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中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)學(xué)科研究新進(jìn)展：鹽驅(qū)動生物兩親分子界面自組裝制備Janus核殼乳液促進(jìn)農(nóng)藥高效遞送
來源：中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2024-04-12
導(dǎo)讀：研發(fā)理化性質(zhì)穩(wěn)定、劑量傳遞高效、環(huán)境安全友好的農(nóng)藥制劑和助劑體系是實現(xiàn)農(nóng)藥減施增效、推動農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院杜鳳沛教授、張晨輝副教授所在高效綠色農(nóng)藥助劑與膠體界面化學(xué)研究團(tuán)隊在《美國化學(xué)會納米》（ACS Nano）上發(fā)表題為《鹽驅(qū)動生物兩親分子界面自組裝制備Janus核殼乳液促進(jìn)農(nóng)藥高效遞送》（Salinity-Driven Interface Self-Assembly of a Biological Amphiphilic Emulsifier to Form Stable Janus Core?Shell Emulsion for Enhancing Agrichemical Delivery）的研究論文，旨在利用農(nóng)藥原料中普遍存在的無機(jī)鹽，誘導(dǎo)二維表面活性劑脫氧膽酸鈉在油-水界面自組裝形成穩(wěn)定的納米乳液，解決傳統(tǒng)農(nóng)藥乳液在高離子強(qiáng)度下理化穩(wěn)定性差、劑量傳遞效率低、易造成土壤板結(jié)等問題。該工作提供了一種簡單有效的研發(fā)策略，將廢水中無機(jī)鹽變廢為寶，成為納米乳液理化穩(wěn)定的關(guān)鍵原料，同時促進(jìn)農(nóng)藥藥液高效沉積，為農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供新思路。
通過界面吸附動力學(xué)、擴(kuò)張流變學(xué)和分子動力學(xué)模擬的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著鹽度的不斷提高，脫氧膽酸鈉吸附油-水界面形成的界面膜經(jīng)歷了從液態(tài)擴(kuò)張膜到液態(tài)凝膠膜再到固態(tài)膜的轉(zhuǎn)變，其中適宜鹽度可誘導(dǎo)脫氧膽酸鈉在界面發(fā)生緊密聚集，增加界面膜的粘彈性，有利于乳液的穩(wěn)定（圖1）。圖1：鹽度驅(qū)動脫氧膽酸鈉在油-水界面自組裝Janus乳液的遞送有利于實現(xiàn)農(nóng)藥的高效沉積（圖2）。該遞送體系顯著提高了液滴與疏水表面的相互作用，表現(xiàn)出更好的粘附性。在液滴撞擊靶標(biāo)表面后，Janus乳液可以抑制液滴反彈，最終沉積面積比傳統(tǒng)乳劑增加近35%。潤濕實驗、粘附實驗和液滴撞擊實驗等表明Janus乳液具有優(yōu)于傳統(tǒng)乳劑的劑量傳遞性能。Janus核殼乳液接觸到水稻葉片表面后，可以嵌入葉面乳突并發(fā)生形變，顯著提高農(nóng)藥抗雨水沖刷能力（圖3）。同時，二氧化碳(CO2)刺激響應(yīng)使流失到土壤中的Janus核殼乳液進(jìn)一步包封，減少農(nóng)藥的釋放。土壤微生物群落實驗結(jié)果也證明Janus乳液可能會緩解農(nóng)藥對土壤的危害，減少農(nóng)藥對部分微生物的豐度影響。圖3：Janus核殼乳液的抗雨水沖刷和CO2響應(yīng)包封中國農(nóng)業(yè)大學(xué)為本論文第一完成單位，蘇州豐倍生物科技股份有限公司參與部分研究，杜鳳沛教授和張晨輝副教授為論文共同通訊作者，博士研究生吳艷玲為論文第一作者，馬永強(qiáng)教授、高玉霞博士亦對論文做出重要貢獻(xiàn)。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、張家港市產(chǎn)學(xué)研計劃等項目的支持。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)高效綠色農(nóng)藥助劑及膠體界面化學(xué)研究團(tuán)隊主要從事農(nóng)藥劑量傳輸?shù)囊?guī)律與調(diào)控機(jī)制、高效綠色農(nóng)藥助劑和農(nóng)藥制劑的研發(fā)與應(yīng)用、農(nóng)藥產(chǎn)品快速評價方法等研究，通過膠體界面化學(xué)、材料科學(xué)、信息技術(shù)與農(nóng)藥學(xué)交叉融合，為相關(guān)領(lǐng)域提供新的理論依據(jù)和科學(xué)高效的評價方法，為提高農(nóng)藥劑量傳輸效率，實現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥減施增效提供調(diào)控新策略。目前，已經(jīng)在《美國化學(xué)會納米》（ACS Nano）、《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）、《清潔生產(chǎn)雜志》（Journal of Cleaner Production）、《農(nóng)業(yè)與食品化學(xué)雜志》（Journal of Agricultural and Food Chemistry）等期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文120余篇。
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