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山东农大刘峰团队 CEJ:利用双重屏蔽效应构建兼具速效性和持效性的农药微囊负载体系
2022-12-19  来源:高分子科技

  光解是影响农药利用率的重要因素。对于高活性的光敏农药,约50%的有效成分在施用过程中光解而丧失药效,而以高分子材料将农药包覆后可显著减缓农药的光解。通常来说,微囊的囊壳通过遮光作用来保护其活性成分,因此,不同性质的囊壳对活性成分具有不同的保护作用,致密的囊壳可增强活性成分的光稳定性,但载体体系速释性较差,无法在病虫害发生前期快速控制病虫害;而速释型微囊迅速将活性成分释放,其活性成分暴露在紫外光下被光解。解决农药微囊产品速效性和持效性之间的矛盾,是提高农药利用率的重要路径。



  山东农业大学植物保护学院刘峰教授团队通过静电自组装法,以不同碳链长度的烷基季铵盐作为囊壳材料,制备出囊壳松散的阿维菌素微囊。该类微囊在施用到叶面防治小菜蛾和菜青虫时,囊芯通过渗透作用快速释放至微囊底部,微囊塌陷,上下两层囊壳同时通过遮光作用保护囊芯。在保持微囊速释性的同时也提高了农药抗光解性,显著提高了农药的实际应用性能。相关成果20221214日以“Balance the rapid release of insecticide microcapsules using double-layer shielding effect when the foliar application”为题在线发表于Chemical Engineering Journal(一区,IF16.74)。


  团队研究发现,静电自组装微囊中阳离子材料(烷基季铵盐)的碳链长度是影响微囊形貌的重要因素(图1)。结果表明,烷基季铵盐的碳链越长,囊壳越疏松且易塌陷。不同类型的微囊在施用至靶标界面时,囊壳致密的微囊释放缓慢,紫外光在分解上层囊壳后可直接达到活性成分层,而对于囊壳疏松的微囊而言,囊芯通过渗透作用快速释放至微囊底部,微囊塌陷,紫外光需要穿透两层囊壳才能到达活性成分层(图2,上下两层囊壳同时通过遮光作用保护囊芯,有效解决了阿维菌素等农药的光解问题,显著提高了农药利用率。


1. A) 用不同烷基链的烷基季铵盐制备的阿维菌素微囊的扫描电镜图像(B) 各类烷基季铵盐的分子静电势(C) 烷基季铵盐介导的胶囊形态机制示意图


2.A)阿维菌素在紫外光照下在阿维菌素中的光解动力学曲线(B) 渗透试验装置用于验证双层屏蔽效果和渗透试验中阿维菌素渗透到载玻片上的量(C) 渗透试验中阿维菌素渗透到载玻片上的荧光图像。(c-1)光照后微囊的形态变化的扫描电镜图像(E)紫外光照射下四种类型的阿维菌素微囊的形态变化示意图


  山东农业大学是本研究唯一通讯单位,植物保护学院博士研究生王瑞为第一作者,刘峰教授、张大侠副教授为共同通讯作者,慕卫教授和李北兴副教授参与了部分研究。感谢国家自然科学基金(32272596) 和山东省重点研发计划(2022CXGC020710)的经费支持。


  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140899

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