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              海南大學李嘉誠教授團隊 CEJ:一種受多種仿生粘附策略啟發的海藻酸基凝膠 - 可增強農藥的葉面親和性和耐雨水沖刷性
              2023-11-29  來源:高分子科技

                農藥是實現農作物高產穩產的重要保障。然而,由于植物葉片表面存在疏水蠟質化合物和微/納米級乳突結構,導致了農藥液滴在靶標表面發生滾落、聚并及反彈現象,從而阻礙有效潤濕。此外,雨水沖刷更是影響農藥葉面沉積及生物利用率的主要自然因素之一,約有90%的有效成分在雨水的沖洗作用下極易發生流失。而這一現象涉及三個不同尺度方面的問題:1)農藥液滴與植物葉片之間缺乏分子間的界面橋接作用;2)雨水容易進入葉片表面微納結構之間的空隙中,從而降低了農藥液滴與靶標表面的有效接觸面積;3)在雨水環境中,農藥載體/添加劑容易發生體系微結構的內聚性破壞,進而影響了農藥的包封和釋放效率。而利用高分子海藻多糖的本征特性和多級組裝特點將其作為農藥噴灑助劑,促使農藥液滴與作物葉片之間相互耦合作用具有顯著潛力,有望提高農藥在實際應用中的效果,確保其更有效地發揮作用,進而為農業生產提供更可靠的支持。



                海南大學化學化工學院李嘉誠教授團隊受多種仿生粘附策略啟發,通過順序噴灑法噴灑聚多巴胺共軛海藻酸衍生物和Fe3+離子溶液至作物靶標表面構建納米凝膠。該凝膠不僅可以實現了農藥與葉面之間的分子級的界面橋連,而且還能誘導與粗糙的微/納米結構物理互鎖,增強了農藥的葉面親和性和耐雨水沖刷性。相關成果2024年11月24日“Multi-bioinspired alginate-based gel coatings formed by dynamic metal–ligand assembly for enhancing foliar affinity and rain-fastness of pesticides”為題在線發表于Chemical Engineering Journal。 



                團隊研究發現,海藻酸鈉作為一種天然聚合物,在葉片表面具有優異的成膜特性,可增加與靶標的接觸面積。柔性多糖鏈可有效適應與不平整基質形成分子鍵合所需的耦合變形。此外,海藻酸衍生物還具有與金屬離子螯合的本征功能,可調節交聯網絡的微觀結構。聚多巴胺共軛海藻酸鹽是通過酰胺法制得。其中,聚多巴胺作為 "釘子 "將多糖衍生物緊密附著在葉片表面,在誘導強界面粘附力方面發揮了關鍵作用。Fe3+離子可通過與海藻酸鹽的羧基和多巴胺的鄰苯二酚基團形成配位鍵來橋接高分子聚合物,從而組裝形成致密的納米級三維網絡結構,推動與葉面微/納米結構的相互耦合和物理互鎖。同時,它還為凝膠的內部提供了強大的內聚力。并且由于羧基-Fe3+體系的本征動態特性,海藻酸基凝膠還實現了農藥的光響應釋放。 


              圖2. 海藻酸基凝膠在葉面的沉積 


              圖3. 凝膠在疏水蠟質層上的粘附機理
               

              圖4. 施用載藥凝膠的盆栽實驗

                海南大學化學化工學院熱帶島嶼資源先進材料重點實驗室為該論文的唯一通訊單位,碩士研究生麥可揚為論文第一作者,李嘉誠教授為論文通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、海南省科技計劃項目以及海南大學協同創新中心研究項目等經費支持。


                原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723060886

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