近日，南开大学化学学院汪清民教授团队在光交联构建纳米凝胶提高农药利用率领域取得重要进展，制备出的纳米农药能实现精准释放，相关研究成果发表在工程技术与化学化工领域最有影响力的三大顶级刊物之一《化学工程杂志》上。

利用纳米材料与制备技术发展的纳米农药，已被国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）评为“改变世界的十大化学新兴技术”之首，成为了国际绿色农药创新发展的主流。纳米农药可显著改善农药有效成分的生物活性、利用率和持效期，降低农药施用量和施用次数，减少农药流失和加速残留物降解。然而，纳米农药存在着研发难度大、制备过程复杂、成本高的缺点。

尽管新型绿色农药传递系统不断涌现，但其商业化往往受到复杂制备工艺、单一性能、昂贵原材料等限制。纳米凝胶具有许多优秀性质，如良好的生物相容性和生物降解性，优异的药物载荷能力和良好的稳定性，使其成为稳定农药活性成分的环保选择。因此，作者着手开发一种新型绿色纳米凝胶，易于制备，并表现出优秀的铺展润湿性、叶面保留性、抗光解性能、包封能力以及对负载农药的响应释放。

（图片来源：Chem. Eng. J.）

首先，作者通过将硫辛酸引入到一种含氟表面活性剂当中合成了一种兼具表面活性和交联特性的多功能乳化交联剂。随后以此乳化交联剂为基础通过反相法制备得到一种负载阿维菌素的纳米乳液，将此纳米乳液在紫外光照条件下发生交联反应，即可得到纳米凝胶。经过证明，这一紫外光照交联过程并不会破坏装载的药物分子。

在光照条件下纳米乳液中的乳化交联剂发生交联反应，在纳米乳液内部形成的一种三维网状结构，即形成了纳米凝胶。对纳米凝胶进行稳定性分析和形貌分析表征可以发现，这一三维网状结构的形成有效提升了纳米乳液的稳定性。

（图片来源：Chem. Eng. J.）

由于纳米凝胶内部形成的三维网状结构的包封，相比于未进行光交联的纳米乳液和一种商品化阿维菌素水乳，纳米凝胶体现出了明显的缓释行为，有利于病虫害的长效防治。

谷胱甘肽（GSH）是细胞内普遍存在的一种多肽，由于纳米凝胶中二硫键构成的三维网状结构，这一负载阿维菌素的纳米凝胶实现了在不同谷胱甘肽浓度下的响应性释放，且随着谷胱甘肽浓度的上升，释放速率也随之加快。

（图片来源：Chem. Eng. J.）

在叶面润湿铺展性能实验中，纳米尺寸的纳米凝胶和纳米乳液表现都优于商品化水乳。雨水冲刷模拟测试的结果也表明了纳米凝胶优良的叶片持留能力。

抗光解实验结果表明，光交联产生的交联网络相比于纳米乳液明显提升了包载药物阿维菌素的抗光解能力。

（图片来源：Chem. Eng. J.）

生物活性测试表明，光交联构建的纳米凝胶以4.6987 mg/L的LC50值远低于其他对照组，表明了光交联构建的纳米凝胶对包载药物阿维菌素利用率的大大提高。

总之，汪清民团队首次通过光交联的方式一步构建了负载阿维菌素的纳米凝胶载体，实现了谷胱甘肽响应性释放，有效提高了在叶片表面的铺展和持留能力，纳米凝胶大大提高了阿维菌素的抗光解能力。生物活性测试中纳米凝胶展现了良好的小菜蛾活体活性。

该研究将硫辛酸引入到表面活性剂中，制备了兼具表面活性和交联特性的多功能乳化交联剂，并通过光交联的方式一步构建了内部为三维网状结构的纳米凝胶。该纳米凝胶内部的三维网状结构使其具有明显的缓释性能，有利于病虫害的长效防治。三维网状结构赋予了纳米凝胶对于谷胱甘肽的响应性，实现了农药的精准释放。此外，该纳米凝胶有效提高了药液在叶片表面的铺展性能、耐雨水冲刷能力以及光不稳定药物的抗光解能力，进而提高了农药的利用率。该纳米农药制备新策略为纳米农药的绿色低碳化发展开辟了新途径。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150061

来源：南开大学