[发明专利]一种水溶性生物质衍生碳点及其制备方法与应用

说明书

一种水溶性生物质衍生碳点及其制备方法与应用，制备方法是以含酚酸的生物质为碳源，碳源与蒸馏水通过一步水热反应制备水溶性碳点，该制备工艺简单、易于操作、成本低、产率高达20～30％，无污染，可用于产业化生产。本发明提供的碳点表面含有丰富的含氧官能团，赋予其优异的生物学特性，使其诱导植物根系Ca²⁺内流，形成钙信号，调节相应防御基因表达。碳点不仅能够激活植物根系细胞质膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因SOS1表达，降低植物对Na⁺吸收，显著缓解植物盐胁迫，而且还能提高植物低铁响应基因的过表达，提高植物对Fe²⁺的吸收利用效率，缓解植物低铁胁迫。本发明制备的碳点能够有效缓解植物非生物胁迫，提高植物抗逆性。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料及应用领域，具体涉及一种水溶性生物质衍生碳点及其制备方法与应用。

背景技术

据联合国报告，2050年全球人口将超过97亿，届时粮食产量必须增产70％才能满足日益增长人口的需求。然而，可用于农业生产的土地资源有限，且全球气候急剧变化，植物遭受各种非生物胁迫，如土壤盐渍化和矿质元素缺失等，显著阻碍农作物生长，对农作物产量和品质造成严重的负面影响。目前，虽然转基因技术在提高作物产量和品质方面具有显著的效果，但其社会接受度低，阻碍了其产业化应用。

纳米技术的快速发展使其成为改善农业生产的一个有利工具。纳米材料与植物之间的相互作用，极大地促进了纳米产品在农业中的应用，如作为生长调节剂、农药、化肥、抗菌剂和抗逆性调节剂等。碳点作为一种典型的零维碳基纳米材料具有良好生物相容性、低毒性、水溶性和优异的生物化学性能，具有广阔的应用前景。其中，生物质衍生碳点因其制备方法简便、原料来源丰富、价格低廉、绿色环保而备受关注，同时生物质赋予碳点丰富的表面官能团(羟基、羧基和羰基)，使其具有优良的化学和生物学特性。然而不同碳源、粒径、浓度、化学和生物学特性的碳点对植物的影响不同。因此，制备一种提高植物抗逆性的碳点对农作物生产具有重要的研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种水溶性生物质衍生碳点及其制备方法与应用，该方法具有工艺简单、易于操作、成本低、无污染的优点，可用于产业化生产；制备的水溶性生物质衍生碳点尺寸小，具有良好的生物相容性和水溶性，碳点表面丰富的含氧官能团使其具有缓解植物非生物胁迫的潜力，能够有效提高植物的抗逆性。

为实现上述目的，本发明提供了一种水溶性生物质衍生碳点的制备方法，包括以下步骤：

S1、将生物质均匀分散在蒸馏水中，生物质与蒸馏水之间的质量体积比为1g：(10～30)mL，搅拌10～20min形成悬浮液；

S2、将步骤S1得到的悬浮液置于高压反应釜中，在100～210℃下反应4～12h形成水溶性衍生碳点溶液；

S3、将步骤S2得到的水溶性衍生碳点溶液冷却至室温后分别利用水系微孔滤膜过滤和透析袋进行透析，除去杂质后获得纯净的水溶性生物质衍生碳点。

优选的，步骤S1中，生物质为丹参粉末、甘薯秸秆粉末、红茶粉末、金银花粉末中的一种或多种。

优选的，步骤S1中，生物质与蒸馏水之间的质量体积比为1g：20mL，搅拌10min。

优选的，步骤S2中，悬浮液在150℃下反应6h形成水溶性碳点溶液。

优选的，步骤S3中，水系微孔滤膜的孔径为0.22μm，透析袋的分子量为3500Da。

一种水溶性生物质衍生碳点，所述水溶性生物质衍生碳点由上述制备方法制备得到。根据上述制备方法制备获得的水溶性碳点，其表面含有丰富的含氧官能团，含氧官能团使碳点具有优异的生物学特性，这为其在提高植物抗逆性中的应用提供了可能性。

上述制备方法制备得到的水溶性生物质衍生碳点在提高植物抗逆性中的应用。