近年來，為更好的促進(jìn)農(nóng)藥減施增效，開發(fā)聚合物/表面活性劑作為助劑劑來提高農(nóng)藥液滴在疏水葉片上的對靶沉積是一個有意義的工作。當(dāng)農(nóng)藥滴噴灑在植物上時，一些不可避免的如飛濺和彈跳損失行為會導(dǎo)致農(nóng)藥浪費(fèi)，降低其性能和效率，給非靶標(biāo)環(huán)境帶來風(fēng)險(xiǎn)。目前，有兩種常見的方法，即添加單一助劑如柔性聚合物或小分子表面活性劑，可以抑 制液滴跳躍和飛濺，增強(qiáng)動態(tài)沉積。考慮到農(nóng)藥施用階段涉及到動態(tài)沖擊過程中的彈跳/飛濺行為以及靜態(tài)狀態(tài)下的潤濕/擴(kuò)散行為，尋找適合的具有可調(diào)潤濕性的助劑是一個巨大的挑戰(zhàn)。

海南大學(xué)化工學(xué)院李嘉誠教授基于課題組前期在兩親性海藻酸鈉基大分子的界面自組裝的研究，提出了一種基于主客體作用的兩親性海藻酸基超分子組裝體（SAs）作為農(nóng)藥助劑，發(fā)揮了聚合物和小分子表面活性劑的協(xié)同作用。采用石英晶體微天平（QCM-D）模擬超分子與疏水表面的相互作用，揭示了相互作用機(jī)理。通過調(diào)節(jié)兩親性海藻多糖超分子的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)基于主客體作用的多糖基表面活性劑不僅可以調(diào)節(jié)農(nóng)藥液滴的潤濕性，還可以提高液滴與疏水表面之間的吸附作用。該工作以“Light-tuning the host-guest interfacial recognition of Alginate-based amphiphiles for oil-in-water droplet deposition”為題，于2023年4月在線發(fā)表在Chemical Engineering Journal雜志上。

在該項(xiàng)研究中，研究人員首先設(shè)計(jì)了環(huán)糊精功能化兩親性海藻酸鹽衍生物（Alg-CD）和偶氮苯小分子表面活性劑（Azo-DMEA），主客體分子的的結(jié)合常數(shù)為1.47×103 M-1。隨后采用熒光探針法證明超分子組裝體可以光控實(shí)現(xiàn)兩親性平衡的調(diào)節(jié)。考慮到液滴噴灑中的動態(tài)和靜態(tài)過程，通過彈跳實(shí)驗(yàn)證明組裝體能夠減少農(nóng)藥液滴在疏水表面的飛濺；另外，通過研究液滴在疏水表面的潤濕性，發(fā)現(xiàn)超分子經(jīng)紫外照射，解組裝后有利于農(nóng)藥液滴在疏水表面的潤濕。采用QCM-D進(jìn)一步探討組裝體與蠟質(zhì)層的相互作用機(jī)理，分析超分子在動態(tài)/靜態(tài)階段的沉積行為，結(jié)果表明組裝/解組裝的SAs的分子構(gòu)象變化影響了吸附動力學(xué)，并且解組裝的SAs分子增強(qiáng)了吸附量和吸附膜的厚度。解組裝的SAs與蠟質(zhì)層存在更強(qiáng)的結(jié)合力，確保液滴充分濕潤并高效沉積在疏水性葉片上。

圖5-12 (a)蠟質(zhì)層上的SAs（UV照射前后）示意圖；在吸附和解吸過程中SAs在UV光照前后的第三頻率下的(b) Δf和(c) ΔD隨時間的變化；(d) 過程（2-3）和 (e)過程（4-5）的D?f曲線（K1-K9代表不同階段的斜率）；在吸附和解吸過程中，疏水層上(f)質(zhì)量和(g)厚度隨時間的變化圖

總結(jié):

研究團(tuán)隊(duì)利用石英晶體微天平技術(shù)模擬了光響應(yīng)性的超兩親海藻酸基大分子表面活性劑在疏水表面的沉積機(jī)理，提出了綠色和可持續(xù)的農(nóng)藥添加劑的微觀吸附機(jī)制，利用響應(yīng)性大分子表面活性劑體系是一種新的嘗試，為綠色農(nóng)業(yè)所需的環(huán)保配方提供參考。

原文鏈接：

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