基于六方氮化硼纳米片的缓释体系构建及其抗菌性能研究

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病害是影响植物健康的重要因素之一。植物精油和微量营养元素能够增强植物防御酶活性以抵抗病菌入侵,且不易产生耐药性。采用纳米技术控制溶解度、释放、增强生物利用度等来提高精油和微量营养元素的作用效率。六方氮化硼(h-BN)具有独特的粘附性、疏水性,可作为活性成分高效递送载体。h-BN的剥离和功能化是提升载体性能的关键,本文分别采用天然高分子、合成高分子、金属离子三种策略修饰并调控h-BN的特性,包括羧甲基纤维素钠(CMC)和大豆分离蛋白(SPI)辅助机械外力同步剥离并功能化六方氮化硼(CMC-SPI-BNNS),硫醇封端的聚乙烯亚胺(PEI-SH)共价修饰氮化硼纳米片(BNNS-PEI-PEG)和钼酸铵(POM)限域插层功能化氮化硼(BNNS-IL-POM),改善了氮化硼纳米片作为载体的生物相容性和水分散稳定性。探讨了不同功能基团和官能化作用方式对氮化硼纳米片层间结构调控和修饰对活性成分装载与释放、叶面粘附性、抗菌活性等性能的影响。研究结果如下:(1)CMC和SPI通过球磨同步剥离并以非共价键修饰氮化硼纳米片(BNNS),CMC-SPI-BNNS作为载体对茶树精油(TTO)和三唑酮(Tri)的负载量分别为359 mg·g-1和164 mg·g-1,并表现长效缓释行为,符合Korsmeyer-Peppas释放动力学模型,属于Fick扩散机制,归因于CMC-SPI-BNNS与TTO或Tri之间的疏水作用、π-π堆积、静电和氢键作用。TTO@CMC-SPI-BNNS对大肠杆菌和青枯菌的抑菌圈直径比纯TTO分别提高78.9%和45.6%;CMC-SPI-BNNS中的Tri在紫外光下照射460 min后残留率比纯Tri提高16%;Tri@CMC-SPI-BNNS在疏水叶面的润湿性提升18.7%。(2)硫醇封端的亲水聚合物链(PEI-SH)的共价修饰使BNNS在水中的分散浓度高达30 mg·mL-1,粒径为260 nm。且在还原环境下通过二硫键的断裂具有刺激响应的特性。BNNS-PEI-PEG表面存在大量正电荷,有利于TTO和Tri的负载,负载量分别为338和389 mg·g-1,同时提高了脂质叶面润湿性,比水的接触角降低60.7%。此外,由于BNNS-PEI-PEG对精油挥发的抑制,提高了精油的抗菌活性,对大肠杆菌,金黄色葡萄球菌和青枯菌的抑菌圈直径分别提升18.9%,40.7%和9.1%。放置12天后抑菌活性仅降低34.4%,具有室外长效释放和抗菌行为。(3)离子液体(IL)同步剥离并功能化BNNS,再通过POM与IL之间的离子交换作用使POM插层至BNNS,使得BNNS-IL-POM对POM的负载量为6.03%,POM在土壤中的淋溶速率减缓了 30.4%。BNNS-IL-POM增强了 POM的抗菌活性,BNNS片层内的POM在较低浓度下对大肠杆菌,金黄色葡萄球菌和青枯菌的抗菌率分别提升92%,92.7%和92.8%。POM在BNNS层状通道里的缓慢溶解促进了番茄种子发芽和生长,且BNNS-IL-POM具有非常低的细胞毒性。
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