聚合物氮化碳、所述聚合物氮化碳的特定晶型及其阻隔紫外线的用途的制作方法

1.本发明涉及一种聚合物氮化碳、所述聚合物氮化碳的特定晶型及其阻隔紫外线的用途。本专利申请要求于2020年12月4日向韩国专利厅提交的韩国专利申请第10-2020-0168538号和韩国专利申请第10-2020-0168537号的优先权，所述专利申请的公开内容通过引用合并于本说明书。


背景技术：

2.紫外线是波长范围为280至400纳米的太阳光线，如果暴露于过量的紫外线，则可能会诱导皮肤老化、灼伤、皮肤癌等皮肤受损。特别是，已知波长范围为320至400纳米的uva会破坏表皮中的皮肤脂质或诱导基底层中的黑色素，从而加速皮肤老化。此外，已知波长范围为280至320纳米的uvb诱导皮肤红斑和皮肤灼伤等，从而直接破坏皮肤。因此，需要开发通过同时阻隔uva和uvb来保护皮肤免受紫外线的各种物质。
3.特别是，如果过度暴露于紫外线(uv)射线，则可能会发生皮肤癌，因此需要一种紫外线阻隔剂，以预防威胁生命的疾病和皮肤皱纹。两种常用的无机紫外线阻隔剂是氧化锌(zno)和二氧化钛(tio2)，但使用这种无机紫外线阻隔剂会导致严重的健康问题。这种具有光活性的金属氧化物半导体防晒霜在吸收uv的过程中会产生羟基(
·
oh)和过氧化物基(o2
·-)。这些高活性氧(reactive oxygen species，ros)的产生不仅会分解紫外线阻隔剂的有机添加剂，还会在皮肤组织中诱导氧化应激，从而在细胞水平上造成损伤并加速dna修饰和炎症反应。因此，开发一种可替代氧化锌(zno)和二氧化钛(tio2)的无机紫外线阻隔剂的安全紫外线阻隔剂的研究仍在继续(韩国专利公报第10-2020-0047249号)。
4.因此，最近通过覆盖无机物和有机物的方式来除去致癌的ros的研究正在进行中，但其被商业化的可能性尚未得到证实。因此，需要一种能够在解决如上所述的问题的同时吸收相当于整个uv光谱的所有光能、非常稳定、光催化活性低、具有生物相容性且无毒的物质。


技术实现要素：

5.技术问题
6.本发明的目的在于，提供一种聚合物氮化碳、所述聚合物氮化碳的特定晶型及其阻隔紫外线的用途，以解决如上所述的问题。
7.本发明的一目的在于，提供一种选自由晶型a至g组成的组中的聚合物氮化碳(polymeric carbon nitride：pcn)的晶型。
8.本发明的另一个目的在于，提供一种包含聚合物氮化碳或所述聚合物氮化碳的特定晶型的化妆品组合物、紫外线阻隔用组合物以及皮肤外用剂组合物。
9.本发明的再一个目的在于，提供一种制备化妆品组合物、紫外线阻隔用组合物或皮肤外用剂组合物的方法，其包括投入聚合物氮化碳或所述聚合物氮化碳的特定晶型的步
骤。
10.本发明的再一个目的在于，提供一种聚合物氮化碳、所述聚合物氮化碳的特定晶型或包含其的组合物的阻隔紫外线的用途。
11.然而，本发明要实现的技术问题并不限于上述问题，本领域技术人员可以通过以下记载明确地理解未提及的其他问题。
12.技术方案
13.根据本发明一实施例，提供一种晶型，其作为选自由具有使用cukα射线测量的以下x射线粉末衍射图案的晶型a至g组成的组中的聚合物氮化碳(polymeric carbon nitride：pcn)的晶型，其中，所述晶型a的x射线粉末衍射图案包括选自由2θ＝10.7656
±
0.2
°
、19.8006
±
0.2
°
和29.7456
±
0.2
°
组成的组中的一个或多个衍射角处的峰，所述晶型b的x射线粉末衍射图案包括选自由2θ＝10.7396
±
0.2
°
和29.7456
±
0.2
°
组成的组中的一个或多个衍射角处的峰，所述晶型c的x射线粉末衍射图案包括选自由2θ＝10.7006
±
0.2
°
、22.1406
±
0.2
°
和27.8606
±
0.2
°
组成的组中的一个或多个衍射角处的峰，所述晶型d的x射线粉末衍射图案包括选自由2θ＝10.6356
±
0.2
°
和27.8216
±
0.2
°
组成的组中的一个或多个衍射角处的峰，所述晶型e的x射线粉末衍射图案包括选自由2θ＝10.7266
±
0.2
°
和27.5096
±
0.2
°
组成的组中的一个或多个衍射角处的峰，所述晶型f的x射线粉末衍射图案包括2θ＝27.1586
±
0.2
°
的衍射角处的峰，所述晶型g的x射线粉末衍射图案包括选自由2θ＝13.8076
±
0.2
°
和27.1586
±
0.2
°
组成的组中的一个或多个衍射角处的峰。
14.所述“聚合物氮化碳”可以包括由以下化学式1表示的重复单元：
15.[化学式1]
[0016][0017]
在所述化学式1中，n为整数，例如可以为1至1000000之间的整数。具有所述化学式1的聚合物氮化碳的分子量可以是，具有例如约200至5000000amu、约400至4000000amu、约600至3000000amu或约800至2000000amu的分子量的聚合物。
[0018]
一方面的聚合物氮化碳的晶型作为在热和化学上非常稳定的聚合物，在肉眼中呈现白色，具有当包含在组合物中时容易分散的特性。在一具体实施例中，确认了所述聚合物氮化碳的新晶型具有新特性，并且对此进行了特定。
[0019]
在一方面，所述a至g的聚合物氮化碳晶型可以具有以下吸收峰。具体地，所述a至g的聚合物氮化碳晶型可以具有选自由以下组成的组中的特征(或特性)：在所述晶型a的红外线光谱(ir)中，在775
±
2cm-1
、1417cm-1
、1456cm-1
、1691cm-1
、1730cm-1
、3074cm-1
和3311cm-1
处包括特征吸收峰；在所述晶型b的ir中，在777
±
2cm-1
、1677
±
2cm-1
、1735
±
2cm-1
、3085
±
2cm-1
和3315
±
2cm-1
处包括特征吸收峰；所述晶型c的ir中，在777
±
2cm-1
、1467
±
2cm-1
、1666
±
2cm-1
、1734
±
2cm-1
、3120
±
2cm-1
和3320
±
2cm-1
处包括特征吸收峰；在所述晶型d的ir中，
在777
±
2cm-1
、1465
±
2cm-1
、1660
±
2cm-1
、1734
±
2cm-1
、3085
±
2cm-1
和3330
±
2cm-1
处包括特征吸收峰；在所述晶型e的ir中，在810
±
2cm-1
、1270
±
2cm-1
、1420
±
2cm-1
、1612
±
2cm-1
、3105
±
2cm-1
和3330
±
2cm-1
处包括特征吸收峰；在所述晶型f的ir中，在810
±
2cm-1
、1265
±
2cm-1
、1325
±
2cm-1
、1417
±
2cm-1
、1618
±
2cm-1
和3230
±
2cm-1
处包括特征吸收峰；以及在所述晶型g的ir中，在810
±
2cm-1
、1240
±
2cm-1
、1317
±
2cm-1
、1410
±
2cm-1
、1560
±
2cm-1
、1635
±
2cm-1
和3250
±
2cm-1
处包括特征吸收峰。
[0020]
此外，当利用x-射线光电子能谱法(xps)进行分析时，所述a至g的聚合物氮化碳晶型可以是在约280至290ev范围内存在c(碳)峰、在约390至400ev范围内存在n(氮)峰、在约530至540ev范围内存在o(氧)峰的。
[0021]
此外，所述晶型a至g可以以高吸收度吸收太阳光线中的uv，例如可以吸收波长约为320至400nm的uva和波长约为280至320nm的uvb，从而能够预防由紫外线引起的皮肤受损。因此，所述晶型a至g的聚合物氮化碳晶型可以强烈吸收例如约200至400nm、约220至400nm或约280至400nm的波长区域内的光能。
[0022]
所述聚合物氮化碳晶型a至g的平均粒径可以为例如约1至10nm、约2至8nm、约3至6nm或约4至5nm。在一具体实施例中，通过原子力显微镜(atomic force microscope，afm)确认了聚合物氮化碳晶型a至g的平均粒径。
[0023]
所述聚合物氮化碳晶型a至g可以构成2d纳米片，这种纳米片的厚度(高度)可以为例如约1至10nm、约2至8nm、约3至6nm或约4至5nm，这种纳米片的厚度可以有效覆盖皮肤表面。
[0024]
所述聚合物氮化碳的晶型的颜色是可调的，并且可以根据肤色进行适用。由于所述聚合物氮化碳的晶型具有可以根据制备方法调整颜色的特性，因此在使用时，可以调整成所需颜色的组合物，因此可以适当地用于制备适合于不同肤色的各种颜色的产品。
[0025]
所述聚合物氮化碳晶型a至g可能不显示出细胞毒性，并且当照射uv时，也可能不会产生活性氧(reactive oxygen species：ros)。
[0026]
根据本发明的另一个实施例，提供了一种包含包括由以下化学式1表示的重复单元的聚合物氮化碳的化妆品组合物、紫外线阻隔用组合物和皮肤外用剂组合物：
[0027]
[化学式1]
[0028][0029]
在所述化学式1中，n为整数，例如可以为1至1000000之间的整数。具有所述化学式1的聚合物氮化碳的分子量可以是，具有例如约200至5000000amu、约400至4000000amu、约600至3000000amu或约800至2000000amu的分子量的聚合物。
[0030]
所述组合物可以包含所述聚合物氮化碳作为活性成分。
[0031]
包含在所述组合物中的所述聚合物氮化碳可以包含选自由所述聚合物氮化碳晶
型a至g组成的组中的一种或多种晶型。
[0032]
所述聚合物氮化碳的颜色是可调的，并且可以根据肤色进行适用。由于在采用本领域合适的制备方法制备所述聚合物氮化碳时，其具有颜色可调的特征，因此当使用它制备化妆品组合物、紫外线阻隔用组合物和皮肤外用剂组合物时，可以调整和制备所需的颜色。
[0033]
在说明书中，“化妆品组合物”是指用于人体的物品，以便通过使人体变得整洁和美丽来增加魅力、使容貌变得更加美丽或保持或促进皮肤和毛发的健康。所述化妆品组合物可以用于阻隔紫外线。
[0034]
相对于组合物的总重量，所述聚合物氮化碳可以以约0.001至35重量％、约0.01至30重量％、约0.1至30重量％、约0.1至25重量％、约0.5至35重量％、约0.5至30重量％、约0.5至25重量％、约0.5至20重量％、约0.5至15重量％、约0.5至10重量％、约1至35重量％、约1至30重量％、约1至25重量％、约1至20重量％、约1至15重量％、约1至10重量％、约5至35重量％、约5至30重量％、约5至25重量％、约5至20重量％、约5至15重量％、约5至10重量％、约1重量％、约5重量％、约10重量％或约15重量％的量包含在其中。如果所述聚合物氮化碳的含量低于所述含量，则不会出现组合物的阻隔紫外线的效果，如果高于所述含量，则组合物中的制剂稳定性可能显着降低。
[0035]
除所述记载的成分外，所述组合物可以进一步包含选自由纯净水、保存剂、稳定剂、表面活性剂、增稠剂、增溶剂、保湿剂、润肤剂、紫外线吸收剂、防腐剂、杀菌剂、乳化剂、抗氧化剂、ph调节剂、有机和无机颜料、香料、载体、冷却剂和止汗剂组成的组中的一种或多种，例如，可以进一步包含本领域常用的添加剂。本领域技术人员可以在不损害本发明的目的和效果的范围内容易地设置所述保存剂等附加成分的配合量，并且相对于组合物的总重量，其配合量可以为约0.001至30重量％(w/w)，但本领域技术人员可以选择任何附加成分和/或其量，以使根据本说明书的组合物的有益特性不受预期添加的不利影响或基本上不受其影响。
[0036]
所述组合物还可以进一步包括有机紫外线阻隔剂和/或无机紫外线阻隔剂，例如还可以进一步包括选自由甲氧基肉桂酸乙基己酯、钛白粉、氧化锌、丁基甲氧基二苯甲酰甲烷、对甲氧基肉桂酸异戊酯、水杨酸乙基己酯、奥克立林、胡莫柳酸酯、苯基苯并咪唑磺酸、二乙氨基羟基苯甲酰己基苯甲酸酯、乙基己基三嗪酮、对苯二亚甲基二樟脑磺酸、多晶硅-15、阿伏苯宗和羟苯甲酮组成的组中的一种或多种。相对于组合物的总重量，所述额外的紫外线阻隔剂可以以约1至50重量％、约5至45重量％、约5至40重量％、约5至30重量％、约5至20重量％、约5至10重量％、约10至30重量％或约15至25重量％包含在其中。
[0037]
当一方面的组合物进一步包括或并用额外的有机紫外线阻隔剂和/或无机紫外线阻隔剂时，可以显示出紫外线阻隔的协同效果。在本说明书中，“并用”的含义是指组合物中同时包含聚合物氮化碳和额外的有机紫外线阻隔剂和/或无机紫外线阻隔剂。
[0038]
包含在所述组合物中的所述聚合物氮化碳或所述聚合物氮化碳晶型a至g可以以高吸收度吸收太阳光线中的uv，并且可以强烈吸收约200至400nm的波长区域内的光能，例如，可以吸收波长约为320至400nm的uva和波长约为280至320nm的uvb，从而能够预防由紫外线引起的皮肤受损。因此，所述聚合物氮化碳或包含所述聚合物氮化碳晶型a至g的组合物可以吸收约200至400nm、约220至400nm或约280至400nm的波长区域内的光能。具体地，所
述组合物可以吸收波长约为320至400nm的uva和波长约为280至320nm的uvb。
[0039]
所述组合物可以制备成皮肤洗剂(水乳)、软肤剂、爽肤剂、收敛剂、洗剂、牛奶洗剂、保湿乳液、滋养乳液、按摩霜、乳霜、防晒霜、滋养霜、保湿霜、护手霜、粉底、精华液、滋养精华液、面膜、肥皂、清洁泡沫、清洁洗剂、清洁霜、身体乳液、身体清洁剂、悬浮液、凝胶、粉末、糊剂、粉饼、面膜或片或气溶胶等制剂。可以根据本领域的常规方法制备这种制剂的组合物。
[0040]
所述皮肤外用剂可以是乳霜、凝胶、软膏、皮肤乳化剂、皮肤悬浮液、透皮贴剂、含药绷带、洗剂或其组合。所述皮肤外用剂可以根据通常用于化妆品或医药品等皮肤外用剂的成分，例如水性成分、油性成分、粉末成分、醇类、保湿剂、增稠剂、紫外线吸收剂、美白剂、防腐剂、抗氧化剂、表面活性剂、香料、色剂、各种皮肤营养剂、或其组合和需要适当地配合。所述皮肤外用剂可以适当地配合依地酸二钠、依地酸三钠、柠檬酸钠、聚磷酸钠、偏磷酸钠、葡萄糖酸等的金属螯合剂、咖啡因、单宁、贝拉帕米、甘草提取物、光甘草定、加林果的热水提取物、各种草药、醋酸生育酚、甘草酸、氨甲环酸及其衍生物或其盐等的药剂、维生素c、抗坏血酸磷酸酯镁、抗坏血酸葡糖苷、熊果苷、曲酸、葡萄糖、果糖、海藻糖等的糖类。
[0041]
所述皮肤包括身体的所有皮肤部位，其包括面部、手部、手臂、腿部、脚部、胸部、腹部、背部、臀部和头皮。
[0042]
可以将一方面的组合物适用、施用和涂覆于个体。所述“个体”包括所有哺乳动物，例如人类或非人类的灵长类、小鼠(mouse)、狗、猫、马和牛等。
[0043]
在所述组合物中提及的术语或要素中，对所述晶型的描述中提及应理解为对上文所述晶型的描述中提及。
[0044]
根据本发明的再一个实施例，提供了一种制备化妆品组合物、紫外线阻隔用组合物或皮肤外用剂组合物的方法，其包括投入包含由以下化学式1表示的重复单元的聚合物氮化碳的步骤：
[0045]
[化学式1]
[0046][0047]
在所述化学式1中，n为整数，例如可以为1至1000000之间的整数。具有所述化学式1的聚合物氮化碳的分子量可以是，具有例如约200至5000000amu、约400至4000000amu、约600至3000000amu或约800至2000000amu的分子量的聚合物。
[0048]
所述聚合物氮化碳可以包含选自由所述聚合物氮化碳晶型a至g组成的组中的一种或多种晶型。
[0049]
在所述方法中提及的术语或要素中，对所述晶型和组合物的描述中提及应理解为对上文所述晶型和组合物的描述中提及。
[0050]
根据本发明的再一个实施例，提供了一种包含包括由以下化学式1表示的重复单
元的聚合物氮化碳或包含其的组合物的阻隔紫外线的用途：
[0051]
[化学式1]
[0052][0053]
在所述化学式1中，n为整数，例如可以为1至1000000之间的整数。具有所述化学式1的聚合物氮化碳的分子量可以是，具有例如约200至5000000amu、约400至4000000amu、约600至3000000amu或约800至2000000amu的分子量的聚合物。
[0054]
所述聚合物氮化碳可以包含选自由所述聚合物氮化碳晶型a至g组成的组中的一种或多种晶型。
[0055]
在所述用途中提及的术语或要素中，对所述晶型、组合物和方法的描述中提及应理解为对上文所述晶型、组合物和方法的描述中提及。
[0056]
有益效果
[0057]
由于一方面的聚合物氮化碳及其特定制备例制备的晶型即能吸收uva又能吸收uvb，因此有效保护皮肤免受紫外线，同时，由于其无毒，具有生物相容性，不具有光活性，因此可以用于适用于生物的化妆品组合物、紫外线阻隔用组合物和皮肤外用剂组合物。此外，所述聚合物氮化碳的特定晶型根据制备方法具有不同的特征，因此可以根据其特性以各种方式使用。特别是，由于一方面的聚合物氮化碳的晶型具有可以根据制备方法调整为各种颜色的特性，因此在使用时，可以调整成所需颜色的组合物，因此可以适当地用于制备适合于不同肤色的各种颜色的产品。
附图说明
[0058]
图1a为示出当通过一方面记载的制备方法来制备聚合物氮化碳(pcn)时，不仅可以制备白色，还可以制备各种颜色的晶型的图。
[0059]
图1b为确认难以分散的传统的黄色pcn与通过一方面记载的制备方法制备的分散良好的白色pcn的颜色差异和对水溶性溶剂的分散程度的差异的图。
[0060]
图2a为示出通过x射线光电子能谱确认对cn-400-4样品的光谱的图。
[0061]
图2b为示出通过x射线光电子能谱确认对cn-550-2样品的光谱的图。
[0062]
图3a为示出通过x-射线衍射分析(x-ray diffraction，xrd)确认被选用于紫外线阻隔应用的cn-400-4和cn-550-2的结果的图。
[0063]
图3b为示出确认cn-350-2、cn-400-0.5、cn-400-1、cn-400-2和cn-400-8的xrd图案以及cn-400-4和cn-550-2的xrd图案的结果的图。
[0064]
图3c为示出确认在400℃的缩聚温度下制备的pcn(cn-400-0.5、cn-400-1、cn-400-2、cn-400-4和cn-400-8)的xrd的结果的图。
[0065]
图4a作为通过傅立叶变换红外(ft-ir)光谱确认所制备的pcn样品的化学结构的
结果，为示出确认cn-400-4和cn-550-2的ir的结果的图。
[0066]
图4b作为通过ft-ir光谱确认所制备的pcn样品的化学结构的结果，为示出确认cn-350-2、cn-400-0.5、cn-400-1、cn-400-2、cn-400-8、cn-400-4和cn-550-2的ir的结果的图。
[0067]
图5为示出通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope，sem)确认cn-400-4表面的结果(a)、通过透射电子显微镜(transmission electron microscope，tem)确认的结果(b)、通过afm显微镜确认的结果(c)、确认其颗粒的高度的结果(d)的图。
[0068]
图6为示出通过sem显微镜确认cn-400-2表面的结果(a)、通过tem显微镜确认的结果(b)、通过afm显微镜确认的结果(c)、确认其颗粒的高度的结果(d)的图。
[0069]
图7为示出通过sem显微镜确认cn-550-2表面的结果(a)、通过tem显微镜确认的结果(b)、通过afm显微镜确认的结果(c)、确认其颗粒的高度的结果(d)的图。
[0070]
图8a为示出通过rhb的光催化分解分析确认tio2、zno和cn-400-4的ros产生水平的结果的图。
[0071]
图8b为示出通过使用香豆素(coumarin)检测oh自由基的荧光探针分析来对tio2、zno和cn-400-4的ros产生水平进行定量分析的结果的图。
[0072]
图8c为示出确认tio2、zno、cn-400-1、cn-400-2和cn-400-4的光致发光(photoluminescence)效果的结果的图。
[0073]
图9a为示出确认对tio2、zno和cn-400-4的uv-vis漫反射光谱的结果的图。
[0074]
图9b为示出确认将cn-400-4和cn-550-2分别与包含市售的uv过滤成分的防晒剂(spf＝15)混合而制备的样品的uv阻隔效果的结果的图。
[0075]
图10a为示出确认cn-400-4对胚胎成纤维细胞细胞(nih-3t3)的细胞毒性的结果的图。
[0076]
图10b为示出确认zno对胚胎成纤维细胞细胞(nih-3t3)的细胞毒性的结果的图。
[0077]
图10c为示出确认cn-400-4对人真皮成纤维细胞(hs-68)的细胞毒性的结果的图。
[0078]
图11为示出使用cn-400-4时通过活/死(life/dead)细胞成像评估细胞活力的结果(a和b)以及将作为ros指标的二氢乙锭(dihydroxyethidium，dhe)用于可视化并对其进行确认的结果(c)的图。
[0079]
图12为示出通过将在人造皮肤膜(franz cell membrane，fcm)中处理cn-400-4并培养4小时的情况与作为未处理组的对照组进行比较，执行苏木精-伊红(hematoxylin-eosin，h&e)染色以确认皮肤受损的程度并对其进行确认的结果的图。
[0080]
图13为示出通过sem确认fcm的截面以观察涂覆cn-400-4的情况和作为对照组的未处理组的皮肤表面形态的结果的图。
[0081]
图14为示出对受试者进行cn-400-4的斑贴试验来评估皮肤刺激的结果的图。
具体实施方式
[0082]
本发明的各种实验例和实施例的每个特征可以部分或全部地彼此结合或组合，并且本领域技术人员可以充分理解，可以在技术上进行各种联动和驱动，并且每个实验例和实施例可以彼此独立地实施，或者可以以关联关系一起实施。
[0083]
在解释构成要素时，即使没有单独的明确描述，也被解释为包括误差范围。
550-2中，确认了峰出现在c的288ev、n的398ev、o的532ev。此外，确认了cn-550-2样品的小氧峰是由样品中存在的部分聚合的微量尿素引起的。另一方面，在对cn-400-4的xps光谱中，观察到浓度相当高的氧，并且确认了高浓度的氧是由部分聚合的尿素中化学键合的氧物种(species)引起的。
[0095]
3.2通过pcn的x-射线衍射分析(xrd)确认特性
[0096]
在不同的聚合条件下，通过空气中尿素的热凝结制备了具有各种物理、化学、光学和电子结构特性的各种pcn。由于所制备的聚合物氮化碳具有基于三嗪的结晶结构，因此可以将最终产品特性化为聚合氮化碳(polymeric carbon nitride：pcn)。通过使用在40kv和30ma下单色(monochromated)的cukα(l＝0.1541nm)射线的x射线衍射仪(x'pert pro mpd，panalytical)收集了x射线衍射(x-ray diffraction：xrd)图案。
[0097]
通过x-射线衍射分析(xrd)分析了在大气压力下在不同温度下通过缩聚工艺制备的pcn样品的结晶结构。作为被选用于紫外线阻隔应用的所制备的pcn样品，确认cn-400-4和cn-550-2的xrd的结果如图3a所示，作为其他所制备的pcn样品，确认cn-350-2、cn-400-0.5、cn-400-1、cn-400-2和cn-400-8的xrd图案和cn-400-4和cn-550-2的xrd的结果如图3b所示，确认通过将缩聚温度为400℃来制备的pcn的xrd的结果如图3c所示。
[0098]
如图3a中所确认的，确认了cn-400-4，其为在400℃下缩聚4小时的pcn，其在10.7656
°
和27.4316
°
处出现两个明显的衍射峰，没有任何其他杂质相。确认了cn-550-2的xrd图案，其为在550℃下缩聚2小时而制备的pcn，其在13.6516
°
和27.4316
°
处出现两个明显的衍射峰，没有任何其他杂质相。确认了cn-550-2样品的xrd图案与在(002)平面上27.4
°
处具有一个强峰的体相石墨相氮化碳(g-c3n4)类似，并且确认了其是由具有0.326nm d-spacing的键合的芳族段的层间堆叠引起的。通过这种层间堆叠，确认了cn-550-2样品与晶质石墨(d＝0.335nm)类似，比具有石墨烯单位(d＝0.353nm)的碳的堆积(packing)更硬，因此所制备的pcn显示出结构稳定性。(100)平面上13.6516
°
处的弱峰相当于cn-550-2样品的重复单元为0.618nm的平面结构堆积基序，但确认了其在包括cn-400-4在内的其他制备的pcn的xrd图案中缺失。确认了这是由煅烧温度为400℃以下时尿素的不完全或部分的缩聚引起的。在xrd结晶结构的结果评估中，确认了包含在cn-400-4和cn-550-2样品中的尿素分别部分或完全转化为体相g-c3n4。确认了这是由于尿素主要在较高的温度下完全热凝结所致的。
[0099]
如图3b中所确认的，确认了作为在350℃下缩聚2小时的pcn，cn-350-2在10.7656
°
、19.8006
°
和29.7456
°
出现衍射峰，确认了作为在400℃下缩聚0.5小时的pcn，cn-400-0.5在10.7396
°
和29.7456
°
出现衍射峰，确认了作为在400℃下缩聚1小时的pcn，cn-400-1在10.7006
°
、22.1406
°
和27.8606
°
出现衍射峰，确认了作为在400℃下缩聚2小时的pcn，cn-400-2在10.6356
°
和27.8216
°
出现衍射峰，确认了作为在400℃下缩聚4小时的pcn，cn-400-4在10.7266
°
和27.5096
°
出现衍射峰，确认了作为在400℃下缩聚8小时的pcn，cn-400-8在27.1586
°
出现衍射峰，确认了作为在550℃下缩聚2小时的pcn，cn-550-2在13.8076
°
和27.1586
°
出现衍射峰。
[0100]
此外，如图3c中所确认的，确认了作为在400℃下缩聚0.5小时的pcn，cn-400-0.5在10.7526
°
和29.9146
°
出现衍射峰，确认了作为在400℃下缩聚1小时的pcn，cn-400-1在10.6746
°
和27.7956
°
出现衍射峰，确认了作为在400℃下缩聚2小时的pcn，cn-400-2在
10.6876
°
和27.7046
°
出现衍射峰，确认了作为在400℃下缩聚4小时的pcn，cn-400-4在10.7266
°
和27.3666
°
出现衍射峰，确认了作为在400℃下缩聚8小时的pcn，cn-400-8在27.2236
°
出现衍射峰。
[0101]
3.3通过pcn的ft-ir光谱确认特性
[0102]
为了具体确认所制备的pcn的结晶结构分析，通过ft-ir光谱确认所制备的pcn样品的化学结构。通过ft-ir光谱确认cn-400-4和cn-550-2的ir的结果如图4a所示，同时确认cn-350-2、cn-400-0.5、cn-400-1、cn-400-2、cn-400-8、cn-400-4和cn-550-2的ir值的结果如图4b所示。
[0103]
如图4a中所确认的，确认了cn-550-2在810、890、1240、1317、1410、1456、1560、1635和3250cm-1
处出现峰。确认了cn-400-4在808、1270、1323、1420、1560、1612、3105、3330cm-1
处出现峰。确认了cn-550-2的ft-ir光谱与体相g-c3n4的光谱类似，但cn-400-4样品(在400℃下热凝结4小时)的吸收带出现宽峰。与xrd研究类似，确认这种ir峰的结果确认了ft-ir分析是由于中间产物的形成和不完全的聚合程度所致的。
[0104]
如图4b中所确认的，确认了cn-350-2在775、1417、1456、1691、1730、3074、3311cm-1
处出现峰。确认了cn-400-0.5在777、1677、1735、3085、3315cm-1
处出现峰。确认了cn-400-1在777、1467、1666、1734、3120、3320cm-1
处出现峰。确认了cn-400-2在777、1465、1660、1734、3085、3330cm-1
处出现峰。确认了cn-400-4在810、1270、1420、1612、3105、3330cm-1
处出现峰。确认了cn-400-8在810、1265、1325、1417、1618、3230cm-1
处出现峰。确认了cn-550-2在810、1240、1317、1410、1560、1635、3250cm-1
处出现峰。
[0105]
实施例4.pcn的表面形态和微观结构的确认
[0106]
扫描电子显微镜(sem)图像是用场发射(field emission：fe)-sem(jeol jsm-7401f，jeol)获得的。通过溅射(hitachi sputter，e-1045)将粉末样品涂覆成薄薄的pt层，并且通过扫描电子显微镜(sem)进行检查。
[0107]
异质的uv过滤成分颗粒的表面在制备紫外线阻隔剂中起着重要作用，因为从含有紫外线阻隔剂的金属氧化物中消除了通常令人担忧的不透明性。为了确认cn-400-4、cn-400-2和cn-550-2的表面形态和微观结构，通过场发射扫描电子显微镜(fe-sem)和透射电子显微镜(tem)进行分析，并且用原子力显微镜(afm)确认的结果和测量由此制备的pcn 2d薄纳米片的厚度的结果分别示于图5、6和7中。
[0108]
如图5(a)、图6(a)和图7(a)中所确认的，fe-sem显微镜表示了一种具有相对粗糙的表面形态的分层结构聚合物支架，并且确认了其对两个样品的片结构做出贡献，由此确认了所制备的pcn的粗糙表面形态，其与聚合条件有关。如图5(b)、图6(b)和图7(b)中所确认的，在tem图像中，可以确认三种所制备的pcn样品均为二维纳米片，其在表面上有一些波纹和皱纹且被起皱，并且tem图像还确认所制备的pcn片以光滑的质地具有高透明度，其片的尺寸从几纳米到微米不等。
[0109]
如图5(c和d)、图6(c和d)和图7(c和d)中所确认的，作为分析afm图像和该高度剖面的结果，在cn-400-4和cn-550-2样品中，pcn 2d纳米片的厚度小于约4nm，在cn-400-2样品中，纳米片的厚度小于约5nm，由此确认三种样品都形成了可用于有效覆盖皮肤表面的纳米片的厚度。
[0110]
实施例5.通过活性氧的定量和定性分析确认pcn抑制ros产生的效果
[0111]
5.1光化学染料的分解
[0112]
rhb的光催化分解在pyrex反应器中执行，使用安装1太阳过滤片(oriel)的300wxe灯(xe arc灯源，oriel)作为光源。使用硅检测器(peccell technologies，japan)在100mw/cm2下测量光度。将10mg粉末添加到包含100ml去离子水和1mg rhb的rhb溶液中，然后超声分散10分钟。为了确认吸附/解吸平衡，将悬浮液保存在黑暗中并连续搅拌24小时。24小时后，施加照明并执行rhb的光催化分解。在包含平衡点在内的1小时反应期间，每10分钟提取5ml的悬浮液。将提取的悬浮液离心20分钟以沉淀粉末。离心后，使用uv-3600(shimadzu)通过uv-vis光谱收集所述溶液的吸光度。将光催化活性与552nm的吸收峰强度的变化进行比较。
[0113]
5.2荧光探针法
[0114]
使用荧光探针法测量oh自由基。香豆素(coumarin)与oh自由基反应以形成在455nm处具有荧光峰的伞形酮(umbelliferone)，因此使用了香豆素以检测紫外线阻隔剂中由tio2、zno和所制备的pcn产生的oh自由基。因此，使用这种方法，可以通过比较所有样品在455nm处的荧光强度来确定哪个样品产生了更高浓度的oh自由基。将50mg的tio2、zno和所制备的pcn添加到20ml的0.03mm香豆素溶液中。在具有一个太阳过滤片的xe lamp中，以100mw/cm2的强度对悬浮液照射120秒。在照射前和照射后60秒和120秒，提取5ml的悬浮液。将提取的悬浮液离心20分钟。此外，伞形酮的荧光光谱是用荧光强度测量仪(cary eclipse，varian)获得的。然后，通过校正确认455nm处的荧光强度是否与伞形酮成正比。
[0115]
5.3通过与用于市售的uv过滤成分的tio2和zno的比较来确认pcn抑制ros产生的效果
[0116]
已知在一些无机、聚合物和生物粘附物质的基质中包封或涂覆uv过滤组分不能防止ros的产生，但可以有效地除去它们。然而，100％封装uv过滤成分并不是一个容易的过程，如果没有uv过滤成分的覆盖，表面仍然会产生ros，因此为了防止ros的产生，制备了高效平带位点工程pcn uv过滤成分。所制备的pcn中产生的ros浓度低，这是因为不优选的平带位置(导带(cb)和价带(vb))分别使o2和h2o还原和氧化为o2*-和*oh，因此不需要限制产生的ros。对uv过滤成分的光生ros的浓度对uv过滤成分在商业紫外线阻隔剂中的适用起着至关重要的作用，因此适用了各种ros分析方法，以对显示出高水平的灵敏度和准确性的o2*-和*oh进行定性和定量评估。为了准确测量ros的产生，通过化学分析、直接染料分解、通过荧光产品检测的光致发光光谱和uv可见吸收光谱执行了定量分析。
[0117]
针对所制备的pcn的ros产生趋势，执行了通过分析染料梯度电势值来与市售的tio2和zno颗粒进行比较的实验，并且将其示于图8a中。一次ros具有高反应性，与反应溶液中存在的有机分子或染料快速反应，并且与所制备的pcn相比，通过在uv可见光线照射下罗丹明b(rhodamine b:rhb)在水溶液中的光分解来确认这种市售的uv过滤成分的光催化染料，从而评估ros产生。对所制备的pcn和市售的uv过滤成分的ros和rhb反应如图8a所示。
[0118]
如图8a中所确认的，在所制备的pcn悬浮液中，rhb染料分解速度较慢，从而确认在光照时所制备的pcn纳米片中的ros产生量相当小。然而，当适用市售的uv过滤成分时，确认强烈的光化学染料分解活性。特别是，如图8a中所确认的，当tio2颗粒添加到rhb溶液中时，在照射60分钟之后，出现几乎50％的rhb分解，当添加zno颗粒时，出现约95％的染料分解，从而确认在这种金属氧化物的情况下ros产生率高。通过这种结果确认tio2和zno具有适合
于产生ros(o2*-和*oh)的平带位置，然而所制备的pcn产生*oh的效率低，并且几乎没有产生o2*-的可能性。
[0119]
分别执行了光致发光光谱(photoluminescence spectroscopy)和xtt比色实验，以对uv过滤成分的*oh和o2*-自由基浓度进行进一步定量。在所制备的pcn、tio2和zno悬浮溶液中，在uv可见光线照射下分别反应1小时和2小时，然后确认香豆素与*oh反应中产生的香豆素溶液和荧光7-羟基香豆素化合物的荧光光谱，并且将其示于图8b中。如图8b中所确认的，相当于7-羟基香豆素的λ
max 455nm的虚线箭头表示，在光化学反应过程中，峰强度随*oh自由基浓度的增加而增加，并且确认这表示与光化学反应过程中*oh自由基的浓度升高相同的结果。作为染料分解实验的结果，如图8a和图8b中所确认的，通过光致发光实验的结果，确认zno是最具光活性的物质。*oh自由基的浓度通过在去离子水中使用对7-羟基香豆素(hydroxycoumarin)的校准曲线进行定量。通过这种结果确认，由所制备的pcn制备的uv过滤成分没有或具有可忽略不计的*oh自由基产生量，因此不产生*oh自由基，从而使所制备的pcn uv过滤成分可以在没有致癌ros的情况下使用。
[0120]
如所述实施例中所确认的，通过ros分析结果制备的pcn uv过滤成分产生的ros远低于市售的tio2和zno uv过滤成分，并且这种所产生的ros量可被视为没有产生ros，由此确认不需要表面屏蔽和包封以抑制ros的产生，可以直接用于阻隔紫外线的产品。
[0121]
5.4确认pcn的光致发光(photoluminescence)效果
[0122]
分析所制备的pcn和市售的uv过滤成分(zno和tio2)的光致发光(photoluminescence)效果。
[0123]
具体地，在通过使用光致发光测量设备来在约300nm处激发样品之后，测量在约320nm之后的波长带中看到的光致发光。当激发的电子和空穴移动到表面并在参与化学反应之前相遇并重新结合时，就会显示光致发光，因此更多的光致发光意味着激发的电子空穴对不能用于其他化学反应。
[0124]
如图8c所示，确认在tio2和zno的情况下，几乎没有光致发光，但在所制备的pcn(cn-400-1、cn-400-2和cn-400-4)的情况下，显示大量的光致发光。特别是，确认了在所制备的pcn中，cn-400-1的光致发光效果最好。
[0125]
可以通过本实施例推断，在tio2和zno的情况下，大部分被激发的电子会到达表面并用于ros产生反应等化学反应，并且这支持tio2和zno具有高光催化活性，如所述“实施例5.3”中所确认的。此外，可以通过本实施例推断，在所制备的pcn的情况下，与tio2和zno不同，被激发的电子空穴对不能用于其他化学反应，并且这支持所制备的pcn具有低光催化活性，如所述“实施例5.3”中所确认的。
[0126]
实施例6.确认pcn的紫外线阻隔效果
[0127]
6.1通过与用于市售的uv过滤成分的tio2和zno的比较来确认pcn的uvr吸收效果
[0128]
为了保护皮肤免受uv，必须吸收紫外线以防止阳光的有害影响，因此测量通过所制备的pcn吸收紫外线的程度的uvr吸收效率以确认紫外线阻隔物质的效果，从而确认对所制备的pcn、tio2和zno的uv-vis漫反射光谱，将其结果示于图9a中。
[0129]
具体地，通过使用安装积分球(isr-240a，shimadzu)的uv-vis漫反射分光光度计(uv-3600，shimadzu)来获得样品粉末样品的uv-vis漫反射光谱，并且baso4用作参考。样品的带隙能量由漫反射光谱的库贝尔卡芒克(kubelka-munk)变换产生的tauc-图(plot)确
定。
[0130]
如图9a中所确认的，确认了tio2颗粒仅在高达360nm处显示吸收，而zno覆盖高达385nm。然而，确认了所制备的pcn覆盖整个uv光谱(200-400nm)，并且可以保护皮肤免受有害的uva和uvb射线。
[0131]
6.2测量pcn的防晒系数(spf)和从紫外线a(pa)的保护效果
[0132]
使用磁力搅拌器将所制备的pcn(cn-400-4等)样品与保湿霜(spf＝1)或防晒剂(spf＝15)以600rpm混合24小时。整个混合过程在室温下的暗室中进行。所述防晒剂包括作为市售的uv过滤成分的无机紫外线阻隔剂(钛白粉)和有机紫外线阻隔剂(奥克立林、丁基甲氧基二苯甲酰甲烷、乙基己基三嗪酮对苯二亚甲基二樟脑磺酸)，制备所述防晒剂和所制备的pcn的混合样品，以使所制备的pcn以约10％包含在其中。制备所述保湿霜混合样品，以使所制备的pcn以约1％和约5％包含在其中，并且作为对照组，使用分别将作为市售的uv过滤成分的阿伏苯宗、羟苯甲酮、zno和tio2与所述保湿霜混合的样品替代所制备的pcn。
[0133]
分别将混合后制备的pcn混合样品，即，所制备的pcn和保湿霜(spf＝1)的混合样品以及所制备的pcn和防晒剂(spf＝15)混合样品适用于附着在干净石英板表面上的3mtransformer胶带(7.5cm2)上。分布样品(2mg/cm2)，然后用涂有顶针的手指轻轻擦拭板表面，使其散布在整个表面上。将准备好的样品在暗室中干燥20分钟且阻隔光。
[0134]
使用安装固体样品保持器(agilent technologies，usa)的cary 50uv-vis分光光度计测量uv透射率。对每个样品的四个点进行扫描，并且在uvb(290-320nm)到uva(320-400nm)的范围内测量每个数据。以1nm的间隔收集所有透射率数据。测量紫外线透射率后，使用以下方程执行防晒系数(spf)的体外评估。
[0135][0136]
其中，eλ为红斑光谱效果，sλ为太阳光谱效果，tλ为样品的光谱透射率。
[0137]
此外，使用以下式执行uva保护系数(uva pf)评估。
[0138][0139]
其中，iλ为对uva的生物作用光谱。在此情况下，对于所有uva波长，eλ和iλ都等于1。
[0140]
如表1所示，确认了与包含市售的uv过滤成分的混合样品相比，分别包含所制备的cn-400-1、cn-400-2、cn-400-4、cn-400-8和cn-550-2的保湿霜混合样品基本上显示出更高的spf和uva pf值。特别是，确认了在所制备的cn-400-4的混合样品的情况下，它在所制备的pcn的混合样品中显示出最高的spf和uva pf值，并且与市售的uv过滤成分的混合样品相比，它显示出显着更高的spf和uva pf值。
[0141]
【表1】
deep red以1μm的浓度对线粒体染色10分钟。用完成的培养基洗涤细胞后，立即将细胞保存在clsm培养基中。
[0153]
live/dead分析
[0154]
使用evos荧光显微镜获得live/dead分析图像。为live/dead分析，将5*104密度的nih-3t3接种于24孔细胞培养板中。在细胞培养器中培养nih-3t3细胞24小时后，将20μg/ml的纳米颗粒与培养基一起添加到细胞中。培养1小时后，对细胞照射光1分钟。再培养5小时后，使用培养基洗涤hela细胞3次。live/dead分析用于以1μm浓度对线粒体染色10分钟。用完成的培养基洗涤细胞。根据制造商的协议，将培养基替代为live/dead成像溶液混合物。培养细胞培养物20分钟，通过使用绿色(活细胞)和红色(死细胞)通道来用荧光显微镜成像。
[0155]
pcn的实际细胞毒性的确认结果
[0156]
执行了一项实验，以确认具有紫外线阻隔用途的所制备的pcn是否可用于生物应用。执行了一项实验，以确认在所制备的pcn中使用cn-400-4时，其是否发生细胞毒性。为了评估生物毒性，细胞活力确认实验用作为胚胎成纤维细胞细胞系的nih-3t3细胞通过3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基溴化物四唑(mtt)分析来进行评估，其结果如图10a所示，zno作为相同实验条件下的阳性对照组，由此得到的实验结果如图10b所示。
[0157]
如图10a中所确认的，确认了cn-400-4对nih-3t3细胞无毒，并且当使用高达50μg/ml的浓度时，即使执行uv照射以培养24小时，也未出现对细胞的毒性。另一方面，如图10b中所确认的，确认了与cn-400-4相比，在阳性对照组zno纳米颗粒中，在10μg/ml时nih-3t3细胞显示出50％的存活率，当照射uv时，存活率下降，显示出小于40％的存活率。
[0158]
此外，为了进一步研究所制备的cn-400-4对人体皮肤细胞的毒性，选择作为人真皮成纤维细胞的hs-68细胞系，执行实验以确认细胞毒性且确认细胞存活率，并且将其实验结果示于图10c中。
[0159]
如图10c中所确认的，确认了cn-400-4即使在高达10μg/ml的浓度下，也没有出现对作为人体皮肤细胞系的hs-68细胞的毒性，从而其存活率相当于约90％以上。
[0160]
此外，当使用cn-400-4时，还通过life/dead细胞成像评估细胞中的活力，并且将其示于图11(a和b)中。如图11(a和b)中所确认的，确认了当照射包含uv的光时，培养6小时后，与未处理的nih-3t3细胞相比，cn-400-4没有与其相似的程度的毒性，因此显示出带有亮绿色荧光的活细胞，并且几乎没有显示出作为死细胞的红色荧光。此外，为了证明cn-400-4即使在细胞中也几乎不产生活性氧(ros)，作为细胞中的ros指标的dihydroxyethidium(dhe)用于可视化，并且将其示于图11(c)中。如图11(c)中所确认的，确认了在光照下，与作为未处理组的对照组的nih-3t3类似，即使对cn-400-4照射光，也不在nih-3t3中产生ros。
[0161]
7.3确认pcn作为紫外线阻隔剂的皮肤保护
[0162]
对franz cell membrane(fcm)的uv暴露(组织学分析)
[0163]
购买并使用来自apures co.ltd.的尺寸为2cm
×
2cm
×
600μm的franz cell membrane(fcm)。将纳米颗粒添加到12个包含fcm的孔中。培养1小时后，用阳光模拟器照射光30分钟。再培养3小时后，用pbs洗涤3次。将fcm保存在nbf溶液中过夜。为了组织化学染色，用浓度梯度乙醇洗涤固定的fcm，并且将其插入到石蜡块中且进行切片化，从而用h&e
染色剂染色且进行分析。
[0164]
通过fcm的sem图像识别证实pcn中的体外皮肤渗透探针
[0165]
将cn-400-4纳米颗粒添加到12个包含fcm的孔中，并且将pbs溶液添加到fcm中。培养4小时后，用pbs洗涤3次。将洗涤的fcm冻干以测量sem。使用hitachi sputter，以通过以20ma的电流持续60秒使用pt溅射涂层来制备样品。
[0166]
证实pcn的皮肤保护效果
[0167]
为了发挥有效的紫外线阻隔剂的效果，必须保留在角质层中，即皮肤表面，而不渗透到表皮中。因此，当将cn-400-4涂覆在皮肤上时，执行了一项实验，以证实在保留在人造皮肤膜(franz cell membrane，fcm)中的表皮上的同时是否有效地不显示由于uv引起的皮肤受损。当将cn-400-4涂覆在人造皮肤时，在光照30分钟下，在fcm中培养4小时，用pbs洗涤3次后，执行了h&e染色以确认皮肤受损程度，将其确认的结果示于图12中。如图12中所确认的，cn-400-4保留在皮肤表面角质层中，如右图中所确认的，即使照射uv，也可以确认皮肤不受损伤且得到保护，但在对照组(左图)中，确认了出现皮肤受损，即角质层因uv而被撕裂且表皮受损。因此，证实了由于cn-400-4保留在角质层中，可以有效防止因uv而造成的皮肤受损，因此当涂覆时不会出现对角质层和表皮的损伤。
[0168]
此外，为了证实是否有效地保留在皮肤表面上而不渗透到皮肤表皮中，通过扫描电子显微镜(sem)检查证实fcm的皮肤表面，以观察将cn-400-4涂覆于皮肤表面时的皮肤表面的形状。将cn-400-4样品处理在fcm中，并且用pbs洗涤3次后，将fcm冻干以确认sem，如图13所示。如图13的下图中所确认的，确认了cn-400-4改善了如箭头所示的角质层和cn-400-4之间的相互作用，从而以片状结构保留在角质层的最外表面上。另一方面，如图13的上图中所确认的，确认了与cn-400-4的处理组不同，未处理的fcm的表面显示出光滑的皮肤，其表面上没有任何凹凸不平的图案。
[0169]
7.4皮肤刺激(斑贴)测试的结果，以证实作为紫外线阻隔剂的稳定性
[0170]
在irb批准下，在世明大学生物工业临床试验中心执行，世明大学生物工业临床试验中心认证可用于人体皮肤。30分钟、24小时、48小时后，证实了30名受试者均未出现皮肤刺激。本实验是根据国际接触性皮炎研究小组(international contact dematitis research group：icdrg)的标准执行和认证的。执行斑贴试验，以证实cn-400-4即使在实际皮肤刺激中也不会出现刺激。为30人制备了cn-400-4斑贴，30分钟、24小时、48小时后，在受试者皮肤上确认了cn-400-4斑贴的反应3次，如图14所示。如图14中所确认的，cn-400-4斑贴对所有30名受试者呈100％阴性，确认了没有皮肤刺激。因此，证实了cn-400-4无毒且无皮肤刺激性，从而确保了可有效用于人体皮肤的稳定性。
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以上对本发明的特定部分进行了详细描述，对于本领域技术人员来说，应当清楚，这些具体技术仅为优选实施例而已，本发明的范围并不限于此。因此，本发明的实质范围将由所附权利要求书及其等同物定义。