Page 31 - 《精细化工》2020年第5期
P. 31
第 5 期 申 越，等: 刺激响应型农药控释剂的研发与应用进展 ·881·
性质通过透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、 降解，不适于农业应用；合成高分子材料价格昂贵、
粒度分析和 ζ 电势测量来表征。面对 pH 和氧化还原 生物相容性差、易滞留体内产生毒性且难以大规模
刺激，纳米凝胶显示出可逆的溶胶–凝胶转变，表明 生产，限制了此类聚合物的进一步应用。选用具有
良好的 pH 和氧化还原响应性。载有农药的纳米凝 生物可降解性和生物相容性的天然高分子材料，如
胶表现出高载药量（40.6%）和良好的释放行为。此 纤维素、壳聚糖、淀粉、木质素和环糊精等制备环
外，纳米凝胶对重金属离子络合的实验显示了在输 境刺激响应型控释剂，与普通控释剂相比，不仅可
2+
送农药的同时可以移除 89%土壤中的 Cu ，具有改 以有效响应外界环境和靶标内部生物刺激，实现农
善土壤潜力。 药在时间、空间和剂量上的智能化精准释放，在设
定的期间内维持最低有效靶标作用浓度，还有利于
大幅度提高农药有效性与安全性，实现减量施用。
与传统控释剂相比，这类控释剂的载体材料种类繁
多，设计性更强，普适性略差。不同载体材料对不
同理化性质的农药负载及控释能力略有差异。同时
由于成本略高，暂时停留在研发阶段，无产品登记。
此外，农药控释剂在农民中推广使用需要长期进行
且任务艰巨。因此，应加强研发投入以及市场推广，
科学指导农民用药，宣传“绿色农药”概念。
图 7 纤维素纳米凝胶的合成过程和响应行为 [60] 3 结束语
Fig. 7 Synthesizing process and responsive behaviors of
cellulose nanogel [60]
农药的长期低效使用增加了农业生产成本，造
2.5 酶响应型农药控释剂 成大量农药流失到非靶标区域，并对食品安全与生
KAZIEM 等 [61] 制备了介孔纳米二氧化硅负载阿 态环境造成了严重威胁。为了促进农业发展方式的
维菌素，并通过 α-环糊精封堵介孔得到了酶响应型 转变，有效控制农药的使用量，确保农业的生产、
阿维菌素控释剂。实验发现，在 α-淀粉酶存在下， 农产品的质量和生态环境安全，进一步推动农业可
体系能快速释放活性成分阿维菌素。生测实验表明， 持续发展，国家“十三五”期间实施了药肥双减增效
当小菜蛾幼虫取食含药的叶片后，α-环糊精被昆虫 行动。目前，新型农药化合物创制愈发困难，通过
消化道中的 α-淀粉酶降解，阿维菌素快速释放。与 先进的剂型加工方法改善农药的使用性能，并充分
市售阿维菌素商品化制剂相比，控释剂对小菜蛾生 发挥农药的生物活性，已成为农药节本增效与提高
物活性高，可以减少阿维菌素用量 50%~70%。 利用率的重要途径。其中，利用刺激响应型功能材
LIANG 等 [62] 通过脲键使聚乙烯亚胺和异氰酸 料通过吸附、偶联、包裹和内嵌等方式负载农药，
酯官能化二氧化硅（silica-IPTS-PEI）交联，制备了 构建农药智能化递送系统，既可实现农药的高效负
脲酶响应的农药微胶囊。结果表明，该微胶囊可以 载，也可通过调节载体的精细结构，实现农药对靶
有效地负载二甲戊灵，并且增强二甲戊灵的光热稳 可控精准释放。特别是对于高效、低残毒的生物农
定性。释放曲线与 Ritger 和 Peppas 方程一致，二甲 药，通过药物载体与剂型加工技术的革新，降低制
戊灵的释放为扩散控制。在弱酸和弱碱条件下，二 剂使用后药物的光解、水解等稳定性问题，实现其
甲戊灵的释放速率高于中性条件，并且负载二甲戊 在有效生物剂量下的控制释放具有重要意义。然而，
灵的微胶囊表现出酶响应控制特性。温室实验表明， 有关农药控释剂的研究还处于基础阶段，仍然有一
相同有效成分含量的微胶囊的除草活性与乳油制剂 系列的因素限制着这类材料在农药控释领域的发
相当，而微囊剂的遗传毒性更低。因此，具有脲酶 展，比如：载体成本、药物负载性能、体系稳定性、
响应性的二甲戊灵微胶囊控释剂作为一种环境友好 加工工艺的普适性及应用等。同时，由于农药在田
型的除草剂具有广阔的市场前景。 间施用后环境的复杂多变，新型控释剂能否有效响
综上所述，可设计和调节活性成分释放速率的 应外部环境和内部生物刺激，建立起农药控释剂与
农药控制释放技术，可以有效降低农药的挥发、分 靶标生物的联系，真正实现精准、智能的农药转运
解及向非靶标环境的流失。目前，所选用的控释剂 和释放还面临较大的挑战。因此，刺激响应型农药
载体材料包括无机黏土、纳米二氧化硅以及各种天 控释载体需要更加系统和深入的研究。根据农作物
然和合成高分子材料等，其中无机物因材料的不可 受害和害虫危害的普遍规律和特点，结合刺激响应
