CN112155010A - 一种纳米生物缓冲液、制备方法及其应用 - Google Patents

一种纳米生物缓冲液、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米生物缓冲液，其含有纳米颗粒的胶体溶液、表面活性剂、粘合剂和载体。纳米生物缓冲液作为生防微生物材料的基础分散液，可与任何生防微生物材料混合制备生防生物制剂。本发明的纳米生物缓冲液，可对微生物材料很好的分散和固定作用(防止其流失)，提高微生物材料与枝叶等周围环境的接触面，有利于生防微生物材料代谢产物的释放和病害防治能力的发挥。本发明的纳米生物缓冲液，其与植物枝叶有很好的粘附能力，因此可将生防微生物材料较稳定地保留在植物表面，提高生防微生物的浓度，避免其流失，提高防治效果。

Description

一种纳米生物缓冲液、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及植物病害防治技术领域，尤其涉及一种与生防微生物混合使用的纳米生物缓冲液、制备方法及其应用。
背景技术
植物病虫害防治手段包括化学防治和生物防治。化学防治具有见效速度快，防治效果较好等优点，但同时化学防治也有非常大的弊端，包括：对环境污染较大，残留物会对土壤物理、化学结构和生物群落产生影响，也会带来一系列的环境安全问题。此外，化学防治容易筛选出抗药性病害菌群，导致原本的化学防治手段失效。近来年，生物防治逐步兴起，受到了越来越多的关注和研究。生物防治就是使用一些细菌微生物提高寄主抗性，达到防病治病的目的。生物防治具有安全环保、无土壤残留和水资源污染等问题，因而受到研究人员的关注。但在实际应用中，生物防治制剂其杀虫防病的能力往往不如化学农药，且成本偏高，防治效果受多种条件的制约，因此生物防治手段目前仍难以大规模的推广使用。
究其原因，生物防治制剂有如下问题：(1)生物防治制剂在枝叶上残留量少，绝大部分都不能粘附在植物的枝叶上，难以达到有效浓度，造成浪费和防治效果不佳。(2)生物制剂胶体稳定性差、细菌存活时间短，严重制约了其产业化发展。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种纳米生物缓冲液，作为基础溶液用于分散各种生防微生物制得生物防治制剂，帮助生防微生物在枝叶上聚集和粘附，以便于达到有效的生防浓度，延长生防微生物的存活时间，更好地发挥其生防作用。
本发明还涉及上述纳米生物缓冲液的制备方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种纳米生物缓冲液，其含有纳米颗粒的胶体溶液、表面活性剂、粘合剂和载体。
优选地，所述纳米颗粒是甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸共聚物纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒等中的一种或几种；所述纳米颗粒的粒径为5-75nm,优选粒径为40-70nm。
优选地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠SDS、二辛基琥珀酸磺酸钠(阿洛索-OT)、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、Tween80中的一种或几种。
优选地，所述粘合剂为聚乙烯醇PVA、淀粉、羧甲基纤维素、糊精中的一种或几种。
优选地，所述的载体为轻质碳酸钙CaCO3、扇贝壳粉、蛋壳粉中的一种或几种。
优选地，所述纳米颗粒在纳米生物缓冲液中的含量为0.08-1.2mg/mL，表面活性剂在纳米生物缓冲液中的添加量为0.01-0.03g/mL、粘合剂在纳米生物缓冲液中的添加量为0.003-0.055g/mL，所述载体在纳米生物缓冲液中的添加量为0.06-0.08g/mL。另一方面，本发明还提供一种纳米生物缓冲液的制备方法，其包括如下步骤：
S1:制备A溶液，所述A溶液为纳米颗粒胶体溶液；
S2:制备B溶液，所述B溶液是将表面活性剂、粘合剂和载体分散在水中得到；
S3:将A溶液与B溶液混合，制得纳米生物缓冲液。
该纳米缓冲溶液作为基础分散液，用于分散生防微生物，制得生物防治制剂。
优选地，步骤S1中，所述A溶液是甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸共聚物纳米颗粒胶体溶液，其制备步骤如下：
S11：将甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸共聚物(PMMA-co-MMA)溶于四氢呋喃中，室温搅拌均匀，配制得到浓度为0.08-1.2mg/mL的PMMA-co-MMA溶液；
S12:准备8-12倍体积的纯水，搅拌所述纯水，并将PMMA-co-MMA溶液逐滴缓慢地滴加到所述纯水中，边加边搅拌，连续搅拌至得到澄清透亮的胶体溶液；
S13:将所述胶体溶液在50℃以下加热蒸发，去除四氢呋喃，即制得稳定的PMMA-co-MMA纳米颗粒胶体溶液。
优选地，步骤S2中，所述B溶液中，载体为CaCO3，其浓度为0.06-0.08g/mL；粘合剂为PVA，其浓度为0.003-0.055g/mL；表面活性剂为十二烷基硫酸钠SDS，其浓度为0.01-0.03g/mL。
优选地，步骤S3中，将A溶液与B溶液按照体积比1:1混合。
另一方面，本发明还提供一种生物防治制剂，其包含生防微生物和基础溶液，所述生防微生物分散于所述基础溶液中，所述基础溶液为上述任一实施例所述的纳米生物缓冲液或任一制备方法制备的纳米生物缓冲液。
(三)有益效果
本发明的纳米生物缓冲液具有如下优点：
(1)本发明的纳米生物缓冲液，可与任何生防微生物材料混合，起到分散和固定生防微生物材料的作用，提高微生物材料与枝叶等周围环境的接触面，有利于生防微生物材料代谢产物的释放和病害防治能力的发挥。
(2)本发明的纳米生物缓冲液与植物枝叶有很好的粘附能力，因此可将生防微生物材料较稳定地保留在植物表面，提高生防微生物的浓度，避免其流失，提高防治效果。其中，载体也具有富集微生物菌以增加其浓度的效果。
(3)本发明的纳米生物缓冲液，纳米颗粒胶体的稳定性好，可有效保证生物防治制剂的稳定性；且由于纳米颗粒胶体的稳定性好，具有非常稳定的含水率，可使得生防微生物(生防细菌)存活时间更长，生防作用发挥得更好。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的纳米颗粒胶体溶液(A溶液)的TEM检测图。
图2为本发明实施例1制备的纳米颗粒胶体溶液(A溶液)中PMMA-co-MMA纳米颗粒的粒径分布。
图3为本发明实施例1制备的纳米颗粒胶体溶液(A溶液)中纳米颗粒胶体的稳定性测试(水动力学粒径)；测试时间为0-8天。
图4为本发明实施例1制备的成品纳米生物缓冲液的实物照片。
图5为本发明实施例1制备的纳米生物缓冲液在植物表面的湿润角。
图6为本发明实施例2制备的纳米生物缓冲液在植物表面的湿润角。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明整体方案思路是提供一种纳米生物缓冲液，其含有纳米颗粒的胶体溶液、表面活性剂、粘合剂和载体。其中，所述纳米颗粒是甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸共聚物纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒中的一种或几种；所述纳米颗粒的粒径为5-75nm,优选粒径为40-70nm。所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠SDS、二辛基琥珀酸磺酸钠(阿洛索-OT)、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、Tween80中的一种或几种。所述粘合剂为聚乙烯醇PVA、淀粉、羧甲基纤维素、糊精中的一种或几种。所述的载体为轻质碳酸钙CaCO3、扇贝壳粉、蛋壳粉中的一种或几种；优选为扇贝壳粉，其具有很好的亲水性和生物亲和性，可以起到富集微生物菌的效果以增加其浓度，扇贝壳粉中含有微生物菌生长所需的多种微量元素及少量氨基酸(营养物质)，且扇贝壳粉中含有大量CaCO3，可提供碱度，中和微生物细菌产生的部分酸性抑制物。其中，纳米颗粒在纳米生物缓冲液中的含量为0.08-1.2mg/mL，表面活性剂在纳米生物缓冲液中的添加量为0.01-0.03g/mL、粘合剂在纳米生物缓冲液中的添加量为0.003-0.055g/mL，所述载体在纳米生物缓冲液中的添加量为0.06-0.08g/mL。
为了进一步说明本发明方案的特点和技术效果，以下举出在实验室进行的实施例进行说明和验证。
实施例1
本实施例制备一种纳米生物缓冲液，其包括：
第一步，制备纳米颗粒胶体溶液(简称：A溶液)，方法如下：
(1)配制1.0mL的PMMA-co-MMA(1.0mg/mL)的四氢呋喃溶液，搅拌均匀。
(2)准备10mL的去离子水并放在磁力搅拌器上搅拌。
(3)将步骤(1)的溶液逐滴缓慢地加入正在搅拌的超纯水中，设置搅拌转子转速为100rpm，连续搅拌10分钟后，得到澄清透亮的溶液。
(4)将上述溶液在45℃下旋转蒸发10分钟，去除溶液中的四氢呋喃，得到纳米颗粒胶体溶液(即A溶液)。
如图1所示，为A溶液的TEM检测图。图2为A溶液的粒径分布。由图可知，PMMA-co-MMA纳米颗粒的粒径分布在30-75nm，且其中粒径集中在40-70nm之间，约占90％以上；平均粒径为52±10nm。
如图3所示，为A溶液中纳米颗粒胶体的稳定性测试(水动力学粒径)；测试时间为0-8天。在8天观察时间内，A溶液的水动力学粒径没有明显变化，说明纳米颗粒胶体具有良好的胶体稳定性。图3的纵坐标为水动力学粒径(Hydrodynamic diameter)，横坐标为天。
测试A溶液的Zeta表面电势为-18.8±2.2mV。ZETA电位(Zeta potential)又叫电动电位或电动电势(ζ-电位或ζ-电势)，是表征胶体分散系稳定性的重要指标。电势为-18.8±2.2mV，表示胶体不会快速凝结或凝聚，稳定性较好。
第二步，制备B溶液
B溶液配方为：将CaCO3(2.1g)、SDS(0.3g)、PVA(0.1g)分散在30mL超纯水中，即为B溶液。
第三步，制备纳米生物缓冲液
将第一步制备的A溶液与第二步制备的B溶液按照体积比1:1混合，制得纳米生物缓冲液。
如图4所示，为本实施例制备的纳米生物缓冲液的实物照片，近似为乳白色胶体溶液。
如图5所示，将本发明实施例1制备的纳米生物缓冲液滴加到植物叶片上，观察湿润角。左接触角：33.17±0.72°；右接触角：33.17±0.72°，说明本实施例1的纳米生物缓冲液具有很好的叶片湿润性和粘附性能，容易牢固的粘附在叶片上。由此说明，极少用量的粘合剂PVA也可以使纳米生物缓冲液具有良好的湿润性。
实施例2
实施例2与实施例1的不同在于第二步。第一步不变，在第二步中，B溶液配方为：将CaCO3(2.1g)、SDS(0.9g)、PVA(1.6g)分散在30mL超纯水中，即为B溶液。第三步，将第一步制备的A溶液与第二步制备的B溶液按照体积比1:1混合，制得纳米生物缓冲液。
如图6所示，将本发明实施例2制备的纳米生物缓冲液滴加到植物叶片上，观察湿润角。左接触角：26.36±0°；右接触角：26.36±0°，说明本实施例2的纳米生物缓冲液具有更好的叶片湿润性和粘附性能，更易于牢固的粘附在叶片上。由此说明，增加粘合剂PVA的用量，可以使纳米生物缓冲液的粘附性增加。
实施例3
实施例3是在实施例1的基础上，将第一步制备A溶液的步骤(1)改为：配制1.0mL的二氧化硅纳米颗粒(1.0mg/mL)的四氢呋喃溶液，搅拌均匀。制得的A溶液为二氧化硅纳米颗粒胶体溶液。
实施例4
实施例4是在实施例1的基础上，将第一步制备A溶液的步骤(1)改为：配制1.0mL的四氧化三铁纳米颗粒(1.0mg/mL)的四氢呋喃溶液，搅拌均匀。制得的A溶液为四氧化三铁纳米颗粒胶体溶液。
实施例5
实施例5是在实施例1的基础上，将第一步制备A溶液的步骤(1)改为：配制1.0mL的二氧化钛纳米颗粒(1.0mg/mL)的四氢呋喃溶液，搅拌均匀。制得的A溶液为二氧化钛纳米颗粒胶体溶液。
实施例6
将市购地衣芽孢杆菌(可诱发植物免疫系统，增强植物抗病能力)加入到实施例2制备的纳米生物缓冲液，然后喷洒到盆栽叶片表面，盆栽放置室外，在叶片上做好记号。4天后测叶片表面地衣芽孢杆菌的存活性。检测结果表明，可在叶片表面检测到大量具有活性的地衣芽孢杆菌。由此说明，本发明的纳米生物缓冲液可让微生物菌停留在植物表面，易于达到生防有效浓度，生防菌不易流失，同时还能保证微生物菌的活性。
实施例7
将市购地衣芽孢杆菌加入(加入量参照实施例6)到实施例3、4、5制备的纳米生物缓冲液，分别喷洒到盆栽叶片表面，盆栽放置室外，在叶片上做好记号。4天后测叶片表面地衣芽孢杆菌的存活性。检测结果表明，可在叶片表面检测到大量具有活性的地衣芽孢杆菌。由此说明，本发明的纳米生物缓冲液可让微生物菌停留在植物表面，易于达到生防有效浓度，生防菌不易流失，同时还能保证微生物菌的活性。
对比例1
本对比例是在实施例2基础上，将第一步制备的A溶液替换成等质量的纯水，将其与B溶液混合，得到本对照例的混合液。将市购地衣芽孢杆菌加入到混合液中(衣芽孢杆菌加入量与实施例6相等),然后喷洒(喷洒量与实施例6相等)到盆栽叶片表面，盆栽放置室外，同样在相应叶片上做好记号。4天后测叶片表面地衣芽孢杆菌的存活性。检测结果表明，在叶片表面检测到活性地衣芽孢杆菌的数量不足实施例6的1/10，也远低于实施例7的三组测试结果。由此说明，在缺少纳米颗粒胶体的情况下，只利用轻质载体、粘合剂和表面活性剂，并不能长时间保证微生物菌的活性，降低生防微生物的生防活性的发挥。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种纳米生物缓冲液，其特征在于，其含有纳米颗粒的胶体溶液、表面活性剂、粘合剂和载体。
2.根据权利要求1所述的纳米生物缓冲液，其特征在于，所述纳米颗粒是甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸共聚物纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒中的一种或几种；所述纳米颗粒的粒径为5-75nm,优选粒径为40-70nm。
3.根据权利要求1所述的纳米生物缓冲液，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠SDS、二辛基琥珀酸磺酸钠(阿洛索-OT)、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、Tween80中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的纳米生物缓冲液，其特征在于，所述粘合剂为聚乙烯醇PVA、淀粉、羧甲基纤维素、糊精中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的纳米生物缓冲液，其特征在于，所述的载体为轻质碳酸钙CaCO3、扇贝壳粉、蛋壳粉中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的纳米生物缓冲液，其特征在于，纳米颗粒在纳米生物缓冲液中的含量为0.08-1.2mg/mL，表面活性剂在纳米生物缓冲液中的添加量为0.01-0.03g/mL、粘合剂在纳米生物缓冲液中的添加量为0.003-0.055g/mL，所述载体在纳米生物缓冲液中的添加量为0.06-0.08g/mL。
7.一种纳米生物缓冲液的制备方法，其包括如下步骤：
S1:制备A溶液，所述A溶液为纳米颗粒胶体溶液；
S2:制备B溶液，所述B溶液是将表面活性剂、粘合剂和载体分散在水中得到；
S3:将A溶液与B溶液混合，制得纳米生物缓冲液。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述A溶液是甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸共聚物纳米颗粒胶体溶液，其制备步骤如下：
S11：将甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸共聚物(PMMA-co-MMA)溶于四氢呋喃中，室温搅拌均匀，配制得到浓度为0.08-1.2mg/mL的PMMA-co-MMA溶液；
S12:准备8-12倍体积的纯水，搅拌所述纯水，并将PMMA-co-MMA溶液逐滴缓慢地滴加到所述纯水中，边加边搅拌，连续搅拌至得到澄清透亮的胶体溶液；
S13:将所述胶体溶液在50℃以下加热蒸发，去除四氢呋喃，即制得稳定的PMMA-co-MMA纳米颗粒胶体溶液。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述B溶液中，载体为CaCO3，其浓度为0.06-0.08g/mL；粘合剂为PVA，其浓度为0.003-0.055g/mL；表面活性剂为十二烷基硫酸钠SDS，其浓度为0.01-0.03g/mL。
10.一种生物防治制剂，其特征在于，其包含生防微生物和基础溶液，所述生防微生物分散于所述基础溶液中，所述基础溶液为权利要求1-6任一项所述的纳米生物缓冲液或权利要求7-9任一项所述制备方法制备的纳米生物缓冲液。
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