[发明专利]一种pH响应的荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种pH的响应荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶及其制备方法。

技术背景

微凝胶(microgel)是分子内高度交联的聚合物胶体粒子，其内部结构为典型的三维网状结构。微凝胶(hydrogel)是一种能储蓄大量水分而显著溶胀的亲水性凝胶。因结构中一般含有亲水性的基团，如-CONH₂、-COOH、-SO₃H等，这些微凝胶通常具有环境（如pH，温度）刺激响应性能，其体积会随着环境（如pH，温度）的变化而长大或缩小。因微凝胶表面吸附性能强、比表面积大、功能多样性、凝胶颗粒尺寸可控、结构组成可设计等诸多特点，使其在药物传送、土木建筑、食品保鲜、消防、污水处理等众多领域有广泛的潜在应用价值。然而，现有的响应性微凝胶常只有体积响应，即环境变化时，通常只是其体积对环境变化做出响应，这极大地限制了水凝胶的实际应用。因此，利用新材料新方法来设计制备新型的响应性微凝胶，可以更好地应用很多领域，开发新型的响应性微凝胶也成为研究水凝胶领域的热点方向之一。

发明内容

发明提供了一种pH响应的荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶，该荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶的荧光具有良好的pH响应性，在pH传感、药物释放、催化领域有很好的应用。

为实现上述目的，本发明的实施方案为：一种pH响应的荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取荧光碳纳米颗粒，用二氯甲烷溶解，配制成浓度为0.5-10mg/mL的荧光碳颗粒溶液，加入酰氯类单体，在室温下反应10h，之后将反应溶剂除去，加水，旋干后得到双键化荧光碳纳米颗粒；

 (2)称取双键化荧光碳纳米颗粒，加入100mL蒸馏水中分散溶解；并将其转移到装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的三口瓶中；打开搅拌器，并均匀通氮气，完全排出容器和溶液中的空气后，加入交联剂、十二烷基磺酸钠(SDS)、pH响应性聚合物单体；继续通氮气，完全排出容器和溶液中的空气，加热；待反应液开始回流后，称取引发剂并将其加入三口瓶中；

(3)持续通氮气，在50-90℃继续回流反应5-20h后停止反应；

(4)冷却至室温后过滤，取滤液，取滤液置于透析袋中透析48h，所得透析液即为纯化好的碳纳米颗粒杂化微凝胶。

步骤(1)中，所述荧光碳颗粒和酰氯类单体的质量比为10:1-50:1。

步骤（1）中，所述荧光碳纳米颗粒为水热法碳化葡萄糖、纤维素、壳聚糖、EDTA·2Na、EDTA或明胶制备的荧光碳纳米颗粒。优选为水热法碳化EDTA·2Na制备的荧光碳纳米颗粒。

步骤（1）中，所述酰氯类单体为丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯或丁烯酰氯。优选丙烯酰氯。 

步骤（2）中，所述pH响应性聚合物单体为丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酰胺。优选丙烯酸。

步骤(2)中，双键化荧光碳颗粒用量为1-40重量份，pH响应性聚合物单体用量为120-650重量份，十二烷基磺酸钠用量为1-20重量份，引发剂用量为1-10重量份。双键化荧光碳颗粒与pH响应性聚合物单体的投料质量比为1:3-1:650；进一步优选，双键化荧光碳颗粒与pH响应性聚合物单体的投料质量比为1:20。

步骤（2）中，所述引发剂为过氧化氢、过硫酸铵或过硫酸钾。优选过硫酸钾。

步骤（2）中，所述交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺。

步骤（3）中，优选回流反应温度为70℃，反应时间为10h。

本发明还提供一种如上述方法制备的pH响应的荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶产品。

发明制得的pH响应的荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶无生物毒性，其粒径在760nm左右，在同一波长（320 nm）激发下，pH增加，荧光减弱；反之荧光增强，荧光具有良好的pH响应性；在药物释放、pH传感、催化领域有很好的应用。

附图说明

图1为实施例3制备的pH响应的荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶的扫描电镜图谱（平均粒径大约为760 nm）

图2为实施例1制备的荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶水溶液的pH响应性荧光图谱（pH增加，荧光减弱，反之荧光增强，激发波长320 nm）。

图3为实施例2制备的荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶水溶液的pH响应性荧光图谱（pH增加，荧光减弱，反之荧光增强，激发波长320 nm）。

图4为实施例3制备的荧光碳纳米颗粒杂化微凝胶水溶液的pH响应性荧光图谱（pH增加，荧光减弱，反之荧光增强，激发波长320 nm）。