浅谈纳米农药制剂

 

2019年4月1日，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）首次公布了将改变世界十大化学新兴技术，其中纳米农药位居首位。《国际化学》评论认为，纳米农药很好地解决了传统农药诸如环境污染、生物积累、害虫抗性大幅增加等问题，将成为农户植保作业的有力工具。该技术具有重要的应用前景。近年来，国内相关农药制剂研究机构和一些有实力的农药企业已经悄然开始了纳米农药制剂的研究工作，并取得了可喜的进展。

 

纳米技术兴起的根本原因在于当物质处在极小尺寸的超细颗粒时，物质具有独特的性质。人们所讲的纳米颗粒一般是指1～100 nm之内的颗粒，而传统的晶粒尺寸通常是1～100 μm，因此，这比传统意义上的晶粒尺寸要小100～1,000倍。当物质颗粒小到50～100 nm时，其化学及诸多物理性质会发生明显的改变。物质粒度在纳米范围内，其属性的变化是非常大的，且大多数情况下，这种改变后的属性都优于传统颗粒属性。由于纳米颗粒具有较高的比表面积和体积比，纳米颗粒的表面聚集着近四分之一或者更多的原子，其原子的化学键不饱和使它具有更高的生物活性和异常的化学活性。其渗透性、扩散率、扩张性会有很大提高，密度、电导率、熔点会降低许多。因此，纳米颗粒的定义为：颗粒至少有一个维度上的尺寸在纳米范围内，与微晶相比，其性能呈现显著的变化。

 

时至今日，纳米科学广泛的应用覆盖了几乎所有的工程技术领域，例如：化学催化剂、医学诊断与治疗、医药、牙膏、化妆品、纺织、涂料、涂层、传感器、电子产品、汽车、硅橡胶、冰箱、净水器等。在化工催化过程中，纳米催化剂因颗粒变细提高了比表面积，从而大大地提高了催化效能，使得生产成本降低。在药物领域，药物被制成纳米颗粒比表面积曾大使得生物活性更高，纳米药物颗粒提高了其自身的渗透性、扩散性和在人体内的传导速率，最终达到提高疗效的目的。药物中另一个用途是在缓释剂上的应用，在药物上包裹纳米粒子可以显著地降低药物的释放速度和降低副作用，使其缓释速率更加稳定和长久。

 

在农药领域，研究纳米农药是为了充分发挥农药有效成分的药效潜能，提高农药施用效果，即达到提高药效、减施增效、改善环境的目的。农药的施用方式方法决定了“纳米农药”一定是指农药有效成分到达靶标上的颗粒（包括液体颗粒）是在100 nm以下的“纳米颗粒”范围，而不仅仅是在制剂状态时的农药颗粒在纳米状态。只有在靶标上农药颗粒是纳米状态，农药制剂才能体现出农药药效性能的提高和药效的与众不同。

 

 

现在大家对纳米农药制剂研究的关注点大多在于固体农药制剂和悬浮剂。纳米颗粒的加工方法主要有：研磨法、溶胶法、溶胶——凝胶法、化学法、电化学沉积和快速凝结纳米化。一些研究人员更加关注其制剂的颗粒大小，而将药效的提高放在了次位，这有些本末倒置。以目前农药制剂加工中的粉碎固体颗粒技术（气流粉碎和砂磨技术）水平和设备状况，难以将固体颗粒粉碎到100 nm以下，更难达到工业化生产要求。因此，必须开辟新的方法与途径，找到一个可以普遍应用于农药加工工业化的方法，这是人们所期待的。溶胶——凝胶法和快速凝结纳米化这两种方法应该受到重视。我们可以预期，将农药固体制剂、悬浮剂中的有效成分制成纳米颗粒，那么其扩散性、渗透性、传导性等都会有明显提高，最终结果必将是药效的提高，这是减施增效的重要手段，同时对环境保护起到积极作用。

 

 

既然我们要求的是农药有效成分到达靶标上上保持其颗粒为纳米颗粒，我们应该注意的还有这样一个事实，水剂除外的液体制剂中，如乳油、微乳剂、水乳剂等在施用时被水稀释后，其农药有效成分是以固体颗粒或者液体油珠形式存在的，这个固体颗粒或者液体油珠的尺寸大小是药效优劣的关键因素之一。如何使这些制剂中的有效成分在到达靶标上时成为100 nm以下的固体纳米农药颗粒或者液体油珠至关重要，成功实现可以大大提高制剂的药效。例如现在市场广泛使用的某个三元除草乳油产品（有效成分有固体和液体），在市场上拿到两个不同厂家的产品稀释200倍后一个呈带荧光半透明状态，一个为白色乳状液。二者的药效试验结果差距很大，相差可以达到30%以上。前者可以认为是在纳米状态（符合纳米粒子的基本特征），而后者的颗粒粒径要大很多倍药效自然就差很多。

 

在这里有必要再一次重申，制剂中的有效成分在到达靶标上时成为100 nm以下的纳米农药固体颗粒或者液体油珠至关重要。医药已经成功地应用纳米粒子包裹有效成分制成缓释剂，缓释时间更长，缓释期内药物释放更均匀。

 

 

传统的粒度测定仪无法检测纳米颗粒的大小，纳米颗粒可以采用扫描电子显微镜、X射线衍射等可以检测纳米级颗粒中粒子的尺寸、形状等信息。这一点可以直接借鉴医药纳米药物开发的检测方法。

 

纳米农药制剂研发的难点：① 粉碎困难；② 粒径检测困难；③ 保持纳米颗粒尺寸稳定更是非常困难的，在纳米颗粒中颗粒间的摩擦力（摩擦力源于静电力、范德华力和表面吸附力）是非常显著的，纳米颗粒包含大量的孔隙，因此比表面积很大，从而使得其更易凝聚或者凝结。另一个需要注意的特性是，当颗粒达到纳米级时他的熔点往往会降低（例如很早人们就发现当金属金的晶粒尺寸小到10nm以下时，金的熔点几乎降低50%）。

 

事物总是具有两面性的，纳米技术有积极的一面也有消极的一面。一个好的纳米农药制剂是否能够被社会大规模地应用，不仅仅在于开发它的有利性能，还应该注重其长远可能会产生的负面效应。