海南大学化工学院李嘉诚教授利用石英晶体微天平技术研究光响应性海藻酸基大分子表面活性剂与疏水叶片表面的相互作用

海南大学化工学院李嘉诚教授利用石英晶体微天平技术研究光响应性海藻酸基大分子表面活性剂与疏水叶片表面的相互作用

近年来，为更好的促进农药减施增效，开发聚合物/表面活性剂作为助剂来提高农药液滴在疏水叶片上的对靶沉积是一个有意义的工作。当农药滴喷洒在植物上时，一些不可避免的如飞溅和弹跳损失行为会导致农药浪费，降低其性能和效率，给非靶标环境带来风险。目前，有两种常见的方法，即添加单一助剂如柔性聚合物或小分子表面活性剂，可以抑制液滴跳跃和飞溅，增强动态沉积。考虑到农药施用阶段涉及到动态冲击过程中的弹跳/飞溅行为以及静态状态下的润湿/扩散行为，寻找适合的具有可调润湿性的助剂是一个巨大的挑战。

海南大学化工学院李嘉诚教授基于课题组前期在两亲性海藻酸钠基大分子的界面自组装的研究，提出了一种基于主客体作用的两亲性海藻酸基超分子组装体（SAs）作为农药助剂，发挥了聚合物和小分子表面活性剂的协同作用。采用石英晶体微天平（QCM-D）模拟超分子与疏水表面的相互作用，揭示了相互作用机理。通过调节两亲性海藻多糖超分子的微观结构，发现基于主客体作用的多糖基表面活性剂不仅可以调节农药液滴的润湿性，还可以提高液滴与疏水表面之间的吸附作用。该工作以“Light-tuning the host-guest interfacial recognition of Alginate-based amphiphiles for oil-in-water droplet deposition”为题，于2023年4月在线发表在Chemical Engineering Journal杂志上。

在该项研究中，研究人员首先设计了环糊精功能化两亲性海藻酸盐衍生物（Alg-CD）和偶氮苯小分子表面活性剂（Azo-DMEA），主客体分子的的结合常数为1.47×103 M-1。随后采用荧光探针法证明超分子组装体可以光控实现两亲性平衡的调节。考虑到液滴喷洒中的动态和静态过程，通过弹跳实验证明组装体能够减少农药液滴在疏水表面的飞溅；另外，通过研究液滴在疏水表面的润湿性，发现超分子经紫外照射，解组装后有利于农药液滴在疏水表面的润湿。采用QCM-D进一步探讨组装体与蜡质层的相互作用机理，分析超分子在动态/静态阶段的沉积行为，结果表明组装/解组装的SAs的分子构象变化影响了吸附动力学，并且解组装的SAs分子增强了吸附量和吸附膜的厚度。解组装的SAs与蜡质层存在更强的结合力，确保液滴充分湿润并高效沉积在疏水性叶片上。

图5-12 (a)蜡质层上的SAs（UV照射前后）示意图；在吸附和解吸过程中SAs在UV光照前后的第三频率下的(b) Δf和(c) ΔD随时间的变化；(d) 过程（2-3）和 (e) 过程（4-5）的D−f曲线（K1-K9代表不同阶段的斜率）；在吸附和解吸过程中，疏水层上(f)质量和(g)厚度随时间的变化图

总结:研究团队利用石英晶体微天平技术模拟了光响应性的超两亲海藻酸基大分子表面活性剂在疏水表面的沉积机理，提出了绿色和可持续的农药添加剂的微观吸附机制，利用响应性大分子表面活性剂体系是一种新的尝试，为绿色农业所需的环保配方提供参考。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723010938