一种纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒的制备方法

1.一种用于抗紫外线的纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
配制浓度为3mg mL-1的0.5wt％的季铵化壳聚糖水溶液20mL，3mg mL-1L-半胱氨酸水溶液20mL，将二者等体积混合，再加入纳米氧化锌前驱体，使其浓度为2mg mL-1，室温下搅拌
24h使其混合均匀，最后用0.5M的NaOH调节溶液pH为7，无色溶液呈现出蓝乳光，即为所需的纳米氧化锌/季铵化壳聚糖杂化纳米颗粒。
2.权利要求1所述方法制备得到的纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒。
3.一种化妆制品，其特征在于，是包含权利要求2所述纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述化妆制品，其特征在于，包括化妆品油或乳液或膏霜。
5.权利要求2所述的纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒在化妆品防晒或抗紫外吸收材料领域中的应用。

一种纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒的制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒及其制备方法，属于复合纳米颗粒领域。\n背景技术\n[0002] 无机防晒剂是一种通过对紫外线的反射、折射和散射而起到防晒作用的物理防晒剂，当其粒径在1-100nm时，则称为无机纳米防晒剂。无机纳米防晒剂与普通无机防晒剂相比，粒径小，比表面积大，既能吸收紫外线，也能反射紫外线，对紫外线有着更强的阻隔能力。然而，因其粒径小，存在比表面积大，导致其易团聚、光催化活性高，易渗透皮肤，给人们的健康造成了潜在的危害。为了解决其易团聚、光催化活性高，易渗透皮肤等问题，目前，主要采取表面覆盖包膜方法，例如使用氧化铝、脂肪酸、二甲基聚硅氧烷、天然大分子等包覆二氧化钛颗粒，使其：①表面惰性化，提高其光化学稳定性进行；②包覆后增大其粒径，降低其皮肤渗透性；③表面带有不同的功能性基团，通过表面处理的二氧化钛能很好地分散于不同的介质中。\n[0003] 比如，肖杰等[Xiao  J,Chen W,Wang F,et  al.Polymer/TiO2Hybrid Nanoparticles with Highly Effective UV-Screening  but Eliminated Photocatalytic Activity[J].Macromolecules,2013,46(2):375-383.]将三嵌段聚合物PEO-b-PDMA-b-PS在THF/EtOH中进行自组装制备具有核壳结构的胶体粒子，再将纳米二氧化钛的前驱体钛酸四乙酯加入到胶束溶液中，通过溶胶-凝胶反应制备了聚合物/TiO2杂化胶体粒子，其具有较好的分散性、低光催化活性及较好的防晒性能。近期，Anna Regiel等[Regielfutyra A, M, S,et al.The quenching effect of chitosan \ncrosslinking on ZnO nanoparticles photocatalytic activity[J].Rsc Advances,\n2015,5(97):80089-80097.]报道了通过将壳聚糖和纳米氧化锌共混，再加入交联剂三聚磷酸钠使壳聚糖交联在纳米氧化锌表面，以提高纳米氧化锌的分散性，并淬灭其光化学活性。\n[0004] 然而，目前方法所得的颗粒粒径任然相对较大，分散性较差，光催化活性并没有得到显著的抑制作用，进而制约了纳米防晒剂的发展。\n发明内容\n[0005] 为了克服上述现有技术中纳米氧化锌存在的分散性差、光催化活性高以及易渗透进入皮肤的问题，本发明对纳米氧化锌改性方法进行探究，通过阳离子多糖/L-半胱氨酸/纳米氧化锌前驱体混合溶液制备得到一种纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒，所得一种纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒分散性好、光催化活性低和皮肤渗透性低，是一种具有防晒和抗氧化功能的杂化纳米防晒颗粒。\n[0006] 本发明第一个目的是提供了一种纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒的制备方法，所述制备方法包括：\n[0007] (1)阳离子多糖溶液和含巯基氨基酸溶液混合，加入纳米氧化锌前驱体，室温下搅拌24h直至纳米氧化锌前驱体完全溶解，得到阳离子多糖/L-半胱氨酸/纳米氧化锌前驱体的混合溶液；\n[0008] (2)向上述混合溶液加入碱水溶液调节混合溶液pH至7，溶液呈现出蓝乳光，得到杂化纳米颗粒。\n[0009] 在本发明的一种实施方式中，所述阳离子多糖与含巯基氨基酸的质量浓度比为(0.5～6):1。\n[0010] 在本发明的一种实施方式中，所述纳米氧化锌前驱体与含巯基氨基酸与的质量浓度比为(0.1～6):1。\n[0011] 在本发明的一种实施方式中，所述纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒的制备方法，具体包括以下步骤：配制阳离子多糖水溶液，配制含巯基氨基酸水溶液，将二者等体积混合，加入纳米氧化锌前驱体，室温下搅拌24h直至其完全溶解，再用碱性调节剂调节混合溶液pH为5～8，无色溶液呈现出蓝乳光，得到纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒；\n[0012] 以重量分数计，各反应物用量配方如下：\n[0013] 阳离子多糖           10～200份，\n[0014] 含巯基氨基酸         20～100份，\n[0015] 纳米氧化锌前驱体     50～200份。\n[0016] 在本发明的一种实施方式中，所述混合溶液中纳米氧化锌前驱体为无水醋酸锌、二水合醋酸锌、六水合醋酸锌、碳酸锌中的一种或多种的混合物。\n[0017] 在本发明的一种实施方式中，所述纳米氧化锌前驱体的浓度为0.5～10mg/mL。\n[0018] 在本发明的一种实施方式中，所述纳米氧化锌前驱体优先选择醋酸锌，其浓度为5～10mg/mL。\n[0019] 在本发明的一种实施方式中，所述含巯基氨基酸包括L-半胱氨酸或者经过巯基化学修饰的氨基酸。\n[0020] 在本发明的一种实施方式中，所述阳离子多糖包括季铵化壳聚糖、阳离子化透明质酸、阳离子瓜尔胶、阳离子纤维素中的一种或多种的混合物。\n[0021] 在本发明的一种实施方式中，所述的阳离子多糖溶液为1～6mg/mL水溶液。\n[0022] 在本发明的一种实施方式中，所述的含巯基氨基酸溶液为2～4mg/mL水溶液。\n[0023] 在本发明的一种实施方式中，所述阳离子多糖溶液和含巯基氨基酸溶液的体积比为1：(1-1.5)。\n[0024] 在本发明的一种实施方式中，所述的碱性调节剂优先选择NaOH水溶液，浓度为\n0.4-0.6M。\n[0025] 本发明的第二个目的是提供所述方法制备得到的纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒。\n[0026] 本发明的第三个目的是提供一种化妆制品，所述化妆制品是包含权利要求8所述纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒。\n[0027] 在本发明的一种实施方式中，所述化妆制品包括化妆油或乳液或膏霜。\n[0028] 本发明的第四个目的是提供纳米氧化锌/阳离子多糖杂化纳米颗粒在化妆品防晒或其他抗紫外吸收材料领域的应用。\n[0029] 本发明有益效果\n[0030] 本发明制备杂化纳米颗粒所用原料阳离子多糖和含巯基氨基酸廉价易得、具有较好的生物相容性，制备过程简单方便，且阳离子多糖具有自由基清除功能，赋予杂化纳米颗粒抗氧化性能，能很好的用于美白护肤品。本发明解决了纳米氧化锌由于粒径易团聚、分散性差的问题，在自组装过程中，阳离子多糖和含巯基氨基酸将纳米氧化锌包裹，还解决了其易渗透、光稳定性差、具有光催化活性的问题同时其可以有效屏蔽紫外线辐射。本发明制备的杂化颗粒对不同的化妆品油都具有较好的乳化性能，在乳液膏霜等的制备中可充当乳化剂使用。\n附图说明\n[0031] 图1为本发明制备的杂化胶体粒子的红外光谱图；\n[0032] 图2为本发明制备的杂化胶体粒子的TEM和SEM图，其中(A1)、(B1)分别是实施例1的TEM和SEM图，(A2)、(B2)分别是实施例2的TEM和SEM图，(A3)、(B3)分别是实施例3的TEM和SEM图；\n[0033] 图3为本发明制备的杂化胶体粒子对紫外透过率图；\n[0034] 图4为本发明制备的杂化胶体粒子对罗丹明的降解速率图；\n[0035] 图5为本发明制备的杂化胶体粒子对DPPH自由基清除速率图；\n[0036] 图6为本发明制备的杂化胶体粒子对不同化妆品用油的乳化效果图。\n具体实施方式\n[0037] 罗丹明B的光降解速率测试：\n[0038] 具体实验操作方法：将罗丹明B加入到ZnO、QAC/L-Cys/ZnO-5、QAC/L-Cys/ZnO-7.5以及QAC/L-Cys/ZnO-10胶体粒子溶液中，使其浓度为至0.1mg/mL，用紫外灯对其照射不同时间，取样品液体10mL，在10000r/min下离心分离，测定上层清液在554nm处的吸光度A,确定溶液中罗丹明B染料的浓度，并按式(1)计算罗丹明B的降解率。\n[0039] 降解率(％)＝[(A0-A)/A0]×100％   (1)\n[0040] 式中:A0、A分别为光处理前后罗丹明B溶液的吸光度。\n[0041] 自由基(DPPH,OH,O2)的清除效率图测试：\n[0042] DPPH清除率测定：1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)是一种人工合成具有单电子以氮为中心的自由基，它能非常稳定的存在于醇溶液中并呈现紫色，在517nm处具有强吸收峰。当DPPH·与抗氧化剂同时存在时，DPPH·能吸收一个抗氧化剂所带的电子或者氢原子，与自己所带的孤对电子配对形成一个更为稳定的无色化合物，自由基的多少能通过颜色变化能准确并快速的被分光光度计检测出。DPPH·清除率因其方便、快捷、稳定等优势，广泛用于抗氧化物质清除自由基能力的评价。\n[0043] 参照周虹的方法，取样品溶液0.5mL，分别加入8×10-5mol L-1的DPPH无水乙醇溶液2.5mL，混合均匀，室温下遮光反应45min，4000r/min条件下离心10min，在517nm处测定吸光度值，每个样品测三次平行，按式2计算DPPH·清除率。\n[0044]\n[0045] 式中：A0-对照组(0.5mL水+2.5mL DPPH溶液)吸光度值；Ai-样品组(0.5mL样品溶液+2.5mL DPPH溶液)吸光度值；Aj-空白组(0.5mL样品溶液+2.5mL无水乙醇溶液)吸光度值。\n[0046] OH清除率测定：清除羟基自由基实验通过清除Fe2+/H2O2体系中的OH来确定抗氧化肽清除羟基自由基能力。参照吴悦的方法稍有改动，依次加入2mL 9mmol L-1的FeSO4溶液、\n2mL 9mmol L-1的水杨酸-乙醇溶液，2mL抗氧化肽溶液于10mL的试管中，最后加入2mL \n8.8mmol L-1的H2O2溶液，在37℃水浴振荡1h。同时以去离子水作为空白作对照。在536nm处测定溶液的吸光度值，平行3次。羟基自由基清除率用下式3计算：\n[0047]\n[0048] 式中：Ao为空白对照液的吸光度；As为加入样品的吸光度。\n[0049] O2清除率测定：该实验采用邻苯三酚法测定超氧阴离子自由基清除率。参照周徐慧的方法略有改动，在10mL具塞试管中加入0.3mL样品溶液与5mL Tris-HCl(pH＝8.2)缓冲溶液，在37℃下水浴20min。在具塞试管中加入0.3mL 7.5mmol L-1的邻苯三酚溶液，振荡均匀，迅速在320nm处每隔5s测其吸光度值一次，反应80s。以吸光度对时间作图，斜率即为样品溶液邻苯三酚自氧化速率As。用0.3mL Tris-HCl缓冲溶液代替样品，按上述方法测得邻苯三酚自氧化速率Ao，平行三次。按式4计算超氧阴离子自由基清除率：\n[0050]\n[0051] 式中：Ao为空白对照液的吸光度；As为加入样品后的吸光度。\n[0052] 以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此。\n[0053] 实施例1：\n[0054] 纳米氧化锌/季铵化壳聚糖杂化纳米颗粒的制备:配制浓度为3mg mL-1的0.5wt％的季铵化壳聚糖(QAC)水溶液20mL，3mg mL-1L-半胱氨酸水溶液20mL，将二者等体积混合，再加入纳米氧化锌前驱体，使其浓度为2mg mL-1，室温下搅拌24h使其混合均匀，最后用0.5M的NaOH调节溶液pH为7，无色溶液呈现出蓝乳光，即为所需的纳米氧化锌/季铵化壳聚糖杂化纳米颗粒(QAC/L-Cys/ZnO-2)。\n[0055] 实施例2：\n[0056] 纳米氧化锌/季铵化壳聚糖杂化纳米颗粒的制备:配制浓度为3mg mL-1的0.5wt％的QAC水溶液20mL，3mg mL-1L-半胱氨酸水溶液20mL，将二者等体积混合，再加入纳米氧化锌前驱体，使其浓度为4mg mL-1，室温下搅拌24h使其混合均匀，最后用0.5M的NaOH调节溶液pH为7，无色溶液呈现出蓝乳光，即为所需的纳米氧化锌/季铵化壳聚糖杂化纳米颗粒(QAC/L-Cys/ZnO-4)。\n[0057] 实施例3：\n[0058] 纳米氧化锌/季铵化壳聚糖杂化纳米颗粒的制备:配制浓度为3mg mL-1的0.5wt％的QAC水溶液20mL，3mg mL-1L-半胱氨酸水溶液20mL，将二者等体积混合，再加入纳米氧化锌前驱体，使其浓度为6mg mL-1，室温下搅拌24h使其混合均匀，最后用0.5M的NaOH调节溶液pH为7，无色溶液呈现出蓝乳光，即为所需的纳米氧化锌/季铵化壳聚糖杂化纳米颗粒(QAC/L-Cys/ZnO-6)。\n[0059] 对比例1：\n[0060] 配制浓度为1mg mL-1的壳聚糖水溶液60mL，加入纳米氧化锌60mg，再加入120mg交联剂三聚磷酸钠(TPP，QAC:ZnO:TPP＝1:1:2)，磁力搅拌15min后超声处理30min，再将样品离心(4000rpm，5分钟)，蒸馏水洗涤沉淀两次，即得CS@氧化锌；在进一步测试之前，将它们直接重新悬浮在水中。\n[0061] 实施例4对上述所得杂化纳米颗粒进行性能测试：\n[0062] QAC，ZnO，L-半胱氨酸以及QAC/L-Cys/ZnO杂化胶体粒子的全反射红外光谱测试：\nQAC中质子化氨基和羟基与L-半胱氨酸中阴离子羧基间的静电作用及L-半胱氨酸与ZnO之间的络合作用可诱导形成QAC/L-Cys/ZnO杂化胶体粒子。纯QAC、L-半胱氨酸、ZnO和杂化胶-1\n体粒子的FTIR谱图说明混合过程中形成杂化物，如图1红外所示，QAC谱图中1658cm 是酰胺Ⅰ带羰基(C＝O)的伸缩振动峰，而1576cm-1是酰胺Ⅱ带和脱乙酰基单元中氨基N-H弯曲振动的组合。L-半胱氨酸谱图中3182cm-1是羧基上羟基和-NH2的特征峰，2537cm-1为-SH的特征峰，ZnO上羟基的特征峰为3416cm-1。在QAC/ZnO谱图中，-SH特征峰消失，证明巯基与纳米氧-1 -1\n化锌相互作用，3300cm 特征峰变宽且变强，是因为氢键的生成，同时1037cm 是QAC上糖苷键(C-O-C)的特征峰，证明成功制备QAC/L-Cys/ZnO杂化胶体粒子。\n[0063] 所得杂化纳米颗粒进行产品性能，如表1所示：\n[0064] 表1杂化纳米颗粒产品性能\n[0065]\n[0066] 由表1可知，对比例所得纳米颗粒粒径为178nm，而实施例1，2，3得到的杂化胶体粒子制备的杂化纳米颗粒呈球形(图2)，粒径分别在100nm、120nm、150nm左右，颗粒大小可减小15.7％，较好的可达43.8％，分散更为均匀；\n[0067] 由图3可知，单独的QAC和L-半胱氨酸以及二者简单的混合溶液在230-420nm波段的透过率均为80％左右，透过率较高，反之紫外线吸收率较低，而制备的杂化纳米颗粒透过率显著降低，并随着纳米氧化锌浓度的增加而增加，本发明在波段内的最大透过率可降至\n10％，说明具有较好的紫外线吸收性能；\n[0068] 纳米氧化锌在5h后对罗丹明B的降解率为95％(图4)，由表1可知，由实施例1，2，3得到的杂化胶体粒子的光催化活性明显降低，仅为1.5％，3％，4.6％，而对比例1的光催化活性较大，为12.7％，说明利用季铵化壳聚糖包覆纳米氧化锌能有效屏蔽了纳米氧化锌的光催化活性，季铵化壳聚糖上较多的-NH2以及-OH上的活泼氢能高效清除自由基，从而大大降低了其光催化活性；\n[0069] 此外，在24h后，由实施例1得到的杂化胶体粒子对DPPH,OH,O2三种自由基的最大清除率分别为81.3％，46.8％，60.2％；由实施例2得到的杂化胶体粒子对DPPH,OH,O2三种自由基的最大清除率分别为80.9％，40.2％，57.9％；由实施例3得到的杂化胶体粒子对DPPH,OH,O2三种自由基的最大清除率分别为78.1％，36.9％，52.6％；对比例得到的纳米颗粒对DPPH,OH,O2三种自由基的最大清除率分别为79.7％，26.0％，37.3％，清除效率都较低，说明本发明杂化胶体粒子都具有较好的自由基清除功能，可使皮肤免受自由基的损伤；\n[0070] 由图6可知，所得QAC/ZnO-6杂化胶体粒子除可稳定白油外，还可以稳定角鲨烷、棕榈酸异辛酯、橄榄油等多种化妆品用油，其中以角鲨烷、棕榈酸异辛酯、橄榄油为油相所制得乳状液可稳定放置两月。说明该胶体粒子具有一定的普适性，在化妆品领域具有潜在的运用价值。\n[0071] 上述实施例用来说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都将落入本发明的保护范围。