[发明专利]一种交联γ-聚谷氨酸及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物高分子材料领域，涉及一种交联γ-聚谷氨酸。

背景技术

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种氨基酸聚合物，由D-和L-谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基聚合而成(Bajaj et al.2011)。γ-PGA易溶于水，可被生物降解，可食用，对人体和环境无危害。γ-PGA的应用极其广泛，如作为缓释材料、药物载体(Li et al.1998；Sonaje et al.2010)，药物纳米缓释颗粒(Zhang et al.2013)，医用生物胶(Richard et al.2001)，可生物降解的高度吸水凝胶，絮凝剂(Shih et al.2001)。而且，γ-PGA对重金属有极强的吸收能力(Bhattacharyya et al.1998；Mark et al.2006；Inbaraj et al.2009)。在农业领域，γ-PGA被用作肥料增效剂，提高作物对肥料的吸收效率，提高作物产量(Wang et al.2008)。

交联γ-聚谷氨酸是利用γ-聚谷氨酸为主要原料，在交联剂的作用下交联形成的具有三维网状结构的凝胶。到目前为止，主要有两种制备交联γ-聚谷氨酸的方法。第一种方法以缩水甘油醚作为交联剂，γ-聚谷氨酸可以形成稳定的，具有三维网状结构的凝胶(Ho et al.2008)。第二种方法采用水溶性碳化二亚胺作为交联剂，γ-PGA和明胶可以交联形成稳定的水凝胶(Otani et al.1996；Iwata et al.1998；Hsu et al.2007)。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型的交联γ-聚谷氨酸，及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明通过γ-聚谷氨酸或γ-聚谷氨酸钠或两者的混合物与活性硅藻土在交联剂的作用下交联制得具有三维网状结构的交联γ-聚谷氨酸。

其中，γ-聚谷氨酸、γ-聚谷氨酸钠、γ-聚谷氨酸和γ-聚谷氨酸钠的混合物与活性硅藻土的质量比1-10:10。

γ-聚谷氨酸或γ-聚谷氨酸钠的分子量为10-200万Da。

交联的制备过程：

(1)取1-10gγ-聚谷氨酸或γ-聚谷氨酸钠或两者的混合物，溶于50-100mL蒸馏水中，加入10g制备的活性硅藻土，搅拌均匀；

(2)加入1-5mL1-10mg/mL的交联剂，充分混合后室温放置1-2h进行交联；

(3)将交联所得产物在真空度20-50pa，温度-50℃至-70℃，时间12-24h条件下，冷冻干燥，所得产物即为交联γ-聚谷氨酸。

最后可将所得的交联γ-聚谷氨酸研磨成颗粒度为20-100μm的粉状。

交联剂为碳化二亚胺或羟基琥珀酰亚胺水溶液。

其中活性硅藻土的制备方法：

(1)取10-20g硅藻土置于烧杯中，加入50-200mL0.1-1mol/L的NaOH溶液，置于磁力搅拌器搅拌2-4h，之后在离心机中以转速5000rpm离心5min，收集下层硅藻土；

(2)在收集到的下层硅藻土中加入100-500mL蒸馏水浸泡10-30min，用于去除残留的NaOH，再次以5000rpm的转速离心5min，重新收集下层硅藻土；

(3)在重新收集的下层硅藻土中加入100-200mL甲醇，磁力搅拌10-30min，5000rpm离心5min收集下层硅藻土；

(4)在所得的硅藻土中加入100-200mL10％(v/v)3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液，于磁力搅拌器中，温度40℃下，磁力搅拌20min，再以转速5000rpm离心5min，收集下层活性硅藻土；

(5)在收集到的下层活性硅藻土中加入100-200mL甲醇，磁力搅拌10-30min，5000rpm离心5min重新收集下层活性硅藻土，50℃干燥30-90min。

所述的交联γ-聚谷氨酸用于肥料增效剂和/或土壤保水剂。

所述的交联γ-聚谷氨酸用于肥料增效剂，其添加量为肥料质量的0.1-2wt％。

本发明所具有的优点

本发明开发了一种全新的交联γ-聚谷氨酸，它是通过γ-聚谷氨酸或γ-聚谷氨酸钠或两者混合物与活性硅藻土在交联剂的作用下交联而制备的。

(1)本发明制备的交联γ-聚谷氨酸具有致密的三维网状结构，具有极强的吸水性和保水性，可以作为保水剂，防止水分流失。

(2)本发明制备的交联γ-聚谷氨酸可以作为肥料增效剂，将其添加到肥料中，能够显著提高作物产量。

附图说明