来源：《世界农药》2024年7月，欢迎订阅！

近年来，国内外政策导向大力支持纳米农药的发展。2018年以来农业部持续开展纳米农药防治病虫害试验示范，已表明纳米农药具有良好的防效，能够提高田间作业效率，深受专业化防治服务组织的好评。2018年7月，农业农村部印发的《农业绿色发展导则(2018—2030)》指出，重点发展纳米智能化控释肥料、绿色环保型纳米农药。2021年5月，中国农科院植保所组织召开《农药纳米制剂产品质量标准制定规范》的实施方案研讨会，正式明确我国纳米农药产品相关质量标准工作，同年通过审定。2022年，《“十四五”全国农药产业发展规划》明确指出：鼓励纳米技术在农药剂型上的创新应用，充分利用新工艺、新技术，大力发展纳米化。2023年7月“十四五”国家重点研发计划“安全高效的绿色纳米农药新制剂创制与产业化”揭榜挂帅项目在北京举行启动会。2024年3月底“中国化学会第一届纳米农药学术讨论会”在北京召开，交流纳米农药理论与应用最新研究成果。这类政策的发布以及学术会议的召开，不断提高我国纳米农药的技术水平，同时也推动我国农药产业转型升级与绿色植保技术发展。

本文通过探讨纳米农药研究进展，探讨纳米农药产业化面临的挑战，总结不同类型的纳米农药用助剂研究进展，结合笔者团队研究实践提出新型弱阳离子、新型聚羧酸盐和萘磺酸盐助剂协同作用在纳米制剂悬浮体系中具有很好的悬浮稳定作用，以及高分子聚合物增溶助剂其分子结构可设计性强，在提供稳定性、抑制农药有效成分分解及增强作物在靶标内的吸收传导具有非常优异的性能，为推进纳米悬浮剂和纳米乳剂产业化提供思路。

1 纳米农药产业化探讨

1.1 纳米农药研究进展

近年来纳米农药的开发与应用取得了一定的进展。常见的纳米农药主要有3大类型：第一类是无机纳米颗粒：即金属或金属氧化物农药制剂，常见的包括Ag、Cu、Zn、Ti等，以及具有一定活性纳米硅等，这类无机物本身就具有杀菌作用。第二类是通过纳米载体通过负载技术形成的纳米载药体系，主要指借助于聚合物或者无机物载体通过物理吸附、包裹或自组装所形成的纳米载药体系，包括纳米胶囊、纳米球、纳米凝胶、纳米胶束以及不同形状的纳米载药颗粒。第三类是通过物理手段(结晶、粉碎、溶解等)把农药有效成分处于纳米尺度内，常见的产品有纳米悬浮剂、纳米乳剂、纳米颗粒剂。

纳米农药研究目前最主流的策略主要基于开发多种纳米材料作为载体，为农药传递系统提供更好的释放行为等功能特性。研究热点课题包括：1)纳米载体材料的选择，如无机载体材料、有机聚合物载体材料和有机无机杂化构架或聚合物；2)载体材料的功能特点挖掘，包括响应型高分子载体、控制释放型高分子载体(如介孔二氧化硅材料和含有酚羟基、阳离子等基团的靶标沉积型高分子载体)等的研究；3)载体材料装载方式及装载效率的研究，即装载在纳米颗粒聚合物壳内部、吸附到纳米颗粒表面或通过配体附着在纳米颗粒核心上—偶联和包封在聚合物基质中—镶嵌的方式等。

1.2 纳米农药产业化面临的挑战

纳米农药在科学技术及产业化层面仍缺乏系统性的研究，需要突破其技术瓶颈和成本局限。从科学技术层面讲，纳米载药体系有效成分的载药量目前普遍较低，多集中在20%～25%之间。同时载药位置也难以确定，对后期性能评价研究有一定的限制。从产业化的角度讲，纳米载药工艺难度大，加工需要高压均质等高能设备，同时装载过程中应用的溶剂在后期蒸发等处理时存在残留等问题。

基于纳米材料的复杂递送平台，目前易于产业化的纳米农药包括纳米乳液、纳米悬浮剂、纳米干悬浮剂等。但这类纳米农药也存在一定的技术难点，如纳米乳剂热力学不稳定，容易析出，纳米悬浮剂研磨效率低等，以及纳米制剂很难保证稀释后仍然处于纳米尺度。而这些问题的解决高度依赖助剂的应用，需要保证纳米颗粒的稳定性、平衡药效与纳米尺寸的关联性以及应用场景下的药液稳定性。

2 农药纳米制剂用助剂研究进展

近年来，纳米农药助剂开发应用已取得了一定的进展。不同类型的传统助剂通过协同应用已被大量筛选用于纳米体系，同时国内一些高校及助剂企业也对新型助剂的不同结构特点对纳米体系稳定性的影响等进行了深入的研究与开发应用。

2.1传统助剂在纳米体系中应用

传统表面活性剂在纳米体系中已用于解决纳米乳液和纳米悬浮液等易沉降、分散差等问题。

Nusrat等采用高速剪切水分散法开发吡虫啉和水不溶的植物杀虫剂辣椒油树脂的纳米体系，平均粒径＜50 nm。该纳米制剂具有很好的渗透性，降低了接触角，增强吡虫啉在烟粉虱上的防治效果。其纳米体系中应用Tween20、NP-13和Atlox4916等按照一定的比例协同，确保活性成分均匀分散，延迟析晶。当体系的混合自由能接近0时，助剂的相互协同作用最强。李彦飞等采用微射流均质机制备不同有效含量的甲维盐纳米乳剂，助剂用常规的表面活性剂如EO-PO-EO嵌段聚醚Synperonic PE/F127、C12‑14、C16-18脂肪醇聚氧乙烯醚O-30、MOA-23等，加工的甲维盐纳米乳剂提高了其分散度与沉积量，增加其在靶标的粘附性和渗透性，从而提高了利用度。利用相转变组分法制备纳米乳时，常用的一类助剂是离子液体(ILs)，是由阴离子部分和阳离子部分组成的，其中一些具有长链烷基的ILs可以在微乳状液和水溶液中自组装形成聚集，从而表现出表面活性，提高对药物的溶解度。Zhao等研究了ILs的烷基链长度和浓度对氯菊酯纳米尺寸、多分散性、电位、黏度和稳定性的影响。用ILs制备的带正电荷的纳米乳剂降低作物靶标表面的接触角，提高应用效果。

2.2 新型结构纳米农药用助剂研究进展

随着纳米农药研究的不断深入，传统的表面活性剂在控制纳米尺寸稳定性方面存在不足，更多新型的纳米农药用助剂被研发出来。

一些原料易得、具有简单合成工艺的聚合物助剂在纳米乳液体系中控制体系稳定、提高药液利用率等方面应用效果突出。Yan等以季戊四醇与2-溴-异丁酰溴为原料制备中间体，再与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯发生可逆加成聚合形成两亲性星型聚合物(SPc)，用于制备纳米乳剂，其合成工艺简单，化学原料来源容易。制剂加工工艺也较简单，将农药有效成分和SPc在双蒸馏水中通过简单的混合形成自组装纳米乳体系，在氢键、范德华力、静电作用力等作用下，分别使苦参碱、噻虫嗪和阿维菌素等原药纳米化，提高药物溶解度，提高在靶标上的穿透性，促进了药物的吸收与传导。木质素是一种天然高分子化合物，木质素基分散剂在研磨工艺的纳米悬浮剂中研究应用具有一定的潜力。林跃琪对木质素基结构进行改性，发现一定磺化度和分子量大小的木质素磺酸盐对阿维菌素等有效成分可确保纳米尺寸的稳定性。于杰瑶等研究发现较高分子量的木质素分散剂有利于在农药颗粒表面上形成多个吸附位点，提高吸附强度。同时木质素分子中含有大量的苯环、共轭结构和酚羟基，具有良好的紫外吸收性能，该研究填补了木质素分散剂在纳米农药应用的空白。

3 纳米制剂产业化用助剂应用实践

目前已产业化的纳米农药除了微乳剂以外，其他类型的较少，这可能与其制剂体系的稳定性和规模化制备技术有关。非载体型研磨工艺纳米悬浮剂和低能乳化法制备的纳米乳剂等可能会优先实现产业落地，这2种剂型因可以不使用或者少用有机溶剂而受到行业的青睐。市场已有一些这类产品被报道，但目前反馈均存在研磨效率低，稳定性差，对不同来源、不同工艺性质的原药适应性差等问题，因此相应合适的助剂选择至关重要。高分子聚合物增溶助剂可以提高难溶性药物的溶解度，可推动对纳米乳剂产业化，具有一定的研究开发价值。另外新型弱阳离子结构、新型聚羧酸盐结构的助剂和改性磺酸盐助剂协同作用对提高颗粒研磨效率，控制粒径增长等方面具有明显优势，可推动纳米悬浮剂产业化。

3.1 纳米乳剂用助剂开发实践

对于纳米乳剂体系，其形成理论最主要的是增溶理论。一般情况下选择合适结构的非离子乳化剂，其浓度达到临界胶束浓度即可产生增溶作用，形成纳米乳剂。但由于热力学不稳定，增溶作用不一定形成稳定的纳米乳体系，这对助剂增溶、乳化等效果的要求很高。高分子聚合物增溶助剂对提升纳米乳液的稳定性具有正向作用，当聚合物助剂在水中形成内部非极性外部极性的胶束时，不同极性的有效成分分别选择插入胶束内部非极性中心区和被吸附于胶束表面的亲水基上，进而达到增溶的目的，形成外观透明的纳米乳剂。

高分子聚合物胶束和传统的增溶剂比较具有非常明显的优势：1)疏水内核溶解或夹带疏水药物，亲水外壳可保护药物不受周围水环境的影响，同时形成的空间网络结构，使得溶液表观黏度增加，为药物颗粒提供稳定性；2)亲水外壳使胶束具有“隐身”特性，减少胶束和内源性物质之间的非特异性相互作用，能够抑制有效成分的光分解、化学分解等；3)适当的尺寸和较小的多分散指数(PDI)提供体系的稳定性；4)用于形成胶束的高分子材料可以量身定做，分子可设计性强，以满足有效成分溶解的要求。因此聚合物增溶形成的纳米乳剂是最易于产业化的纳米农药之一。不同类型的聚合物对有效成分的增溶效果不同，聚合物结构中较长的非极性链有助于增加与疏水物质之间的作用，从而提高难溶药物的溶解度。Zhang等开发了胺功能化的聚(环氧乙烷)-b-聚(己内酯)(PEO - PCL)两亲共聚物，作为增溶剂，增加蓖麻碱的溶解性，制备的纳米乳剂在靶标表面上有更强的黏附性。

笔者团队通过超支化结构的聚合物增溶助剂包裹甲维盐、高效氯氟氰菊酯等有效成分，增溶效率较高。通过简单的搅拌，低能乳化工艺即可将甲维盐和高效氯氟氰菊酯分别增溶10%、5%的含量，同时具有很好的抑制分解的效果。超支化结构的聚合物增溶得到的纳米乳剂普遍具有出很好的速效性，较市售微乳剂速效性提升约30%以上，但其不同的结构对乳液稳定性和在靶标表面的穿透性影响较大，可针对靶标特性进行分子结构调整。

3.2 纳米悬浮剂用助剂开发实践

对纳米悬浮剂体系，理论上大多数原药都可以通过湿法介质研磨的方法制备纳米尺寸，但有些有效成分如茚虫威、虱螨脲等用传统的分散剂研磨效率极低，若想提高研磨效率必须足够润湿颗粒表面，而润湿剂又会与分散剂竞争吸附，且小颗粒的高表面自由能更高，其在储存过程中颗粒更容易发生团聚，其纳米尺寸很难保持。据笔者调研，大部分厂家部分商品化的纳米农药悬浮剂平均粒径在1 μm以上，且54 ℃热储2周后粒径均呈现较大增长，基本回到常规悬浮剂水平。因此稳定的纳米农药悬浮体系对助剂的分散吸附性能要求极高，如何提高纳米悬浮剂的磨效？如何保持纳米悬浮体系的分散稳定性？如何保证稀释后仍然是纳米尺寸？以及如何保障纳米制剂的药效更好？这些问题都离不开助剂的合理调控。新型弱阳离子、新型聚羧酸盐与磺酸盐结构分散剂对纳米悬浮体系提高研磨效率及粒径控制具有一定的潜力。

分散剂稳定固体颗粒的机理主要取决于吸附性质和分散性能，不同结构的分散剂及分散剂组合体系在有效成分颗粒表面的吸附量、吸附层厚度和吸附性质存在很大的差异，当2个带有聚合物吸附层的粒子相互靠近时，刚性吸附层活动自由度会渐少，产生熵斥力位能；当为弹性吸附层时，受到压缩会产生弹性斥力位能，表现出更好的稳定性。何静静以苯乙烯、丙烯酸和马来酸酐为原料，合成梳型聚羧酸盐共聚物，再用不同分子量的聚乙二醇对共聚物进行改性后，发现其对分散染料的磨效与分散剂支链长度、原料的单体摩尔比有很强的关联性。因此聚羧酸盐分散剂的结构、分子量等因素会对纳米悬浮剂的加工磨效及稳定性产生不可忽略的影响，分散剂的选择至关重要。

笔者团队研究实践发现：传统磷酸酯、聚羧酸盐类型的分散剂在研磨纳米悬浮体系时润湿作用较好，但是控制稳定性即控制纳米颗粒尺寸方面效果较差，需要平衡润湿和稳定性的关系。新型弱阳离子高分子聚合物分散剂和新型结构的聚羧酸盐分散剂通过侧链苯环或者类苯环的结构与大多数原药结构之间存在相似相溶的原理，促进牢固吸附，一定链长的烷基侧链提供氢键、色散力等，提高分散能力；阳离子提供足够的静电斥力；大分子结构提供空间位阻。在虫螨腈、戊唑醇、丙硫菌唑等有效成分上应用具有很好的控制颗粒稳定性的作用，可将其粒径控制在500 nm左右，通过吸附性能的检测，发现其吸附量明显优于传统的聚羧酸盐分散剂，且吸附更牢固，耐电解质，与高电解质体系混用时稀释稳定性较好。制备的纳米悬浮液的防效较普通尺寸的悬浮剂药效普遍提升20%左右。

4 纳米农药助剂应用展望