基材の疎水性は、再構成したワックス膜の形態学的特徴や、非イオン界面活性剤や殺虫剤との相互作用にどのように影響するのでしょうか？

How does substrate hydrophobicity affect the morphological features of reconstituted wax films and their interactions with nonionic surfactant and pesticide?

• Xuzhi Hu
• Elias Pambou
• Haoning Gong
• Mingrui Liao
• Peter Hollowell
• Huayang Liu
• Weimiao Wang
• Carlo Bawn
• Jos Cooper
• Mario Campana
• Kun Ma
• Peixun Li
• John R P Webster
• Faheem Padia
• Gordon Bell
• Jian R Lu

抄録

親水性:

界面活性剤は農薬散布で農薬効率を向上させるために広く使用されているが、植物表面のワックス膜と界面活性剤との相互作用の基礎となるメカニズムについては、まだ十分に理解されていない。物理的な特性評価を容易にするために、我々は、光学的に平坦なシリコン基板上に小麦のキューティキュラーワックス膜を再構成し、表面の疎水性を制御するために、オクタデシルトリメトキシシラン修飾の有無にかかわらず、再構成を行った。

HYPOTHESIS: Surfactants are widely used in agri-sprays to improve pesticide efficiency, but the mechanism underlying their interactions with the surface wax film on plants remains poorly understood. To facilitate physical characterisations, we have reconstituted wheat cuticular wax films onto an optically flat silicon substrate with and without octadecyltrimethoxysilane modification to control surface hydrophobicity.

実験結果:

走査型電子顕微鏡(SEM)を含むイメージング技術を用いて、再構成されたワックス膜の形態学的特徴を明らかにしたところ、使用された基質の違いによる影響はほとんど見られなかった。中性子反射（NR）により、再構成されたワックス膜は、基材の疎水性に関わらず共通の特徴である上面のワックス突起で装飾された下地のワックス膜で構成されており、天然のワックス膜から観察されたものと非常に一致していることが確認された。同位体のH/D置換の助けを借りて、ワックスと溶媒の散乱寄与を変更するNR測定は、ワックス膜内の異なるワックス領域を明らかにし、ワックス膜内のナノ構造に表面親水性の影響を説明している。

EXPERIMENTS: Imaging techniques including scanning electron microscopy (SEM) unravelled morphological features of the reconstituted wax films similar to those on leaves, showing little impact from the different substrates used. Neutron reflection (NR) established that reconstituted wax films were comprised of an underlying wax film decorated with top surface wax protrusions, a common feature irrespective of substrate hydrophobicity and highly consistent with what was observed from natural wax films. NR measurements, with the help of isotopic H/D substitutions to modify the scattering contributions of the wax and solvent, revealed different wax regimes within the wax films, illustrating the impact of surface hydrophilicity on the nanostructures within the wax films.

発見事項:

疎水性基材上に形成されたワックス膜は、親水性シリカ上にコーティングされた膜よりも、農薬であるシプロディニル（CP）で可溶化された非イオン性界面活性剤CEによる攻撃に対してより強固で耐久性があることが、分光エリプソメトリーとNR測定の両方から観察された。したがって、前者はワックス-界面活性剤-殺虫剤相互作用を研究するためのより実行可能なモデルとなり得る。

FINDINGS: It was observed from both spectroscopic ellipsometry and NR measurements that wax films formed on the hydrophobic substrate were more robust and durable against attack by nonionic surfactant CE solubilised with pesticide Cyprodinil (CP) than films coated on the bare hydrophilic silica. Thus, the former could be a more feasible model for studying the wax-surfactant-pesticide interactions.

Copyright © 2020. Published by Elsevier Inc.