims (3)
1.一种碳量子点纳米乳液作为消毒剂的应用，其特征在于， 其碳量子点纳米乳液制备方法包括以下步骤：（1）低共熔溶剂的制备：将氯化胆碱、丙三醇及甘氨酸按摩尔比1：1-3：1-3混合，加热至70-80℃，形成均匀透明溶液，即形成低共熔溶剂； （2）碳量子点的制备：称取4.0-6.0kg步骤（1）制备的低共熔溶剂加入到100 L超纯水中，超声20-30 min，并转移至聚四氟乙烯反应釜，于200℃加热8-12h，自然冷却后，先用孔径为0.22μm滤膜过滤，得到水溶性氯氮掺杂碳量子点；（3）纳米乳液的制备：将植物精油、碳量子点、乳化剂按2.0-2.5:40-50:45-58质量比例混合，配制成混合液，采用高压均质机混合法制备成乳状液，即得，所述的植物精油选自牛至油、丁香罗勒油、薰衣草精油、迷迭香精油中之一种。
2.根据权利要求1所述应用，其特征在于：所述的乳化剂选自吐温-60、吐温-80、司盘-60、司盘-80中之一种。
3.根据权利要求1所述应用，其特征在于：均质乳化温度为室温，乳化时间为20-40min。
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