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CN116806818B - 超分子杂化水凝胶及其制备方法、农药及其制备方法 - Google Patents

超分子杂化水凝胶及其制备方法、农药及其制备方法

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CN116806818B
CN116806818B CN202310572192.2A CN202310572192A CN116806818B CN 116806818 B CN116806818 B CN 116806818B CN 202310572192 A CN202310572192 A CN 202310572192A CN 116806818 B CN116806818 B CN 116806818B
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supramolecular
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刘晨爽
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斯琴塔娜
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Inner Mongolia Agricultural University
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Abstract

本发明涉及一种环保型、农药释放量高的超分子杂化水凝胶，该水凝胶利用β‑CD腔与芳基偶氮吡唑基团(AAP)的超分子络合以及锂皂石(LP)表面与带正电荷基团的静电相互作用构建形成。该水凝胶上可以负载农用化学品，并且能够控制农用化学品的释放，在持续紫外线照射下，农用化学品的累计释放量能够达到60％以上。另外，释放农用化学品后的超分子杂化水凝胶还能吸附土壤中的重金属离子，减少环境污染，更加环保。

Description

超分子杂化水凝胶及其制备方法、农药及其制备方法
技术领域
本发明涉及水凝胶技术领域，具体涉及一种超分子杂化水凝胶及其制备方法、农药及其制备方法。
背景技术
近年来，控释技术由于具有减少农药损失、减少农药用量、减少环境污染等优点，被认为是提高农药利用效率、解决环境问题的一种有前途的策略。目前，基于介孔二氧化硅纳米颗粒、碳纳米材料、聚合物胶束和金属/金属氧化物纳米颗粒的农药传递体系已被构建，并提高了农药的利用效率，但这些体系的制备仍存在原料可生物降解性差、有机溶剂毒性、农药释放不足等问题。
因此，需要开发一种环保型、农药释放量高的农药控释体系。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种环保型、农药释放量高的超分子杂化水凝胶。
本发明的另一目的是提供所述超分子杂化水凝胶的制备方法。
本发明的又一目的是提供一种包含所述超分子杂化水凝胶的农药。
本发明的再一目的是提供所述农药的制备方法。
为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。
第一方面，本发明提供一种超分子杂化水凝胶，包括锂皂石、芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸和修饰有带正电荷基团的β-环糊精；
所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸具有以下结构式：
其中，R为甲基、羟基或卤素，q为0-5的整数，m为100-110，n为690-700；
所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精具有以下结构式：
其中，R’为所述带正电荷基团。
本发明的超分子杂化水凝胶是一种环保型、光响应型多糖基超分子杂化水凝胶，其上可以负载农用化学品，并且能够控制农用化学品的释放，在持续紫外线照射下，农用化学品的累计释放量能够达到60％以上。另外，释放农用化学品后的超分子杂化水凝胶还能吸附土壤中的重金属离子，减少环境污染。
本发明利用β-环糊精(β-CD)腔与芳基偶氮吡唑基团(AAP)的超分子络合以及锂皂石(LP)表面与带正电荷基团的静电相互作用，构建了透明质酸基超分子杂化水凝胶。该体系具有一些固有的特点：(1)纳米黏土是一种很有前途的药物传递材料，LP与生物相容性聚合物透明质酸(HA)的掺入可形成稳定的三维水凝胶网络，具有良好的机械强度和性能，包括高载药量，改善农用化学品的水溶性和生物相容性，以及药物释放的持续性；(2)以农用化学品的刺激响应释放为目标，引入β-环糊精和AAP的主-客体对作为刺激响应位点，因为它对紫外光具有光响应性，这使得超分子杂化水凝胶通过光控凝胶-溶胶的转变来控制释放；(3)HA释放农药后，其丰富的羧基可进一步与重金属离子形成络合物。因此，本发明的超分子杂化水凝胶可能为精准农业提供新的选择。
在本发明的一些实施例中，m可为100、101、102、103、104、105、106、107、108、109或110。优选地，m为100-105。
在本发明的一些实施例中，n可为690、691、692、693、694、695、696、697、698、699或700。优选地，n为690-695。
在本发明中，q代表苯基上取代基R的数量。优选地，q为0-2的整数。
在本发明的一些实施例中，所述带正电荷基团R’为以下结构中的一种：
其中t为0-2的整数。优选地，所述带正电荷基团R’为胍基基团上的正电荷容易与带负电荷的锂皂石通过静电作用结合从而有利于构建交联多孔的水凝胶结构。
在本发明的一些实施例中，所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸为所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精为
“芳基偶氮吡唑”中的“芳基”优选为未被取代的苯基。由于β-CD腔大小有限，选择未被取代的苯基偶氮吡唑更有利于该基团与β-CD腔的络合，从而形成稳定的主-客体对。
在本发明的一些实施例中，所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸、所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精和所述锂皂石的质量比为(0.05-0.1)：(0.01-0.05)：1。
控制三种物质的质量比，有利于构筑具有三维网络结构的超分子杂化水凝胶。
在一些具体实施例中，所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸、所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精和所述锂皂石的质量比可为0.05：0.01：1；0.06：0.02：1；0.07：0.03：1；0.08：0.04：1；0.09：0.05：1；0.1：0.05：1。
在本发明的一些实施例中，R可为甲基。q可为0-2的整数。m可为103，n可为694。
第二方面，本发明提供所述超分子杂化水凝胶的制备方法，参见图1，包括以下步骤：
在碱存在下使透明质酸羧基活化剂和反应，制得芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸，其中，R为甲基、羟基或卤素，q为0-5的整数，m为100-110，n为690-700；
将所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸和修饰有带正电荷基团的β-环糊精溶解在溶剂中，制得包合物溶液；以及
将锂皂石、剥离剂和所述包合物溶液混合，搅拌至混合物失去流动性，即可得到超分子杂化水凝胶。
本发明的制备方法工艺简单、可重复性强，适合大规模工业化生产。
在本发明的一些实施例中，所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸、所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精和所述锂皂石的质量比为(0.05-0.1)：(0.01-0.05)：1。
在一些具体实施例中，所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸、所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精和所述锂皂石的质量比比可为0.05：0.01：1；0.06：0.02：1；0.07：0.03：1；0.08：0.04：1；0.09：0.05：1；0.1：0.05：1。
在本发明的一些实施例中，所述碱可为三乙胺、4-二甲氨基吡啶、1-羟基苯并三氮唑中的一种或多种。在碱存在下有利于促进透明质酸中的羧基与中的氨基反应。
在本发明的一些实施例中，所述羧基活化剂可为氯甲酸乙酯、氯甲酸异丁酯、N-羟基琥珀酰亚胺中的一种或多种。利用羧基活化剂活化透明质酸中的羧基，能够显著提高羧基的反应活性，使其更快地与中的氨基反应，提高反应速率，缩短反应时间，节约时间成本。
在本发明的一些实施例中，所述剥离剂可为聚丙烯酸钠。锂皂石为层状材料，添加剥离剂能够将锂皂石剥离成带负电荷的纳米片，有利于提高带正电荷基团与锂皂石之间的静电相互作用，稳定超分子杂化水凝胶的结构。
在本发明的一些实施例中，制备所述包合物溶液所用的所述溶剂可为水、二甲基亚砜中的一种或多种。
在本发明的一些实施例中，所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸的制备包括：向溶剂中加入所述透明质酸，加热溶解后冷却至20-30℃，加入所述碱，搅拌后加入所述羧基活化剂，继续搅拌后加入反应完成后，加入水稀释，透析后冻干。
优选地，用于溶解所述透明质酸的所述溶剂为二甲基亚砜、甲醇、乙醇中的一种或多种。溶剂和透明质酸的体积质量比可为40-60mL:500mg，例如可为40mL:500mg、45mL:500mg、50mL:500mg、55mL:500mg或60mL:500mg。
优选地，加热温度可为50-70℃，例如可为50℃、55℃、60℃、65℃或70℃。优选地，加入所述碱后搅拌5-20min，例如5min、10min、15min或20min。优选地，加入羧基活化剂后搅拌30min-90min，例如30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min。优选地，加入后搅拌反应12-36h，例如12h、16h、18h、20h、22h、24h、26h、28h、30h、32h、34h或36h。优选地，加水稀释时，水与用于溶解所述透明质酸的所述溶剂的体积比可为(0.8-1.2):1，例如可为0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1或1.2:1。
优选地，所述透明质酸、所述碱、所述羧基活化剂和的摩尔比可为(1-1.5)：(6-7)：(3-4)：(0.5-1)，可选地为(1-1.5)：(6.5-7)：(3.5-4)：(0.5-1)，例如可为1.32：6.6：3.96：0.66。通过优化该摩尔比，将透明质酸中参与反应的羧基的数量占比控制在10％-15％范围内，有利于超分子杂化水凝胶的形成。数量占比过多或多少，均不利于超分子杂化水凝胶的形成。
优选地，所述透析包括：先用氯化钠溶液透析，再用水透析。优选地，所述氯化钠溶液的浓度可为0.05M-0.15M，例如0.05M、0.1M或0.15M。氯化钠溶液透析时间可为12-48h，例如20-30h。水透析时间可为6-8天，例如6天、7天或8天。
优选地，化合物可购买得到，或者按照文献中报道的方法制备得到。例如可通过包括以下步骤的方法制备：在惰性气氛下，使化合物苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐、N,N-二异丙基乙胺和N-BOC乙二胺在溶剂中反应；柱层析分离提纯后得到化合物
在本发明的一些实施例中，所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精可通过包括以下步骤的方法制备：
首先将天然β-环糊精进行碘代得6位全碘代β-环糊精；然后将其与叠氮酸钠和碘化钠在溶剂中加热得到6位全叠氮化β-环糊精；之后在三苯基膦作用下加入氢氧化铵进行反应得到6位全氨基化β-环糊精，最后与1H-吡唑甲酰胺盐酸盐反应得到七-(6-脱氧-6-胍基)-β-环糊精。
在本发明的一些实施例中，所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精可通过包括以下步骤的方法制备：
首先将天然β-环糊精进行碘代得6位全碘代β-环糊精；然后将6位全碘代β-环糊精与1-甲基咪唑反应得到七-(6-脱氧-6-甲基咪唑)-β-环糊精。
在本发明的一些实施例中，所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精可通过包括以下步骤的方法制备：
首先将天然β-环糊精进行碘代得6位全碘代β-环糊精；然后将6位全碘代β-环糊精与多胺(如乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺)反应得到七-(6-脱氧-6-多胺)-β-环糊精。
在本发明的一些实施例中，所述包合物溶液的制备包括：将所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸和所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精溶解在水中，并超声。
优选地，超声时间可为3-10min，例如3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min。
在本发明的一些实施例中，所述混合物的制备包括：将锂皂石悬浮于水中，搅拌后加入剥离剂，继续搅拌后加入所述包合物溶液。
优选地，所述锂皂石和所述剥离剂的质量比可为50mg:(1.5-2.0mg)，例如可为50mg:1.5mg、50mg:1.6mg、50mg:1.7mg、50mg:1.8mg、50mg:1.9mg或50mg:2.0mg。
优选地，所述锂皂石和水的质量体积比可为50mg:(1-3mL)，例如可为50mg:1mL、50mg:1.5mL、50mg:2mL、50mg:2.5mL或50mg:3mL。
优选地，将锂皂石悬浮于水中搅拌5-20min，例如5min、10min、15min或20min。优选地，加入剥离剂继续搅拌5-20min，例如5min、10min、15min或20min。加入所述包合物溶液继续搅拌直至混合物失去流动性。
在本发明中，在未特别指明的情况下，本发明的搅拌、混合、反应等操作步骤在20-30℃的温度下进行。
第三方面，本发明提供一种农药，包括本发明第一方面所述的超分子杂化水凝胶和负载于其上的农用化学品。
在本发明的一些实施例中，所述农用化学品可为萘乙酸、赤霉素、吲哚乙酸、多效唑、乙烯利等中的一种或多种。
第四方面，本发明提供所述农药的制备方法，包括以下步骤：
将本发明第一方面所述的超分子杂化水凝胶干燥后与农用化学品混合。
在本发明的一些实施例中，超分子杂化水凝胶与农用化学品的质量比可为1:(0.02-0.06)，例如可为1：0.02、1：0.03、1：0.04、1：0.05或1：0.06。
相比现有技术，本发明的有益效果：
本发明提供了一种环保型、农药释放量高的超分子杂化水凝胶，该水凝胶利用β-CD腔与芳基偶氮吡唑基团(AAP)的超分子络合以及锂皂石(LP)表面与带正电荷基团的静电相互作用构建形成。该水凝胶上可以负载农用化学品，并且能够控制农用化学品的释放，在持续紫外线照射下，农用化学品的累计释放量能够达到60％以上。另外，释放农用化学品后的超分子杂化水凝胶还能吸附土壤中的重金属离子，减少环境污染，更加环保。
附图说明
图1为本发明一实施例的超分子杂化水凝胶的制备和应用示意图。
图2为苯基偶氮吡唑修饰的透明质酸在25℃下D2O中的1HNMR谱图。
图3(a)为锂皂石在聚丙烯酸钠的辅助下分散在水中的状态图(超分子水凝胶中无机成分锂皂石所占的质量百分数为90.54重量％)。
图3(b)为实施例1的超分子杂化水凝胶的状态图(LP/HA-AAP-Guano-CD＝2/0.21wt％，LP/HA-AAP-Guano-CD表示超分子水凝胶中无机成分(锂皂石)与有机成分(HA-AAP-Guano-CD)的质量百分数之比)。
图3(c)为图3(b)的超分子杂化水凝胶在365nm紫外线照射后的状态图。
图3(d)为实施例1的超分子杂化水凝胶冷冻干燥后的扫描电镜图像。
图3(e)为实施例1的超分子杂化水凝胶的注射照片。
图4为各样品的Zeta电位分析图。
图5(a)给出了实施例1的超分子杂化水凝胶的存储模量(G’)和损失模量(G”)随频率的变化曲线。
图5(b)给出了实施例1的超分子杂化水凝胶的应变扫描测试图。
图5(c)给出了实施例1的超分子杂化水凝胶的连续阶跃应变测试图。
图5(d)给出了实施例1的超分子杂化水凝胶的温度扫描测试图。
图6(a)给出了HA-AAP-β-CD包合物在紫外照射(365nm)下的紫外/可见吸收光谱。
图6(b)给出了HA-AAP-β-CD包合物在25℃可见光照射(520nm)下的紫外/可见吸收光谱。
图7(a)给出了NAA在0.01、0.02、0.03、0.04、0.05mg/mL水溶液中的紫外/可见吸收。
图7(b)给出了NAA在λ＝282nm吸收峰处浓度的标准曲线。
图7(c)给出了HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶在黑暗和紫外光照射下NAA的累积释放量。
图7(d)给出了FITC在0.00125、0.0025、0.005、0.01、0.02mg/mL水溶液中的紫外/可见吸收。
图7(e)给出了FITC在λ＝491nm吸收峰处浓度的标准曲线。
图7(f)给出了在黑暗和紫外线照射下，水凝胶中FITC的累积释放量。
图8(a)给出了培养结束时各处理组白菜的代表性照片；其中，各处理组为：1)对照组，2)HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组，3)游离GA组，4)负载GA的HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组。
图8(b)给出了对照组，HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶，GA和加载GA的HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶处理白菜的发芽曲线。
图8(c)给出了培养结束时各处理组的白菜的茎长和苗高。
图8(d)给出了培养结束时各处理组的白菜的鲜重。
图8(e)给出了培养结束时各处理组的白菜的干重。
图9(a)给出了各处理组紫花苜蓿的代表性照片；其中，各处理组为：1)对照组，2)HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组，3)游离GA组，4)负载GA的HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组。
图9(b)给出了对照组，HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶，GA和加载GA的HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶处理苜蓿的发芽曲线。
图9(c)给出了培养结束时各处理组的紫花苜蓿的茎长和苗高。
图9(d)给出了培养结束时各处理组的紫花苜蓿的鲜重。
图9(e)给出了培养结束时各处理组的紫花苜蓿的干重。
图10(a)给出了培养结束时各处理组白菜的代表性照片；其中，各处理组为：1)对照组，2)HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组，3)游离NAA组，4)负载NAA的HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组。
图10(b)给出了培养结束时各处理组的白菜的茎长和苗高。
图10(c)给出了培养结束时各处理组的白菜的鲜重。
图10(d)给出了培养结束时各处理组的白菜的干重。
图11(a)给出了培养结束时各处理组紫花苜蓿代表性照片；其中，各处理组为：1)对照组，2)HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组，3)游离NAA组，4)负载NAA的HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组。
图11(b)给出了培养结束时各处理组的紫花苜蓿的茎长和苗高。
图11(c)给出了培养结束时各处理组的紫花苜蓿的鲜重。
图11(d)给出了培养结束时各处理组的紫花苜蓿的干重。
图12(a)给出了控释后的溶胶在25℃时对Cu(II)的吸附曲线以及对应的冻干溶胶吸附Cu(II)后的照片。
图12(b)给出了伪一级动力学模型。
图12(c)给出了伪二级动力学模型。
图12(d)给出了CuSO4溶液在0.002、0.0025、0.004、0.005、0.01mg/mL的紫外-可见光谱。
图12(e)给出了Cu(II)在λ＝601nm吸收峰处的浓度标准曲线。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的实验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；以下实施例中所用的原材料、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得；所述实验试剂用量，如无特殊说明，均为常规实验操作中试剂用量；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例中所用的主要试剂与仪器如下表1-2所示。
表1实验试剂
表2实验仪器
(1)制备超分子杂化水凝胶
实施例1
(1)合成(E)-N-(2-氨基乙基)-2-(3,5-二甲基-4-(苯基二氮烯基)-1H-吡唑-1-基)乙酰胺
将化合物(516mg，0.493mmol)溶于20mL的N,N-二甲基甲酰胺中，用N2除气15min，再向溶液中加入1.056g苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐和1.043mL N,N-二异丙基乙胺和384μLN-BOC乙二胺，并在室温N2的保护下反应16h，旋蒸溶剂，将残渣溶于20mL的乙酸乙酯中，用20mL水洗再用20mL生理盐水洗，无水硫酸镁干燥、旋蒸，用二氯甲烷：甲醇(50：1)柱层析分离提纯，得到的产物在0℃下溶于15mL甲醇、1mL乙酰氯中，1h后移除冰浴，混合物在室温下搅拌过夜，再用二氯甲烷：甲醇(10：1)柱层析分离提纯。
(2)合成苯基偶氮吡唑修饰的透明质酸(HA-AAP)
在50mL的二甲基亚砜(DMSO)中加入透明质酸(m＝103，n＝694)(500mg，1.32mmol)，加热至60℃，HA完全溶解后冷却至室温。加入三乙胺(0.92mL，6.6mmol)，室温搅拌10min。再加入氯甲酸乙酯(0.377mL，3.96mmol)，室温下继续搅拌1h，再加入(198.1mg，0.66mmol)，室温继续搅拌24h。向体系中加入50mL去离子水稀释，所得溶液先用0.1M的氯化钠透析24h，再用过量去离子水透析7天。经冻干后，得到苯基偶氮吡唑修饰的透明质酸黄色粉末。
图2为苯基偶氮吡唑修饰的透明质酸的1H NMR谱。1H NMR(400MHz，D2O，ppm)：δ2.02(s，3H，HA甲基H)，2.44-2.53(m，0.79H，苯基偶氮吡唑上吡唑甲基上的H)，3.14-4.22(m，12.53H，HA和苯基偶氮吡唑亚甲基上的H)，4.41-4.51(m，2H，HA上的H)，7.48-7.57(m，0.60H，苯基偶氮吡唑上苯基的H)，7.78-7.80(m，0.39H，苯基偶氮吡唑上苯基的H)。
图2显示在7.15-7.80ppm和2.44-2.53ppm的化学位移附近有芳基偶氮吡唑单元上苯基和甲基的特征质子信号，其中2.0ppm和4.5ppm的质子信号被分配给HA，这表明AAP成功接枝到HA链上。由2.0ppm时HA的甲基质子峰面积与n-乙酰质子峰面积的积分，可以计算出每7.6个HA多糖单位修饰一个AAP，即约13％的HA羧基与AAP发生反应。
(3)合成修饰有胍基的β-环糊精(Guano-CD)
首先将三苯基膦(21g，80mmol)和碘(20.2g，80mmol)溶解在DMF(80mL)中，加入天然β-环糊精(4.32g，26.6摩尔当量)，并将溶液在80℃下搅拌15h。真空浓缩至体积的一半，将pH调节至9-10。加入甲醇钠的甲醇溶液(3M，30mL)，同时冷却，将溶液在室温下保持30min以破坏反应中形成的甲酸酯，之后将其倒入冰水(1.5L)中。通过过滤收集沉淀物，得到6位全碘代β-环糊精。再将6位全碘代β-环糊精溶于DMF中，加入叠氮酸钠和碘化钠在110℃下搅拌反应18h，之后将反应混合物冷却至室温。反应产物沉淀，用丙酮洗涤，最后在室温下真空干燥，得到6位全叠氮化β-环糊精。
将6位全叠氮化β-环糊精(1.5g,1.29mmol)溶于DMF(2.2mL)中。加入三苯基膦(Ph3P)(0.36g,1.37mmol)，室温下剧烈搅拌2h。随后加入氢氧化铵(0.26mL)，继续搅拌18h。之后将反应混合物冷却至室温。反应产物沉淀，用丙酮(200mL)洗涤，最后在室温下真空干燥，得到七(6-氨基-6-脱氧)-β-环糊精。
将七(6-氨基-6-脱氧)-β-环糊精(0.667g，0.59mmol)分散在干燥的二甲基甲酰胺(0.6mL)中，并向混合物中加入1H-吡唑甲酰胺盐酸盐(2.3当量，0.72mmol，0.11g)和N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)(4.65摩尔当量，1.45mmol，0.20mL)。在70℃氮气气氛下搅拌8h，然后第二次加入与之前相同量的1H-吡唑甲酰胺盐酸盐和DIPEA。并在70℃氮气下继续搅拌14h。然后滴加乙醚(15mL)，将形成的悬浮液继续搅拌2h，倒出溶剂，收集的粘性固体溶解在极少量的水中(0.3mL)。加入乙醇使白色物质沉淀，过滤并真空干燥。该沉淀物再溶于水中，用碳酸氢钠将pH调节至8.5，用氯仿(3×5mL)洗涤溶液，然后用Dowex I型树脂(Cl-交换剂)处理并冻干即得到七-(6-脱氧-6-胍基)-β-环糊精。
(4)合成包合物溶液
将修饰有胍基的β-环糊精(1.7mg，1.189μM)和苯基偶氮吡唑修饰的透明质酸(3.7mg，0.011μM)溶解在0.5mL去离子水中，超声作用5min，制得HA-AAP-Guano-CD包合物溶液。
(5)合成超分子杂化水凝胶HA-AAP-Guano-CD@LP
将50mg锂皂石(LP)悬浮于2mL去离子水中，室温搅拌10min，然后加入1.7mg，250μL的聚丙烯酸钠溶液搅拌10min，搅拌时加入步骤4中所制备的全部量的包合物溶液继续搅拌10min，直至混合物失去流动性，然后形成了自立的超分子杂化水凝胶。
实施例2
按照实施例1的方法制备超分子杂化水凝胶，不同之处在于，步骤(1)合成的是(E)-N-(2-氨基乙基)-2-(3,5-二甲基-4-(p-甲苯基二氮烯基)-1H-吡唑-1-基)乙酰胺
将化合物(516mg，0.493mmol)溶于20mL的N,N-二甲基甲酰胺中，用N2除气15min，再向溶液中加入1.056g苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐和1.043mL N,N-二异丙基乙胺和384μLN-BOC乙二胺，并在室温N2的保护下反应16h，旋蒸溶剂，将残渣溶于20mL的乙酸乙酯中，用20mL水洗再用20mL生理盐水洗，无水硫酸镁干燥、旋蒸，用二氯甲烷：甲醇(50：1)柱层析分离提纯，得到的产物在0℃下溶于15mL甲醇、1mL乙酰氯中，1h后移除冰浴，混合物在室温下搅拌过夜，再用二氯甲烷：甲醇(10：1)柱层析分离提纯。
实施例3
按照实施例1的方法制备超分子杂化水凝胶，不同之处在于，步骤(1)合成的是(E)-N-(2-氨基乙基)-2-(4-((4-羟基苯基)二氮烯基)-3,5-二甲基-1H-吡唑-1-基)乙酰胺
将化合物(516mg，0.493mmol)溶于20mL的N,N-二甲基甲酰胺中，用N2除气15min，再向溶液中加入1.056g苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐和1.043mL N,N-二异丙基乙胺和384μLN-BOC乙二胺，并在室温N2的保护下反应16h，旋蒸溶剂，将残渣溶于20mL的乙酸乙酯中，用20mL水洗再用20mL生理盐水洗，无水硫酸镁干燥、旋蒸，用二氯甲烷：甲醇(50：1)柱层析分离提纯，得到的产物在0℃下溶于15mL甲醇、1mL乙酰氯中，1h后移除冰浴，混合物在室温下搅拌过夜，再用二氯甲烷：甲醇(10：1)柱层析分离提纯。
实施例4
按照实施例1的方法制备超分子杂化水凝胶，不同之处在于，步骤(1)合成的是(E)-N-(2-氨基乙基)-2-(4-((4-氟苯基)二氮烯基)-3,5-二甲基-1H-吡唑-1-基)乙酰胺
将化合物(516mg，0.493mmol)溶于20mL的N,N-二甲基甲酰胺中，用N2除气15min，再向溶液中加入1.056g苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐和1.043mL N,N-二异丙基乙胺和384μLN-BOC乙二胺，并在室温N2的保护下反应16h，旋蒸溶剂，将残渣溶于20mL的乙酸乙酯中，用20mL水洗再用20mL生理盐水洗，无水硫酸镁干燥、旋蒸，用二氯甲烷：甲醇(50：1)柱层析分离提纯，得到的产物在0℃下溶于15mL甲醇、1mL乙酰氯中，1h后移除冰浴，混合物在室温下搅拌过夜，再用二氯甲烷：甲醇(10：1)柱层析分离提纯。
实施例5
按照实施例1的方法制备超分子杂化水凝胶，不同之处在于，步骤(3)合成的是修饰有咪唑基的β-环糊精(Guano-CD)
首先将三苯基膦(21g，80mmol)和碘(20.2g，80mmol)溶解在DMF(80mL)中，加入天然β-环糊精(4.32g，26.6摩尔当量)，并将溶液在80℃下搅拌15h。真空浓缩至体积的一半，并将pH调节至9-10。加入甲醇钠的甲醇溶液(3M，30mL)，同时冷却。将溶液在室温下保持30min以破坏反应中形成的甲酸酯，之后将其倒入冰水(1.5L)中。通过过滤收集沉淀物，得到6位全碘代β-环糊精。再将6位全碘代β-环糊精(500mg，0.26mmol)溶于1-甲基咪唑(3.0mL，45.0mmol)中，并将反应混合物在80℃的氩气气氛下搅拌48h。将所得溶液倒入丙酮(100mL)中。通过过滤收集形成的沉淀物，然后从水中重结晶，得到半透明片状固体七-(6-脱氧-6-甲基咪唑)-β-环糊精。
实施例6
按照实施例1的方法制备超分子杂化水凝胶，不同之处在于，步骤(3)合成的是修饰有多氨基基团的β-环糊精(Guano-CD)，其中t为0。
首先将三苯基膦(21g，80mmol)和碘(20.2g，80mmol)溶解在DMF(80mL)中，加入天然β-环糊精(4.32g，26.6摩尔当量)，并将溶液在80℃下搅拌15h。真空浓缩至体积的一半，并将pH调节至9-10。加入甲醇钠的甲醇溶液(3M，30mL)，同时冷却。将溶液在室温下保持30min以破坏反应中形成的甲酸酯，之后将其倒入冰水(1.5L)中。通过过滤收集沉淀物，得到6位全碘代β-环糊精。再将6位全碘代β-环糊精(2g，1.05mmol)和30mL乙二胺加入至100mL干燥圆底烧瓶中，在氮气气氛下搅拌溶解固体，并将温度升至80℃持续搅拌18h。通过旋转蒸发除去一部分多胺，并在搅拌下将残留物逐滴加入丙酮(约200mL)中。此时，出现了白色沉淀物。过滤后，获得白色固体，并将其溶解在少量蒸馏水中。以这种方式，重复操作两次，最后，将通过抽滤获得的白色固体在真空烘箱中干燥8h，以获得白色粉末状固体，即为目标化合物。
对比例1
按照实施例1的方法进行制备，不同之处在于，将锂皂石替换成蒙脱土，结果没有观察到凝胶状态。可见，锂皂石对于形成凝胶状态有重要影响。
(2)实施例1-6的超分子杂化水凝胶表征分析
如图3(a)所示，确认了单独的LP在聚丙烯酸钠的辅助下均匀地分散在水中，没有观察到凝胶状态。如图3(b)所示，实施例1制得了超分子杂化水凝胶。由图3(a)和图3(b)可知，HA-AAP中的芳基偶氮吡唑基团可以进入环糊精空腔，使胍基基团富集在一起，促进胍基基团与LP表面相互作用，从而形成超分子多糖杂化水凝胶。如图3(c)所示，超分子杂化水凝胶在365nm紫外线照射后出现溶胶现象。如图3(d)所示，冷冻干燥后的超分子杂化水凝胶以交联多孔网络的形式存在，这对于农用化学品的装载至关重要。图3(e)显示了超分子杂化水凝胶剪切减薄，具有良好的注射功能。
其他实施例的结果与实施例1类似。
(3)实施例1-6的超分子杂化水凝胶的Zeta电位测试
使用去离子水分别配制相同浓度的Guano-CD、HA-AAP、锂皂石纳米分散液(LP)、HA-AAP-Guano-CD包合物和超分子杂化水凝胶(均来自实施例1)悬浮液测试Zeta电位，每个样品测试三次为平行实验，取平均值。
如图4所示，通过Zeta电位测试验证了HA-AAP-Guano-CD与LP之间的静电相互作用，Guano-CD的Zeta电位为+13.90mV，HA-AAP的Zeta电位为-15.23mV，而HA-AAP-Guano-CD包合物的Zeta电位为+2.62mV，证明了HA-AAP-Guano-CD之间通过主客体作用相互结合，HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶相对于裸LP的zeta电位从-33.7mV上升到-29.5mV，说明带正电的HA-AAP-Guano-CD包合物通过静电作用成功地包覆在带负电的LP上。
其他实施例的结果与实施例1类似。
(4)实施例1-6的超分子杂化水凝胶的形貌表征
使用扫描电子显微镜对实施例1的超分子杂化水凝胶的微观形貌进行分析。使用冻干后的水凝胶制备样品，并在其表面喷金处理，放在扫描电镜SEM中观察水凝胶内部的结构特征如图3(d)所示。
其他实施例的结果与实施例1类似。
(5)实施例1-6的超分子杂化水凝胶的流变性能测试
首先设置不同实验参数，将1mL左右样品加至样品台，设置测试平板与样品台间隙为1mm，将测试平板移至测量位置，当显示等待刮样时，用刮刀刮去多余的样品，放下保温罩，待温度稳定后开始试验。分别测试4种水凝胶的机械性能：(1)频率扫描测试：在25℃下，0.5％的恒定应变，于0.628-100rad/s的频率范围内测试了水凝胶的储能模量和损耗模量；(2)应变扫描测试：在25℃下，6.28rad/s的恒定频率，于0.1％-100％的应变范围内测试了水凝胶的储能模量和损耗模量；(3)连续阶跃应变测试：在25℃下，6.28rad/s的恒定频率，于0.1％和100％的应变范围下以93s的间隔时间交替测试水凝胶的储能模量和损耗模量；(4)温度应变测试：在0.1％的恒定应变和6.28rad/s的恒定频率的条件下，于25℃-75℃的范围内测试水凝胶的储能模量和损耗模量。
通过流变学测试研究了实施例1的HA-AAP-Guano-CD@LP的力学性能。图5(a)给出了存储模量(G’)和损失模量(G”)随频率的变化曲线，在较宽的频率范围内，HA-AAP-Guano-CD@LP的存储模量(G’)值始终大于损失模量(G”)，这表明HA-AAP-Guano-CD@LP的形成较为稳定。此外，HA-AAP-Guano-CD@LP的应变扫描测试如图5(b)所示，当将应变振幅扫描固定在ω＝6.28rad/s时，水凝胶在临界应变区γ＝56.3％发生了凝胶-溶胶相变，表明凝胶网络结构被破坏。此外，连续阶跃应变测试如图5(c)表明，在γ＝100％，ω＝6.28rad/s较大振幅振荡力作用下，水凝胶的G′值降低，水凝胶转变为溶胶态。当振幅减小γ＝0.1％，ω＝6.28rad/s，G’和G”值在95s内迅速恢复到原来的值，体系恢复到凝胶状态。如图5(d)还测试了HA-AAP-Guano-CD@LP的热稳定性并确定了在70℃时的流变性能，当温度从25℃加热到70℃时，G’值大于G”，即使加热到70℃，也没有观察到相变。与其他传统的超分子水凝胶不同，HA-AAP-Guano-CD@LP超分子杂化水凝胶具有很高的热稳定性，这表明超分子水凝胶的光敏性不受加热-冷却过程的影响。这些结果证实了HA-AAP-Guano-CD超分子配合物与LP纳米黏土的集成可以制备出既环保又具有良好机械强度和高稳定性的杂化水凝胶。
其他实施例的结果与实施例1类似。
(6)实施例1-6的包合物的光响应实验
以实施例1为例，为了避免Guano-CD上胍基基团对紫外吸收波长的影响，采用重结晶的β-CD代替Guano-CD制得HA-AAP-β-CD包合物，使用该包合物来验证HA-AAP-Guano-CD的光响应特性。将HA-AAP-β-CD包合物溶液在365nm紫外灯光下照射一段时间，分别测量不同时间下的紫外可见光谱。再将紫外光照射后的HA-AAP-β-CD包合物溶液在520nm可见光下照射一段时间再次分别测量不同时间段下的紫外可见光谱，以此来验证芳基偶氮吡唑基团的顺反异构化。
如图6所示，在去离子水中研究了HA-AAP-β-CD包合物的光响应特性，在紫外光和可见光交替照射下成功进行了顺反异构化和光致变色行为的验证，在365nm的紫外光照射下，330nm处的吸收峰下降，而在400-500nm之间出现了一个新的紫外吸收峰，溶液颜色也逐渐加深，说明芳基偶氮吡唑单元由顺式结构变为反式结构，在照射3min后体系的紫外/可见吸收光谱不再变化，从而达到了光稳态(如图6(a)所示)。然后在520nm可见光照射13min后，芳基偶氮吡唑单元又从反式结构恢复到顺势结构，并且紫外/可见吸收光谱恢复到之前的状态，体系溶液的颜色又逐渐变浅至原来的状态(如图6(b)所示)。顺式结构的芳基偶氮吡唑单元容易与β-CD强烈结合，而反式结构则倾向于从空腔中脱离出来。结果表明，芳基偶氮吡唑单元的顺反异构化调控了包合物的缔合或解离，从而导致HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶发生溶胶-凝胶之间的转变，释放有效载荷。
HA-AAP-β-CD包合物溶液制备方法：
将重结晶的β-环糊精(0.9mg，0.8μM)和苯基偶氮吡唑修饰的透明质酸(2.4mg，0.007μM，来源于实施例1)溶解在6mL去离子水中，超声作用5min，制得HA-AAP-β-CD包合物溶液。
其他实施例的结果与实施例1类似。
(7)实施例1-6的超分子杂化水凝胶的应用研究
7.1农用化学品在实施例1-6的超分子杂化水凝胶HA-AAP-Guano-CD@LP上的负载
以α-萘乙酸(NAA)和赤霉素(GA)作为模型农药，采用预负载的方法将模型农药加载到实施例1的超分子杂化水凝胶上，以NAA的负载为例。将冻干后的水凝胶浸泡在1mg/mL2.75mL的NAA溶液中，使其完全溶胀后得到负载NAA的水凝胶，冻干以备后续使用。GA的预负载方式与NAA相同。NAA：GA：
负载率(％)＝100×(C0V0-C1V1)/m
包封率(％)＝100×(C0V0-C1V1)/C0V0
式中C0、C1为加载前后溶液NAA浓度或GA浓度；V0为加载前溶液体积，V1为加载后溶液体积；m是冷冻干燥水凝胶的重量。采用紫外-可见光谱法测定溶液中NAA的浓度或GA的浓度。
由于水凝胶中的三维网络结构，选择了NAA和GA作为模型农药，并将其预加载到水凝胶的网络中。根据公式计算，超分子水凝胶对NAA的负载率和包封率分别为4.59％和100％，超分子水凝胶对GA的负载率和包封率分别为4.59％和100％。
其他实施例的结果与实施例1类似。
7.2 NAA和GA的光响应释放
用透析法探究在室温下负载了NAA或GA的实施例1的超分子杂化水凝胶(来源于实验部分7.1)的光响应释放行为。以NAA的光响应释放为例，将一定质量的样品(即负载了NAA或GA的超分子杂化水凝胶)置于透析袋内(截留分子量：Mw＝500-1000)，密封后浸泡在30mL的去离子水中，室温搅拌进行透析，在365nm的紫外灯光照射下来诱导释放，以黑暗处理的样品为对照组，分别在0min、5min、10min、20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min、160min、180min、200min、220min、240min吸取2mL的透析液，再补加相同体积的新鲜去离子水，保证透析的去离子水始终在30mL，采用标准曲线法测定吸光度，计算分析农药的释放量。
利用365nm紫外灯模拟太阳光照进行了实验，定期记录紫外-可见光谱研究了在光照刺激下的控释行为。以朗伯比尔定律的计算方法为依据，计算了NAA和GA的累计释放率。其中NAA是一种常用的广谱植物生长调节剂，它促进细胞分裂和扩张，以增加植物根和茎的生长。随后，研究了NAA在超分子水凝胶中的时间依赖性和光触发释放行为，在不同浓度下282nm处的紫外-可见吸收光谱绘制NAA的标准曲线(如图7(a)和(b)所示)，由NAA的标准曲线可知，负载NAA的水凝胶在暗处放置4h后的累计释放量为63％；而在持续紫外线照射下，其累计释放量为85％(如图7(c)所示)，表明负载NAA的超分子杂化水凝胶具有良好的紫外响应性。
接下来，为了证明该水凝胶对负载药物具有多样性，选择了植物生长素GA进行了验证，赤霉素(GA)是另一种植物生长激素，可以通过增加植物中生长激素的数量和促进细胞分裂和扩张来刺激叶片和茎的生长，被作为另一种模型农药封装。由于GA的紫外-可见吸收峰具有较低的峰值强度，难以计算超分子水凝胶中的载物和释放能力。因此选择异硫氰酸荧光素(FITC)作为模型货物，评价GA在水凝胶中的装载能力和光控释放行为，实验步骤同NAA。采用与上述NAA相同的方法评估了水凝胶对FITC的光响应释放行为，在不同浓度下495nm处的紫外-可见吸收光谱绘制FITC的标准曲线(图7(d)和(e))，由FITC的标准曲线可知，负载FITC的水凝胶在暗处放置4h后的累计释放量为42％；而在持续紫外线照射下的累计释放量为63％(如图7(f)所示)。
以上结果表明，该超分子杂化水凝胶为光引发农用化学品的释放提供了一个很有前景的平台。这种光依赖性释放不仅提高了农药的利用效率，而且降低了对环境的毒性，表明HA-AAP-Guano-CD@LP有可能成为现代农业的可控释放系统。
其他实施例的结果与实施例1类似。
7.3实施例1-6的超分子杂化水凝胶调控植物生长实验
在验证了超分子杂化水凝胶的光响应性药物释放后，继续研究了超分子杂化水凝胶对植物生长的调控能力。我们以白菜和紫花苜蓿作为植物模型，与装载农用化学品的超分子杂化水凝胶共培养，研究种子的发芽率、茎长、苗高、干重和鲜重的差异，以此来反映超分子杂化水凝胶载体对植物生长的调节作用。
实验方法
分别挑取饱满的白菜种子和苜蓿种子浸泡在2％的次氯酸钠溶液中5min，再用无菌水冲洗3次去除种子表面的次氯酸钠，将处理后的种子放入45℃的温水中浸泡30min播种在培养皿上，每个培养皿20颗种子，重复3次。然后，在培养皿中分别加入1mL的超纯水(对照组)、实施例1的HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶、游离农用化学品(GA浓度：0.02mg/mL，NAA浓度：0.02mg/mL)和装载农用化学品的水凝胶(浓度相当于游离GA和NAA，按照上文描述的方法在水凝胶上装载农用化学品)，GA组分别在第0天和第2天添加，NAA组在培育出一定芽后的第2天和第4天添加。所有培养皿在25℃的光照下培养14h，在黑暗中培养10h。定期记录白菜种子和苜蓿种子的萌发情况。培养后测定茎高、株高、鲜重和干重(NNA组培养6天，GA组培养5天)。
7.3.1研究负载GA的超分子杂化水凝胶(GA@水凝胶)对大白菜的影响。
图8(a)给出了各处理组白菜的代表性照片，从图中可以看出，第4组(GA@水凝胶)的白菜的生长情况最好。
如图8(b)所示，在种子萌发早期，GA@水凝胶组和游离GA组的白菜种子发芽率高于对照组和HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组，说明在光照刺激下，负载GA的超分子多糖杂化水凝胶可以释放出具有良好生物活性的GA，而HA-AAP-Guano-CD@LP水凝胶组处理后的种子与对照组无明显差异，这说明单独的HA-AAP-Guano-CD@LP药物载体对种子的发芽率无明显的影响。4组发芽率在28h内达到最高。培养5天后，记录各组茎长和株高并进行评价。
如图8(c)所示，游离GA组和GA@水凝胶组茎长分别是对照组的2.35倍和2.46倍，株高分别是对照组的1.48倍和1.94倍。同时，水凝胶组的茎长和株高略高于对照组，说明水凝胶对茎长和株高没有明显的促进作用，但具有良好的生物相容性。这些现象进一步证实了负载GA的HA-AAP-Guano-CD@LP在光照刺激下能释放GA，且GA@水凝胶对大白菜茎长和株高有明显的促进作用。接下来，在培养结束后，对每组大白菜幼苗的鲜重和干重做了记录与统计来进行分析。
从图8(d)和图8(e)可以看出，GA组和GA@水凝胶组的鲜重和干重均高于对照组，说明GA可以增强有机质积累，促进植物生长。
其他实施例的结果与实施例1类似。
7.3.2研究负载GA的超分子杂化水凝胶(GA@水凝胶)对紫花苜蓿的影响。
相似的是，对苜蓿的促进作用与大白菜一致。
图9(a)给出了各处理组紫花苜蓿的代表性照片，从图中可以看出，第4组(GA@水凝胶)的紫花苜蓿的生长情况最好。
如图9(b)，在萌发初期，加GA@水凝胶组和游离GA组处理后的苜蓿发芽率略高于对照组和水凝胶组。
如图9(c)所示，测定了紫花苜蓿茎长和株高，游离GA组和GA@水凝胶组的茎长分别是对照组的1.61倍和1.63倍，株高分别是对照组的1.86倍和1.88倍，这同样证实了HA-AAP-Guano-CD@LP超分子杂化水凝胶光依赖性释放GA对苜蓿生长的促进作用。
如图9(d)和图9(e)，对苜蓿的鲜重和干重进行了评价，游离GA和GA@水凝胶处理组的鲜重和干重均高于对照组，说明添加GA和GA@水凝胶处理后的大白菜有机质积累增强。
其他实施例的结果与实施例1类似。
7.3.3研究负载NAA的超分子杂化水凝胶(NAA@水凝胶)对白菜的影响。
通过研究负载NAA的HA-AAP-Guano-CD@LP对大白菜生长的影响，进一步证实了所获得的水凝胶对植物生长的调控能力。
与GA不同，NAA的主要作用是促进根的生长。因此，在培养结束时测量茎长、株高、干重和鲜重的差异。
图10(a)给出了各处理组白菜的代表性照片，从图中可以看出，第4组(NAA@水凝胶)的白菜的生长情况最好。
如图10(b)所示，对白菜的生长结果进行分析，NAA@水凝胶组对植物生长有较好的促进作用，即茎长度和植物高度NAA@水凝胶组和游离NAA组明显高于对照组，NAA@水凝胶组和游离NAA组的植物高度比对照组分别高2.22倍和1.77倍，对应的茎长分别是对照组的1.76和1.28倍。
图10(c)和(d)，对白菜的鲜重和干重进行了对比，负载NAA的水凝胶处理组的鲜重和干重分别是对照组的1.28倍和1.26倍，同样也高于游离NAA的处理组。
其他实施例的结果与实施例1类似。
7.3.4研究负载NAA的超分子杂化水凝胶(NAA@水凝胶)对紫花苜蓿的影响。
评估了负载NAA的HA-AAP-Guano-CD@LP对紫花苜蓿茎长、株高、干重和鲜重的影响。
如图11(a)和(b)所示，可直接观察出NAA@水凝胶组和游离NAA组比对照组和水凝胶组的苜蓿生长更茁壮，NAA@水凝胶组的茎长和株高分别是对照组的1.76倍和1.72倍，明显高于游离NAA处理组，而水凝胶组和对照组的茎长和株高基本一致，显而易见NAA@水凝胶组和游离NAA组相对于对照组而言表现出了显著的生长优势，对苜蓿的生长有促进作用。
如图11(c)和(d)对紫花苜蓿的鲜重和干重进行了统计分析，NAA@水凝胶组明显高于其他三组。说明在光照作用的催化下水凝胶内部结构发生破环能持续的释放萘乙酸药物来促进苜蓿生长。
其他实施例的结果与实施例1类似。
(8)释放农用化学品后的超分子杂化水凝胶对重金属离子吸附性能分析
实验方法
(1)Cu(II)标准液准备试剂：0.5g/mL的柠檬酸溶液，体积比为1：1的氨水溶液，0.1％的双环乙酮草酰二棕溶液(称取0.5g的双环乙酮草酰二棕加入50mL的乙醇中温热至60℃，溶解后转移至500mL的容量瓶中，定容至刻度线)。
(2)Cu(II)标准曲线的绘制：分别在5个100mL的容量瓶中准确加入2.0mL、2.4mL、2.8mL、3.2mL、4mL浓度为10μg/mL的CuSO4标准溶液，向标准溶液中再依次加入上述所配制的4mL柠檬酸，8mL氨水和20mL双环乙酮草酰二棕，震荡摇匀定容至刻度线，使用双光束紫外分光光度计测试其吸光度，绘制标准曲线。
(3)超分子杂化水凝胶吸附Cu(II)：按照前文实验部分7.1和7.2的方法，在实施例1的超分子杂化水凝胶HA-AAP-Guano-CD@LP上负载α-萘乙酸(NAA)，并在365nm的紫外灯光照射下诱导释放4h，得到释放NAA后的水凝胶。(确认正确)使用释放NAA后的水凝胶测试捕获重金属离子的性能。将5mg冻干的溶胶浸入浓度为1mg/mL的10mLCuSO4溶液中，置于恒温震荡器上，在25℃100rpm/min的条件下震荡5h。采用双(环己酮)草二腙络合物比色法测定吸附后Cu(II)的浓度。使用双光束紫外分光光度计测量Cu(II)在610nm波长处的吸光度值，采用标准曲线分析，吸附容量计算如下:
qt＝(C0-Ct)V/m
式中qt(mg/g)为t时刻的吸附量；C0和Ct(mg/mL)分别为Cu2+在t时刻的初始浓度和剩余浓度；V(mL)为Cu2+溶液的体积，m(g)为冷冻干燥后水凝胶的质量。
吸附动力学：伪一级和伪二级吸附动力学模型研究了吸附过程。
伪一级动力学模型：
log(qe-qt)＝logqe-K1t/2.303
伪二级动力学模型:
t/qt＝1/K2q2+t/qe
式中qe和qt分别为平衡态和时刻t(min)时重金属离子吸附量(mg/g)；K1为伪一级吸附过程的速率常数(min-1)；K2为伪二阶速率常数[g(mg/min)-1]。
由于Cu(II)离子是对人类和所有生命系统毒性最大的金属污染物之一，因此选择Cu(II)离子作为模型离子来评估其捕获能力。随着农用化学品的光响应释放，芳基偶氮吡唑基团从反式转化为顺式，导致主客体络合物和水凝胶解离，从而引起杂化水凝胶的凝胶-溶胶相变。并且溶胶后的HA链上仍含有过多的羧基，可进一步作为协同吸附重金属离子的潜在吸附剂。
根据不同浓度下610nm处的紫外-可见吸收光谱绘制Cu(II)的标准曲线(图12(d)和(e))，如图12(a)所示，根据Cu(II)的标准曲线，吸附量在300min内从142.57mg/g增加到249.89mg/g，然后随着接触时间的延长，吸附量没有明显变化。结果表明，随着吸附时间的延长，溶胶上的有效吸附位点数量逐渐减少，直至达到饱和。随后，采用伪一级和伪二级模型对吸附过程进行了动力学研究。
从图12(b)和(c)和下表3中可以看出，伪二级模型拟合的相关系数R2＝0.9978高于伪一级模型拟合的相关系数R2＝0.9734，说明所得溶胶对Cu(II)的吸附动力学与伪二级模型具有良好的相关性。伪二级模型的计算吸附量为263.16mg/g与实验吸附量的249.89mg/g相当。这些结果共同证实了吸附过程是由Cu(II)离子与溶胶表面羧基等官能团表面络合的化学吸附驱动的，结合农用化学品光敏控释现象，进一步证实了所制溶胶对重金属离子的协同吸附作用。
表3吸附动力学模型相关系数
其他实施例的结果与实施例1类似。
综上所述，本发明基于芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸、修饰有带正电荷基团的β-环糊精和LP之间的主-客体和静电相互作用，构建了一种环保型光响应超分子杂化水凝胶，用于植物生长调控和重金属离子吸附，能有效地将农用化学品加载到水凝胶的三维网络结构中，从而表现出良好的光响应性农药释放、植物生长调控和对重金属离子的协同吸附。该超分子杂化水凝胶在原理上成功地解决了三个关键问题：(1)使农用化学品具有良好的生物相容性；(2)控制药物释放，避免农用化学品的过度使用；(3)协同吸附重金属离子，减少环境污染。本发明的环保型光敏感多糖基超分子杂化水凝胶可能为提高农用化学品的利用效率和解决现代农业中的环境问题提供新的选择。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种超分子杂化水凝胶，其特征在于，包括锂皂石、芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸和修饰有带正电荷基团的β-环糊精；
所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸具有以下结构式：
其中，R为甲基、羟基或卤素，q为0-5的整数，m为100-110，n为690-700；
所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精具有以下结构式：
其中，R’为所述带正电荷基团；
所述超分子杂化水凝胶通过包括以下步骤的制备方法获得：
在碱存在下使透明质酸羧基活化剂和反应，制得芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸，其中，R为甲基、羟基或卤素，q为0-5的整数，m为100-110，n为690-700；
将所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸和修饰有带正电荷基团的β-环糊精溶解在溶剂中，制得包合物溶液；以及
将锂皂石、剥离剂和所述包合物溶液混合，搅拌至混合物失去流动性，即可得到超分子杂化水凝胶。
2.根据权利要求1所述的超分子杂化水凝胶，其特征在于，所述带正电荷基团R’为以下结构中的一种：
其中t为0-2的整数。
3.根据权利要求1或2所述的超分子杂化水凝胶，其特征在于，所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸为所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精为
4.根据权利要求1或2所述的超分子杂化水凝胶，其特征在于，所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸、所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精和所述锂皂石的质量比为(0.05-0.1)：(0.01-0.05)：1。
5.权利要求1-4中任一项所述的超分子杂化水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在碱存在下使透明质酸羧基活化剂和反应，制得芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸，其中，R为甲基、羟基或卤素，q为0-5的整数，m为100-110，n为690-700；
将所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸和修饰有带正电荷基团的β-环糊精溶解在溶剂中，制得包合物溶液；以及
将锂皂石、剥离剂和所述包合物溶液混合，搅拌至混合物失去流动性，即可得到超分子杂化水凝胶。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸、所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精和所述锂皂石的质量比为(0.05-0.1)：(0.01-0.05)：1。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，
所述碱为三乙胺、4-二甲氨基吡啶、1-羟基苯并三氮唑中的一种或多种；
所述羧基活化剂为氯甲酸乙酯、氯甲酸异丁酯、N-羟基琥珀酰亚胺中的一种或多种；
所述剥离剂为聚丙烯酸钠；
所述溶剂为水、二甲基亚砜中的一种或多种。
8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，
所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸的制备包括：向溶剂中加入所述透明质酸，加热溶解后冷却至20-30℃，加入所述碱，搅拌后加入所述羧基活化剂，继续搅拌后加入反应完成后，加入水稀释，透析后冻干。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，用于溶解所述透明质酸的所述溶剂为二甲基亚砜、甲醇、乙醇中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述透明质酸、所述碱、所述羧基活化剂和的摩尔比为(1-1.5)：(6-7)：(3-4)：(0.5-1)。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述透析包括：先用氯化钠溶液透析，再用水透析；
所述包合物溶液的制备包括：将所述芳基偶氮吡唑修饰的透明质酸和所述修饰有带正电荷基团的β-环糊精溶解在水中，并超声；
所述混合物的制备包括：将锂皂石悬浮于水中，搅拌后加入剥离剂，继续搅拌后加入所述包合物溶液。
12.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述锂皂石和所述剥离剂的质量比为50mg:(1.5-2.0mg)。
13.一种农药，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的超分子杂化水凝胶和负载于其上的农用化学品。
14.权利要求13所述的农药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1-4中任一项所述的超分子杂化水凝胶干燥后与农用化学品混合。
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