[發明專利]一種水溶性生物質衍生碳點及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202210080010.5
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114524428A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 李艷娟;孫健;余益成;李宗蕓
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;A01N59/00;A01P21/00;A01C21/00
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 李妮

一種水溶性生物質衍生碳點及其制備方法與應用，制備方法是以含酚酸的生物質為碳源，碳源與蒸餾水通過一步水熱反應制備水溶性碳點，該制備工藝簡單、易于操作、成本低、產率高達20～30％，無污染，可用于產業化生產。本發明提供的碳點表面含有豐富的含氧官能團，賦予其優異的生物學特性，使其誘導植物根系Ca²⁺內流，形成鈣信號，調節相應防御基因表達。碳點不僅能夠激活植物根系細胞質膜Na⁺/H⁺逆向轉運蛋白基因SOS1表達，降低植物對Na⁺吸收，顯著緩解植物鹽脅迫，而且還能提高植物低鐵響應基因的過表達，提高植物對Fe²⁺的吸收利用效率，緩解植物低鐵脅迫。本發明制備的碳點能夠有效緩解植物非生物脅迫，提高植物抗逆性。

技術領域

本發明涉及碳納米材料及應用領域，具體涉及一種水溶性生物質衍生碳點及其制備方法與應用。

背景技術

據聯合國報告，2050年全球人口將超過97億，屆時糧食產量必須增產70％才能滿足日益增長人口的需求。然而，可用于農業生產的土地資源有限，且全球氣候急劇變化，植物遭受各種非生物脅迫，如土壤鹽漬化和礦質元素缺失等，顯著阻礙農作物生長，對農作物產量和品質造成嚴重的負面影響。目前，雖然轉基因技術在提高作物產量和品質方面具有顯著的效果，但其社會接受度低，阻礙了其產業化應用。

納米技術的快速發展使其成為改善農業生產的一個有利工具。納米材料與植物之間的相互作用，極大地促進了納米產品在農業中的應用，如作為生長調節劑、農藥、化肥、抗菌劑和抗逆性調節劑等。碳點作為一種典型的零維碳基納米材料具有良好生物相容性、低毒性、水溶性和優異的生物化學性能，具有廣闊的應用前景。其中，生物質衍生碳點因其制備方法簡便、原料來源豐富、價格低廉、綠色環保而備受關注，同時生物質賦予碳點豐富的表面官能團(羥基、羧基和羰基)，使其具有優良的化學和生物學特性。然而不同碳源、粒徑、濃度、化學和生物學特性的碳點對植物的影響不同。因此，制備一種提高植物抗逆性的碳點對農作物生產具有重要的研究意義和實際應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種水溶性生物質衍生碳點及其制備方法與應用，該方法具有工藝簡單、易于操作、成本低、無污染的優點，可用于產業化生產；制備的水溶性生物質衍生碳點尺寸小，具有良好的生物相容性和水溶性，碳點表面豐富的含氧官能團使其具有緩解植物非生物脅迫的潛力，能夠有效提高植物的抗逆性。

為實現上述目的，本發明提供了一種水溶性生物質衍生碳點的制備方法，包括以下步驟：

S1、將生物質均勻分散在蒸餾水中，生物質與蒸餾水之間的質量體積比為1g：(10～30)mL，攪拌10～20min形成懸浮液；

S2、將步驟S1得到的懸浮液置于高壓反應釜中，在100～210℃下反應4～12h形成水溶性衍生碳點溶液；

S3、將步驟S2得到的水溶性衍生碳點溶液冷卻至室溫后分別利用水系微孔濾膜過濾和透析袋進行透析，除去雜質后獲得純凈的水溶性生物質衍生碳點。

優選的，步驟S1中，生物質為丹參粉末、甘薯秸稈粉末、紅茶粉末、金銀花粉末中的一種或多種。

優選的，步驟S1中，生物質與蒸餾水之間的質量體積比為1g：20mL，攪拌10min。

優選的，步驟S2中，懸浮液在150℃下反應6h形成水溶性碳點溶液。

優選的，步驟S3中，水系微孔濾膜的孔徑為0.22μm，透析袋的分子量為3500Da。

一種水溶性生物質衍生碳點，所述水溶性生物質衍生碳點由上述制備方法制備得到。根據上述制備方法制備獲得的水溶性碳點，其表面含有豐富的含氧官能團，含氧官能團使碳點具有優異的生物學特性，這為其在提高植物抗逆性中的應用提供了可能性。

上述制備方法制備得到的水溶性生物質衍生碳點在提高植物抗逆性中的應用。