水溶性碳量子点缓释纳米胶囊及其在植物生长中的应用

发布时间：2020-07-30 05:40

【摘要】：荧光碳量子点(碳点,CDs)因其具有良好的生物相容性、稳定的荧光性能及低毒性等特征,广泛应用于生物传感、光电器件、光催化、荧光标记等领域。然而,碳点在固态时易猝灭,限制其推广。本文开展高性能CDs纳米胶囊的制备及其在植物生长的应用研究。相关研究概要如下:(1)以聚乙烯醇(PVA)与戊二醛(GA)交联形成聚合物作壳材、水溶性CDs作芯材,通过W/O/W双乳液法构建新型荧光碳点纳米胶囊。探讨溶剂、外水相PVA含量及碳点浓度对CDs纳米胶囊形态及性能的影响;采用FTIR、XPS、XRD、SEM、TEM、粒径分析及TG等手段对CDs纳米胶囊的组成、晶相、形貌及热稳定性进行表征。结果显示,选用环己烷为溶剂、1.5%PVA为外水相、0.3 mg/mLCDs水溶液所获的纳米胶囊具有好的球型结构和荧光强度。XRD及FTIR结果显示,合成的纳米胶囊与CDs一样为无定形结构,CDs芯材表面官能团并没有与PVA壳材基团反应。SEM、TEM及粒径分析表明,CDs纳米胶囊具有明显的球型核壳结构,其平均粒径为317.9 nm。TG结果表明,与芯材CDs相比,CDs纳米胶囊具有更好的热稳定性。对CDs纳米胶囊的光学特性分析表明,由于CDs的胶囊化及有效分散,PVA壳能抑制CDs固态光致发光猝灭,胶囊的量子产率达72.8%。此外,通过封装红色发光CDs,由于PVA壳可以发射有效蓝光,因而可获得双荧光CDs纳米胶囊。(2)采用生菜作为模型,喷施CDs胶囊在其叶面上,探讨CDs胶囊对生菜的生长和生理影响。综合分析CDs胶囊的孔结构、缓释性能、以及胶囊在叶面上的粘附性能和光学性能,发现CDs胶囊具有明显的介孔结构,平均孔径为30 nm,为缓释CDs提供通道,并增强UV光吸收,在可见光区域获得大于80%的透射率;此外,胶囊能有效粘附在叶面上并发射出叶绿体吸收的可见光,从而增强植物的光合作用。将3900 mg/L CDs纳米胶囊悬浮液喷洒在叶片上能获得最佳效果,具有最大净光合作用速率和最高Chl a/b。可溶性糖、可溶性蛋白质、游离氨基酸含量分别增加66.02%,22.14%,15.69%。上述结果表明,合成的纳米胶囊作光肥喷洒叶面,能增强光合作用,为促进植物生长和生理过程提供可能的方案。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S482;TB383.1
【图文】：

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（a）植物对纳米材料的选择性吸收及转运，（b）根部横截面图显示出不同纳米颗粒用差异图 1-1 植物对不同纳米颗粒的吸收、转运和生物转化途径示意图Figure 1-1 Schematic illustration of plant uptake, transport and biotransformation pathwaynanoparticles1.2 碳点的概述荧光纳米粒子因具有优异的性能引起了人们的广泛关注，如独特的光学学性质、热学性质、力学性质以及磁学性质。而具有高荧光效率以及独特的半导体量子点已经被应用于各个领域[22]。但半导体量子点含有重金属离子，低生物相容性以及高成本限制了它们的广泛应用。荧光碳量子点（碳点，C零维的碳纳米球，一般粒径小于 10nm 的新型碳基荧光纳米材料。由于碳点使其具有独特的物化性质，如低毒性、表面易修饰、光稳定性等，是一种可量子点的新型材料，已被广泛应用于多种领域，如光电设备、生物传感、荧催化[23]。

合成方法

第一章绪论1.2.2 碳点的制备方法碳点的合成方法分为两类：自上而下和自下而上。图 1-2 为碳点的合成上而下的方法是指将大尺寸的碳源氧化裂解为小尺寸的碳点，如石墨、碳纳维、碳黑等。主要的方法包括电弧放电法、激光消融法和电化学法等。通常备的碳点，其荧光效率低、粒径大小较难控制、制备方法较为复杂等缺陷。方法是将有机小分子直接进行高温碳化，从而获取碳点。主要包括微波辅助法溶剂热法和超声法。

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根据文献92报道的方法进行制备，将 0.2 g 尿素和 0.2 g 对苯二胺溶解在 50 mL 水；然后，将溶液转移到聚（对苯酚）- 线型不锈钢高压釜中。在 160 ℃加热 10 小时，后冷却至室温后，使用乙酸乙酯和乙醇的混合物作为洗脱液，通过二氧化硅柱色谱法化所得溶液。然后，收集发红色荧光的碳点，最后冷冻干燥获取碳点的固态粉末进行存。.3.3 蓝色碳点胶囊和双色碳点胶囊的制备由于 PVA 具有良好的生物相容性，无毒性，易溶解性，低成本和易成膜性，因而在种领域中都获取广泛应用。在这项工作中，使用了一种水包油包水（W/O/W）双乳法来制备 CDs 纳米胶囊。图 2-1 中显示了 CDs 纳米胶囊合成的示意图。在 CDs 纳米囊的制备过程中，吐温 80 在内水相中起支撑作用。Span80 用作表面活性剂以稳定由s 和环己烷组成的初乳液。PVA 通过渗透压在酸性条件下与交联剂 GA 在油相表面进交联反应。

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