近日，省生物质复合材料与增材制造技术工程研究中心在材料学研究领域国际期刊ACS Nano（中科院一区，IF=17.1）上发表了题为“Selective and Controlled Release Responsive Nanoparticles with Adsorption-Pairing Synergy for Anthocyanin Extraction”的研究论文，解析了吸附配对协同效应下纳米材料对花青素靶向提取和精准控释机制。

该研究利用不同有机分子修饰自组装铁基纳米粒子，通过伯胺（R1-NH2）、仲胺（R2-NH）、叔胺（R3-N）、酚羟基和醇羟基（-OH）、酰胺基（R-CO-NH2）、羧基（-COOH）等组合修饰，调控铁基纳米材料的分散性、带电性、吸附性等特性，制备出形貌稳定、性能匹配的表面功能化Fe3O4-PAM纳米粒子。吸附后，纳米粒子表面孔隙被C3G填充，变得光滑，并观察到Fe3O4-PAM纳米粒子和C3G的复合吸收峰、氢键引起的羟基移动、π-π*键引起的红移等作用。释放的C3G（保留时间6.258 min）与标准品C3G（保留时间6.237 min）的HPLC图谱一致。正电离模式下，质谱检测到C3G质荷比（m/z）主要为449的离子。

图1 花青素吸附与释放特性

通过验证，建立了纳米粒子的结构特征与花青素结构之间吸附效果的对应机制。花青素的多羟基和多环结构以及纳米粒子的表面官能团影响分子间作用力。静电力、配位键、氢键和π–π*键共同诱导了Fe3O4-PAM纳米粒子和花青素分子之间的选择性吸附。通过改变释放溶液的pH破坏了缔合系统中的极性平衡，实现花青素的快速和受控释放。本研究为有效、选择性地分离花青素提供了一种绿色可控、简易可靠的新策略。该研究拓宽了铁基纳米材料在植物提取方面的应用范围，并为复杂环境中靶向物质的分离提供了理论基础与技术支撑。

图2 花青素的竞争性吸附机制

本研究工作为中心将要布局的新型多功能地膜产品研发提供了理论基础与技术路径。中心材料设计与智能制造部蒋希芝博士为论文第一作者，中心副主任徐磊副研究员和南京林业大学娄志超副教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省农业科技自主创新资金的支持。