[发明专利]碳纳米管聚氨基酸水溶性衍生物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管聚氨基酸水溶性衍生物及其制备方法和应用。所述碳纳米管聚氨基酸水溶性衍生物由碳纳米管(CNT)与叠氮化合物N₃(CH₂)_mSO₃L或N₃(CH₂)_m‑1COOH通过氮宾反应制得，其结构通式为：CNT[N(CH₂)_mSO₃L]_x或CNT[N(CH₂)_m‑1COOL]_x其中，CNT为多壁碳纳米管(MWCNT)或单壁碳纳米管(SWCNT)；m＝2‑6；L为H、NH₄、Na或K；x定义为CNT中每千个碳原子键连的侧链N(CH₂)_mSO₃L或N(CH₂)_m‑1COOL的数目，所述的CNT为MWCNT时，x≥10；所述的CNT为SWCNT时，x≥50。本发明提供了一种表面氮宾功能化的碳纳米管聚氨基酸水溶性衍生物的大规模制备方法，即氮宾多加成反应法。本发明还提供了所述表面氮宾功能化的碳纳米管聚氨基酸水溶性衍生物在制备植物生长促进剂中的应用，该衍生物自身具有良好的自由基清除效果，用于种子处理，促进生长效果明显。

技术领域

本发明属于碳纳米材料领域，涉及一类表面氮宾功能化的碳纳米管聚氨基酸水溶性衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

碳纳米管(CNT)作为一种碳的同素异形体，是继发现C₆₀之后，1991年日本科学家发现的另一种全新碳结构。CNT可看作由石墨烯片卷曲成管状结构，其中碳原子形成sp²杂化的高度离域大π键。由石墨烯卷成的单层结构称作单壁碳纳米管(SWCNT)，典型直径为0.6-2nm，而多层结构的多壁碳纳米管(MWCNT)直径可达几百纳米。由于CNT物化性质独特，使其在物理、化学、生物领域极具应用潜力，如：可用于生物传感器、药物载体、及其它电子材料。

CNT在植物上的应用成为近年来兴起的CNT应用研究新领域。近期国内外发表的文献表明，在体外培养条件下CNT对植物存在有益的刺激和影响；CNT纳米粒可阻碍植物对除草剂、杀虫剂、肥料和基因的吸收；低浓度CNT能促进愈伤组织发芽率、芽长、叶数、不定根数、根长等的增加，还能够影响植物组织中营养物质的运输及根际土壤菌群丰度。研究还发现MWCNT可以刺激离体水稻细胞中ROS防御反应的产生，影响一些植物的呼吸作用和光合作用。这表明CNT作用于植物学领域在调节植物生长发育、防治植物病害等方面具有良好的应用前景。

由于CNT不易溶于水及有机溶剂，其分散性和生物相容性均受到一定程度的限制，因此研究者们不断尝试通过共价修饰法使其功能化而提高其溶液分散性。目前CNT共价功能化修饰法主要包括：自由基反应、卡宾加成反应、氟化反应、氮宾反应等。然而，这些方法均在不同程度上存在，如：反应周期长、纯化过程复杂、产率低等问题。其中，有学者曾报道SWCNT和MWCNT的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液分别与2-叠氮基乙醇等经氮宾反应实现表面氮宾功能化碳纳米管的制备，但该类表面功能化CNT仍不具备水溶性。我们研究组曾报道富勒烯经氮宾多加成反应生成富勒烯多氮杂桥水溶性衍生物(中国发明专利号：ZL201010522925.4、ZL201611102767.0；He R.et al.Nanomedicine:Nanotechnology,Biology and Medicine，2016，12(2)：525-526)。在此研究基础上，我们改进表面氮宾功能化碳纳米管的反应法，进而实现碳纳米管聚氨基酸水溶性衍生物的大规模制备。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种表面氮宾功能化的水溶性碳纳米管,即碳纳米管聚氨基酸水溶性衍生物，其具有良好的自由基清除效果，用于种子处理，促进生长效果明显。