中国农业大学理学院化学学科研究新进展：盐驱动生物两亲分子界面自组装制备Janus核壳乳液促进农药高效递送

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中国农业大学理学院化学学科研究新进展：盐驱动生物两亲分子界面自组装制备Janus核壳乳液促进农药高效递送

来源：中国农业大学 2024-04-12

导读：研发理化性质稳定、剂量传递高效、环境安全友好的农药制剂和助剂体系是实现农药减施增效、推动农业绿色高质量发展的关键环节。近日，中国农业大学理学院杜凤沛教授、张晨辉副教授所在高效绿色农药助剂与胶体界面化学研究团队在《美国化学会纳米》（ACS Nano）上发表题为《盐驱动生物两亲分子界面自组装制备Janus核壳乳液促进农药高效递送》（Salinity-Driven Interface Self-Assembly of a Biological Amphiphilic Emulsifier to Form Stable Janus Core−Shell Emulsion for Enhancing Agrichemical Delivery）的研究论文，旨在利用农药原料中普遍存在的无机盐，诱导二维表面活性剂脱氧胆酸钠在油-水界面自组装形成稳定的纳米乳液，解决传统农药乳液在高离子强度下理化稳定性差、剂量传递效率低、易造成土壤板结等问题。该工作提供了一种简单有效的研发策略，将废水中无机盐变废为宝，成为纳米乳液理化稳定的关键原料，同时促进农药药液高效沉积，为农业绿色可持续发展提供新思路。

通过界面吸附动力学、扩张流变学和分子动力学模拟的研究结果，发现随着盐度的不断提高，脱氧胆酸钠吸附油-水界面形成的界面膜经历了从液态扩张膜到液态凝胶膜再到固态膜的转变，其中适宜盐度可诱导脱氧胆酸钠在界面发生紧密聚集，增加界面膜的粘弹性，有利于乳液的稳定（图1）。

图1：盐度驱动脱氧胆酸钠在油-水界面自组装

Janus乳液的递送有利于实现农药的高效沉积（图2）。该递送体系显著提高了液滴与疏水表面的相互作用，表现出更好的粘附性。在液滴撞击靶标表面后，Janus乳液可以抑制液滴反弹，最终沉积面积比传统乳剂增加近35%。润湿实验、粘附实验和液滴撞击实验等表明Janus乳液具有优于传统乳剂的剂量传递性能。

图2：Janus核壳乳液的沉积行为

Janus核壳乳液接触到水稻叶片表面后，可以嵌入叶面乳突并发生形变，显著提高农药抗雨水冲刷能力（图3）。同时，二氧化碳(CO2)刺激响应使流失到土壤中的Janus核壳乳液进一步包封，减少农药的释放。土壤微生物群落实验结果也证明Janus乳液可能会缓解农药对土壤的危害，减少农药对部分微生物的丰度影响。

图3：Janus核壳乳液的抗雨水冲刷和CO2响应包封

中国农业大学为本论文第一完成单位，苏州丰倍生物科技股份有限公司参与部分研究，杜凤沛教授和张晨辉副教授为论文共同通讯作者，博士研究生吴艳玲为论文第一作者，马永强教授、高玉霞博士亦对论文做出重要贡献。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、张家港市产学研计划等项目的支持。

杜凤沛教授团队合影

中国农业大学高效绿色农药助剂及胶体界面化学研究团队主要从事农药剂量传输的规律与调控机制、高效绿色农药助剂和农药制剂的研发与应用、农药产品快速评价方法等研究，通过胶体界面化学、材料科学、信息技术与农药学交叉融合，为相关领域提供新的理论依据和科学高效的评价方法，为提高农药剂量传输效率，实现化学农药减施增效提供调控新策略。目前，已经在《美国化学会纳米》（ACS Nano）、《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）、《清洁生产杂志》（Journal of Cleaner Production）、《农业与食品化学杂志》（Journal of Agricultural and Food Chemistry）等期刊上发表学术论文120余篇。

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