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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(shí)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(duì)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(shí)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)。

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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(shí)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(shí)驗(yàn)、粘附實(shí)驗(yàn)和液滴撞擊實(shí)驗(yàn)等表明Janus乳液具有優(yōu)于傳統(tǒng)乳劑的劑量傳遞性能。
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圖2:Janus核殼乳液的沉積行為
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(shí),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(shí)驗(yàn)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。
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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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、張家港市產(chǎn)學(xué)研計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
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杜鳳沛教授團(tuán)隊(duì)合影
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(duì)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(jià)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(jià)方法,為提高農(nóng)藥劑量傳輸效率,實(shí)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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