天然三萜组装体对液滴在固体表面润湿行为的调控研究

The wetting and spreading behavior of droplets on solid surface is of great importance in industrial and agricultural production. In general, during the spraying of pesticide droplets, surfactants are used to regulate the solid-liquid interface interactions, thus increasing the wetting ability on hydrophobic plant leaf surfaces. However, most of the current researches are focused on wetting and adsorption at molecular level, and the effect of assembled micro/nanostructures on wetting and adsorption from the supramolecular perspective is scarcely discussed. In this proposal, a series of amphiphiles will be designed and synthesized based on natural triterpenoid, which originates from plant leaves and owns good biocompatibility, interface activity, and unique assembly characteristics. By investigating their assembly behaviors in water and adsorption behaviors at interfaces, various micro/nano-scaled topological structures will be fabricated. Moreover, considering the similarity-attraction effect and size-dependent effect, the influence and mechanism of triterpenoid assemblies on static and dynamic wetting behavior will be deeply studied, and their relationship will be revealed, consequently leading to the effective regulation of wetting behavior on plant leaf surfaces by triterpenoid assemblies. This project will not only help us better understand the molecular adsorption at solid-liquid interface, but also provide simple yet novel theory and technology for improving the utilization rate of pesticide.

液滴在固体表面的润湿和铺展对工农业生产有重要意义。在农药喷洒过程中，常通过添加表面活性剂调控固-液界面作用来增加液滴在疏水植物叶面的润湿。然而，目前关于该问题的探讨主要集中在分子尺度的吸附研究上，从超分子角度研究组装体结构对润湿作用影响的却不多。本项目拟采用植物叶片的主要成分天然三萜为研究对象，利用其良好的生物相容性、界面活性和组装特性，设计合成一系列三萜两亲性分子，系统探究此类分子在水溶液中的组装行为和界面吸附行为，构建多种不同拓扑形貌的微纳米结构。在此基础上，结合三萜组装体与植物叶面间的“相似相吸”作用和尺寸效应，揭示组装体结构对液滴在固体表面动静态润湿过程的影响规律和作用机制，建立天然三萜组装体与润湿行为之间的关系，实现利用组装体对液滴在植物叶面润湿行为的调控。该项目的实施和开展为更好地理解表面活性剂在固-液界面上的吸附提供新的思路，也为提高农药利用率发展新的理论与技术。

在农业生产过程中，药液在植物叶面的润湿和沉积对防治效果至关重要。本项目以提高农药利用率为研究目标，采取植物叶片的主要成分天然三萜为研究对象，围绕液滴在固体表面的润湿行为进行系统研究，主要完成了如下工作：（1）设计合成了一系列三萜两亲性分子，系统研究了这些分子在水溶液中的聚集行为，通过改变分子结构、化合物浓度和制备条件，调控出有序的组装体结构；（2）研究了三萜两亲性分子在液-液界面的吸附行为，分析了组装体对油水界面张力和乳液性质的影响规律；（3）探究了三萜两亲性分子在固-液界面的吸附行为，分析了组装体在液滴高速撞击疏水固体表面时的迁移行为，以及与表面粗糙结构间的尺寸效应，进而实现液滴在疏水固体表面的有效润湿。该工作揭示了三萜组装体对液滴在固体表面撞击、润湿过程的影响规律和作用机制，建立了超分子组装体与润湿行为之间的关系，实现利用组装体对液滴在固体表面润湿行为的调控。. 在本项目的资助下，我们完成了项目设计的研究内容，达到了预期研究目标，在Chem. Eng. J., ACS Appl. Mater. Interfaces, ACS Sustainable Chem. Eng., Mater. Chem. Front., J. Colloid Interface Sci. 等期刊上共发表标注有基金支持的论文17篇，授权专利1项。