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BSM CHEMICAL IMPORT & EXPORT CO.,LTD.

纳米科技助力农业绿色发展——浅谈纳米农药

来自话题:#纳米农业
2022-03-01
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世界农化网中文网报道: 近日,明德立达发布消息称推出全新升级“纳米明润丰®”,其内在品质和防病效率全面提升,今天我们一起了解这款新产品以及纳米技术在农药制剂方面的应用情况,以供农药企业参考。

       

明德立达明润丰产品自上市以来一直是该公司的畅销大品,主要成分为吡唑醚菌酯和戊唑醇,对真菌类病害能起到很好的抑制作用,杀菌谱广、持效期长,特种晶型吡唑醚菌酯和高效体戊唑醇,经过三级研磨、五级加工使得增效系数达到了289.8,明显优于市场同类产品。升级产品纳米明润丰在原有基础上有三大突破:第一,粒径更细,仅为600~700纳米。润湿效果好,药液在叶片上快速均匀展布,吸收更好防病率更高,析出少,农药利用率提高,用药量更少。第二,采用高级保湿助剂,保水性好,可减缓药液挥发。第三,添加“纳米微球”混悬专用助剂,快速成膜,耐雨水冲刷,效果持久,稳定性好。

       

由以上信息不难看出,纳米农药制剂相比于传统农药制剂具有诸多优势,利用纳米材料和技术研究纳米农药制剂是当前纳米技术农业应用研究领域的热点。不过目前市场上已推出的纳米农药制剂相对较少,剂型种类比较单一,任重道远,未来可期。

       

纳米农药的制备主要有2种方式:一种是将农药活性物质直接加工成纳米级粒子;一种是以纳米材料吸附、偶联、包裹农药,构建纳米载药体系,根据载体化学性质可分为,有机聚合物类制剂、脂质体纳米制剂、黏土材料纳米制剂、二氧化硅纳米制剂等。不同的制备方法和分散体系会影响纳米农药的粒径,常见的粒径范围如表所示。


序号

剂型

粒径(nm)

1

微乳剂

6~50

2

纳米乳液

20~200

3

纳米分散体

50~200

4

纳米微球

50~1,000

5

纳米微囊

50~1,000

6

纳米胶束

10~200

7

纳米凝胶

10~200


基于传统农药剂型的纳米农药

       

(1)微乳剂

       

农药微乳剂是一种透明或半透明的均一液体,用水稀释后呈微乳状液体的制剂。微乳液可以自发形成,其形成与配方组成相关,而与制备方式无关。微乳液的分布较窄,当粒径为30 nm时,所有液滴几乎为同样大小的球形。首次研发成功的农药微乳剂为氯丹微乳剂,目前发展迅速,登记数量比较多,仅国内微乳剂登记就高达1,291个。微乳剂借助表面活性剂的作用能做到较强的渗透性附着性,有利于提高药效。

       

(2)纳米乳液

       

纳米乳液是指一种液相以纳米液滴的形式(通常在20~200 nm)分散到另一个与之不相混溶的液相中而形成的分散体系。一般由油、水和表面活性剂组成,组成与微乳剂相同,但纳米乳液属于热力学不稳定的胶体分散体系。制备方法可分为高能法和低能法,目前采用较多的是高能乳化法,但其能量损耗较大,低能乳化法可利用体系自身化学能简单搅拌即可,成本低,但效果较差,因此使用较少,鉴于低能乳化法设备要求相对较低,也是未来值得研究的重点之一。

       

(3)纳米分散体

       

纳米分散体是将难溶于水的农药,利用研磨、熔融乳化法、微沉淀法、溶剂挥发法等方法制备纳米粒径的粉剂或分散于水中形成纳米混悬剂,其颗粒大小通常为50~200 nm。研究表明,其持效期长、叶面分布均匀,稳定性良好。目前固体纳米分散体的制备方法主要包括:纳米混悬剂转化法、自乳化体系转化法。其中,纳米混悬剂转化法包括介质研磨-固化法、高压均质-固化法、熔融乳化-固化法;自乳化体系转化法包括液体微乳剂-固化法、直接固化法、纳米载体吸附法。在实际应用过程中一般可将不同的方法结合使用。不过纳米分散体(纳米固体分散体和纳米混悬剂)的制备需要专门设备,能耗也比较高。


基于材料负载的纳米农药

       

(1)纳米微球

       

纳米微球是农药活性成分均匀分布于纳米载体材料中,多采用无机负载方法,通过吸附或者通过一定的合成方法使药物较为均一地分布在微球内部。与微囊相比,微球通常没有明显的核-壳结构,纳米微球的粒径较大,通常为50~1,000 nm。纳米微球的常用材料有聚乳酸、固体脂质体、多孔二氧化硅等。研究表明,纳米微球技术可提高田间药效,延长持效期,减量控污染。纳米微球的载药系统制备工艺多种多样,包括溶剂挥发法、复凝聚法等。制备工艺对纳米微球的影响非常大,工艺的微小改变对粒径和载药量的影响较大,纳米微球的另一个问题是难以获得较小的粒径。

       

(2)纳米微囊

       

纳米微囊是一种运输系统,由农药活性成分作为内核,高分子材料作为外壳构成。纳米微囊可以包裹农药活性成分,避免其与人体直接接触,提高对施药者的安全性,同时还可增强活性成分的稳定性、控释性和靶向性。目前纳米微囊常用的制备方法有界面聚合法、乳液聚合法等。其包裹农药活性物质的研究较多,其加工方式也有多种,可以使用的材料较多,且可根据需要实现光响应、温度响应、pH响应等,对活性物质可实现控释的效果,有利于实现田间按需给药,提高农药利用率。纳米微囊的控制释放也是目前研究的一个重点方向。

       

(3)纳米胶束

       

胶束也被称为胶团,是过量的表面活性剂在水中自组装形成的胶体溶液,表面活性剂分子缔合形成胶束时的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC)。纳米胶束是一类由两亲性表面活性剂分子构成的球形聚集体,在表面活性剂高于临界胶束浓度时,在水中自组装形成纳米级大小的核-壳型胶束,在水溶液中分散时,亲水性一端位于表面,疏水性一端位于内核。纳米胶束粒径多为10~200 nm,制备方式和表面活性剂的相对分子质量均可影响胶束粒径。胶束的结构可控,载药量加大,能增强药效,并且可设计为环境响应型制剂,因此,其智能释放也是研究的重要方向。

       

(4)纳米凝胶

       

纳米凝胶是具有三维结构的交联聚合物纳米颗粒。纳米凝胶通常具有高含水量、高比表面积等特点,其大小可控,易于构建多价界面,便于进行功能性修饰,可持续释放药物,而且能够被生物降解。首先利用共价键、氢键、范德华相互作用或物理缠结等化学和物理诱导的交联合成不含药物的聚合物纳米凝胶,然后使凝胶在水中膨胀,进而负载药物。纳米凝胶是一种新型载药系统,其主要包括化学凝胶与物理凝胶。纳米凝胶中的化学凝胶与物理凝胶分别由交联共价键和非共价键形成,这样的组成使得良好的稳定性能和较强的负载能力成为纳米凝胶的显著特性。纳米凝胶在医药行业应用比较广泛。近年来逐步应用到农业,其环境稳定性高,可负载易挥发物质,稳药效延长缓释时间。

       

据报道,2020年起,中国农科院已针对农业纳米药物的安全性、有效性及应用性部署实施了重大科研任务,努力攻破垄断,推动我国农业发展。而农业农村部制定的《农业绿色发展技术导则(2018—2030)》,已将纳米农兽药产品列入新型绿色投入品储备目录。全国农业技术推广服务中心首席专家王凤乐指出,纳米农药有利于推动农业绿色发展,使用优势明显。截止目前优先产业化的纳米农药类型主要为可显著提高农药表观溶解度的水性化纳米农药,包括纳米乳剂、微乳剂、纳米分散剂(纳米悬浮剂)等。由此可见纳米技术在农药研究领域有着广阔的应用前景,不仅为农药新剂型研究提供了先进的手段,还可以用于改造传统剂型,有望克服传统农药工艺无法解决的难题,从而使农药剂型越来越接近农业生产的需要。

       

目前登记的纳米农药以微乳剂居多,其他类型纳米农药偏少,未来市场前景可期。


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