2025年9月，ACS Nano期刊在線發(fā)表了植物保護學院劉峰教授團隊題為“Micellar Self-Assembly Constructed Microparticulate Shells Enable Dual-Responsive Release of Pesticide Microcapsules via Enzymatic/Mechanical Triggers”的研究論文。該研究揭示了在利用界面聚合制備緩控釋農(nóng)藥過程中，兩親性質(zhì)的高分子分散劑對界面層水相傳質(zhì)和囊殼結(jié)構(gòu)的調(diào)控規(guī)律，可以用于改善殺蟲劑微囊的應(yīng)用性能。

微囊化是提高農(nóng)藥利用率、降低環(huán)境風險的有效手段。界面聚合是目前主流的農(nóng)藥微囊化技術(shù)，通常形成致密連續(xù)的聚脲、聚氨酯等類型的囊殼，延緩農(nóng)藥釋放速率，但這也會導致活性成分難以在害蟲發(fā)生時實現(xiàn)按需釋放。

團隊提出了一種基于表面活性劑膠束自組裝制備農(nóng)藥微囊的新策略：基于現(xiàn)有的界面聚合微囊化技術(shù)原理，首先利用反膠束“運送”水分子在油/水界面上形成微粒層，在其表面再生成一層致密薄膜，從而構(gòu)建出類似動物細胞膜的仿生界面膜結(jié)構(gòu)囊殼。這種特殊囊殼不僅可以負載水溶性活性物質(zhì)，還可以在害蟲取食（消化酶作用）和爬行（機械壓力）的刺激下實現(xiàn)智能響應(yīng)釋放（圖1）。

圖1 膠束自組裝構(gòu)建的微粒殼層結(jié)構(gòu)及其雙響應(yīng)釋放機制

該研究系統(tǒng)揭示了在界面聚合過程中兩親分子對水相傳質(zhì)和囊殼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)，聚羧酸鹽（PCE）可形成反膠束，將水相以乳滴形式跨界面輸運至油相，進一步，乳滴中的水與異氰酸酯反應(yīng)生成微米級顆粒，最終形成多孔的“微粒型”界面膜；而木質(zhì)素磺酸鈉（SL）作為兩親分子時，界面縮聚過程則傾向于形成致密連續(xù)的界面膜（圖2）

圖2 分散劑對界面膜形成的影響機理示意圖

基于上述過程，研究團隊進一步開發(fā)了低溫約束界面聚合策略，通過調(diào)整PCE和SL的添加順序和反應(yīng)溫度，成功構(gòu)建了具有“內(nèi)層微粒-表面致密層”的微粒型囊殼（圖3）。該結(jié)構(gòu)既保證了囊芯的穩(wěn)定性，又能夠響應(yīng)害蟲的力學刺激，同時借助內(nèi)層微粒所特有的負載水溶性物質(zhì)的功能，還能夠進一步拓展載藥微囊的應(yīng)用性能。

在應(yīng)用評價中，微粒結(jié)構(gòu)微囊展現(xiàn)出獨特的酶觸發(fā)與機械觸發(fā)雙響應(yīng)釋放特性。與常規(guī)乳油相比，該制劑在紫外照射60分鐘后仍能保持超過40%的害蟲死亡率，表現(xiàn)出優(yōu)異的光穩(wěn)定性；與傳統(tǒng)微囊相比，其胃毒效果提高15%。同時，其臨界破裂力僅為 175.28 μN，遠低于傳統(tǒng)微囊的 5580.66 μN，使其在害蟲爬行壓力下的觸殺效果提高約50%。該雙響應(yīng)釋放策略不僅實現(xiàn)了更高的殺蟲效果，也為農(nóng)藥減施增效提供了新的思路與技術(shù)支撐。

圖3 仿生界面膜的構(gòu)建策略與結(jié)構(gòu)示意圖

植物保護學院農(nóng)藥高效利用與環(huán)境安全團隊的劉峰教授、鄒楠教授和張大俠副教授為共同通訊作者。在讀博士研究生菅學文為第一作者。山東農(nóng)業(yè)大學博士后Muhammad Umair Sial、孫喆，在讀碩士研究生趙言厚、李北興教授及中國農(nóng)業(yè)科學院黃啟良研究員等參與了該研究和指導。研究工作得到了山東省重大科技創(chuàng)新項目（2022CXGC020710）、國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFD1700500）、國家自然科學基金項目（32272596、32472609）的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c07763

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