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中國農業(yè)大學理學院化學學科研究新進展：鹽驅動生物兩親分子界面自組裝制備Janus核殼乳液促進農藥高效遞送
來源：中國農業(yè)大學 2024-04-12
導讀：研發(fā)理化性質穩(wěn)定、劑量傳遞高效、環(huán)境安全友好的農藥制劑和助劑體系是實現農藥減施增效、推動農業(yè)綠色高質量發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。近日，中國農業(yè)大學理學院杜鳳沛教授、張晨輝副教授所在高效綠色農藥助劑與膠體界面化學研究團隊在《美國化學會納米》（ACS Nano）上發(fā)表題為《鹽驅動生物兩親分子界面自組裝制備Janus核殼乳液促進農藥高效遞送》（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，旨在利用農藥原料中普遍存在的無機鹽，誘導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)農藥乳液在高離子強度下理化穩(wěn)定性差、劑量傳遞效率低、易造成土壤板結等問題。該工作提供了一種簡單有效的研發(fā)策略，將廢水中無機鹽變廢為寶，成為納米乳液理化穩(wěn)定的關鍵原料，同時促進農藥藥液高效沉積，為農業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供新思路。
通過界面吸附動力學、擴張流變學和分子動力學模擬的研究結果，發(fā)現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歷了從液態(tài)擴張膜到液態(tài)凝膠膜再到固態(tài)膜的轉變，其中適宜鹽度可誘導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）。Janus乳液的遞送有利于實現農藥的高效沉積（圖2）。該遞送體系顯著提高了液滴與疏水表面的相互作用，表現出更好的粘附性。在液滴撞擊靶標表面后，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，顯著提高農藥抗雨水沖刷能力（圖3）。同時，二氧化碳(CO2)刺激響應使流失到土壤中的Janus核殼乳液進一步包封，減少農藥的釋放。土壤微生物群落實驗結果也證明Janus乳液可能會緩解農藥對土壤的危害，減少農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響應包封中國農業(yè)大學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，馬永強教授、高玉霞博士亦對論文做出重要貢獻。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、張家港市產學研計劃等項目的支持。中國農業(yè)大學高效綠色農藥助劑及膠體界面化學研究團隊主要從事農藥劑量傳輸的規(guī)律與調控機制、高效綠色農藥助劑和農藥制劑的研發(fā)與應用、農藥產品快速評價方法等研究，通過膠體界面化學、材料科學、信息技術與農藥學交叉融合，為相關領域提供新的理論依據和科學高效的評價方法，為提高農藥劑量傳輸效率，實現化學農藥減施增效提供調控新策略。目前，已經在《美國化學會納米》（ACS Nano）、《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）、《清潔生產雜志》（Journal of Cleaner Production）、《農業(yè)與食品化學雜志》（Journal of Agricultural and Food Chemistry）等期刊上發(fā)表學術論文120余篇。
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