山东农大刘峰教授团队 ACS Nano：界面穿梭效应介导的界面聚合深度变化调控载药微胶囊的应用性能

2023-10-09 来源：高分子科技

微囊化技术是提高农药利用率和降低农药环境风险的有效手段。界面聚合法是目前广泛应用的农药微囊化技术，主要用于包封脂溶性农药，比如毒死蜱和高效氯氟氰菊酯等，而包封水溶性较高的农药一直存在困难，限制了高水溶性农药微囊的推广和应用。

图1 界面穿梭介导的界面聚合深度变化调控载药微胶囊的形貌和应用性能

近期，山东农业大学植物保护学院刘峰教授团队以噻唑膦为模式农药，揭示了高水溶性农药难以被微囊化的原因，并提供解决方案（图2，图3）。随着囊芯亲水性的增强，微囊表面褶皱程度和微囊之间粘连程度增加，同时，囊壳也逐渐增厚，甚至变成了实心球或出现了破囊。同时，囊芯亲水性的增加导致微囊的包封率降低及微囊释放速率提高。因此，囊芯亲水性影响着微囊的囊壳结构和释放性能。

图2 不同亲水性溶剂制备的噻唑膦微囊形貌及性能

图3 不同亲水性溶剂制备的噻唑膦微囊的囊壳结构

界面聚合反应是非平衡态的传质过程与快速的化学反应耦合发生的，研究界面膜的形成过程一直是一项挑战。为进一步明确囊芯亲水性对囊壳形成的影响，本研究建立了一种将微观成囊过程宏观可视化的方法，称为界面演化模型。研究发现，在界面膜形成过程中存在界面穿梭效应，影响着囊壳的形成（图4，图5）。当油相亲水性较强时，水相单体会穿过界面进入油相，与MDI发生反应，随着水向油相传质深度的增加，界面膜逐渐增厚且变得疏松多孔。而当油相是疏水性体系时，水相单体只能与油相浅层的MDI发生反应，因此形成了薄且致密的界面膜，这与制备微囊时的现象一致。

图4 界面演化模型反应油相亲水性对界面膜形成的影响

图5 界面聚合法成囊过程中的界面穿梭理论示意图

噻唑膦在水中的溶解度大约为9 g/L，土壤施用后容易淋溶流失浪费且对地下水安全造成威胁。通过疏水性溶剂降低油相亲水性，增强了壳层致密度。壳层致密度的提高延缓了噻唑膦的释放，进而缩短了噻唑膦在土壤中的淋溶距离，使更多的噻唑膦集中在番茄根系周围，取得了良好的对根结线虫病防治效果（图6，图7）。本研究以宏观界面演化模型反映了界面聚合法成囊的微观机制，丰富了界面聚合法微囊化理论，并为包封水溶性囊芯材料提供了理论依据和技术指导。

图6 不同囊壳结构的噻唑膦微囊的土壤淋溶性能

图7 不同囊壳结构的噻唑膦微囊对番茄根结线虫病的防治效果

该工作以“Interfacial Polymerization Depth Mediated by the Shuttle Effect Regulating the Application Performance of Pesticide-Loaded Microcapsules”为题于10月7日发表在ACS Nano上。山东农业大学植物保护学院硕士研究生张涛为本文第一作者，山东农业大学植物保护学院刘峰教授和张大侠副教授为本文通讯作者。感谢国家自然科学基金和泰山产业领军人才工程对本研究的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07915

下载：Interfacial Polymerization Depth Mediated by the Shuttle Effect Regulating the Application Performance of Pesticide-Loaded Microcapsules

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（责任编辑：xu）

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