纳米科技与农业结合孕育颠覆性纳米农药技术 推动农业提质增效绿色发展

日期:06-08-2020

世界农化网中文网报道： 采用现代前沿科技手段，发展高效、安全的新型农药、兽药、疫苗，是推动农业药物提质增效与节量减排、改善食品安全与生态环境的重大科技需求。日前，中国农科院联合攻关重大科研任务“农业纳米药物靶向递送机理研究与新产品创制”召开启动会。该项重大科研任务是由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所牵头、联合三个研究所及三家企业组织实施的多学科交叉攻关项目，正是针对这一重大科技需求。

2020年起，中国农业科学院针对农业农村技术短板和“卡脖子”突出问题等，部署和实施了一批重大科研任务。中国农科院党组书记张合成说，此次任务聚焦农业纳米药物的安全性、有效性及应用性，就是要努力攻破国外垄断的“卡脖子”技术，发挥农业科研国家队的引领作用，进而推动我国农业药物产业转型升级和战略性新兴产业发展。

纳米科技与农业结合孕育颠覆性技术突破

纳米技术听起来“高精尖”，但实际上距离我们生活并不遥远。任务牵头人崔海信研究员向记者进行了浅显易懂的解释：“纳米是一种长度的度量单位，一纳米等于百万分之一毫米。纳米技术，则是研究结构尺寸在1~100纳米范围内材料的性质和应用。”尽管纳米用肉眼看不到，纳米尺度的物质在生活中却随处可见，比如玉米汁中的部分淀粉颗粒结构就是100纳米大小。事实上，我们日常使用的电脑、智能手机，甚至食品、饮料中都可能应用了纳米技术。纳米科技与传统科技的渗透与融合正在掀起新一轮的产业技术革命。正是因为纳米科技，使得大数据、云计算、物联网、人工智能等一系列信息技术得以全面普及和应用。

纳米技术的发展带动了与纳米相关的很多新兴学科，比如纳米医学、纳米化学、纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学等，而纳米科技与农业结合催生了纳米农业投入品的诞生。

目前，纳米科技与新材料集成创新与应用，在农业领域正孕育着颠覆性技术突破，也为发展高效、绿色与可持续农业提供了前沿科技手段。尤其是利用纳米技术创制高效、安全、低残留“纳米农药”，已成为绿色农药创新发展的主流。2019年，国际纯粹与应用化学联合会首次公布了未来将改变世界的十大化学新兴技术，其中纳米农药位居首位。

记者了解到，中国农科院在国内较早开展了纳米科技与农业科学的交叉研究，尤其是2014年启动了国家纳米农业领域的第一个国家重大科学研究计划项目“利用纳米材料与技术提高农药有效性与安全性的基础研究”，通过纳米科技、新材料、化工、制药与植保等多学科交叉的协同创新，系统创立和发展了绿色纳米药物制备理论与技术体系，在纳米药物设计原理、增效机理、制备技术与工艺集成等方面，形成了一批具有完全自主知识产权的创新成果。

崔海信研究员介绍，此次重大联合攻关项目研究内容为针对主要农药、兽药、疫苗品种，系统地阐明具有靶向传输与智能释放等功能的新型农业纳米药物创制原理与方法；揭示其改善药物有效性、安全性、靶标特异性与生物抗药性的作用机制，创立颠覆性的绿色农业药物制备技术体系。“在前期既有研究工作基础上进一步推进和实现农业纳米药物产业化，重点创制一批高效、安全与低残留的农药、兽药、疫苗等绿色纳米药物制剂，突破其规模化的制备工艺与装备系统，突破我国兽用疫苗佐剂长期依赖进口局面，满足国家粮食安全、食品安全、生态安全等方面的重大战略需求。”

纳米药物推动农业提质增效绿色发展

我国传统农业药物长期低效使用，农药利用率不足40%，兽药生物利用度低，疫苗缺乏靶向性，持效期较短。“纳米材料因其尺寸小、结构特殊，而具有许多新的理化特性，这些特性使纳米科技给农业药物领域带来革命性的变化。”崔海信说，利用纳米载体的小尺寸效应、界面效应、隧道效应、靶向传输与控释功能，可将药物定时、定量或动态地传递到作用靶标，最大限度地提高利用度。

中国农科院植物保护研究所黄啟良研究员说：“利用纳米技术将农药粒子从传统的微米级别降低至纳米级别，农药的功效会得到充分发挥，推动农业提质增效。”

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，有非常明显的几项使用优势：一是提高农药药效。将农药制成纳米颗粒，增加药剂扩散性、渗透性、传导性等，必将促进药效提高，是实现减施增效的重要手段；二是减少农药用量。纳米农药通过减小农药粒径，增大接触面积，有利于增强农药液滴在作物叶面和有害生物表面的亲和力，进而减少农药流失，一般减药20%~30%防效不降低；三是便于航空施药。纳米农药制剂在溶剂中可实现均匀分散、性能稳定，且在农药多元混配时的混合性好，做到兑水不分层、不析出、不沉淀，无须桶混，提高配药速度3~5倍；四是延长药剂持效期。农药喷洒后其有效成分易受光照、氧气、温度影响发生降解或分解，利用纳米技术控制农药释放速度，对有效成分实施某种保护，可实现农药的长效缓释；五是生产加工环保。传统乳油制剂有机溶剂含量达90%，以水取代有机溶剂，不使用高毒的苯类溶剂和助剂，可从根本上解决农业面源污染问题。

在疫苗方面，纳米疫苗佐剂研发至关重要。免疫佐剂作为疫苗不可或缺的重要组成，对增强疫苗的免疫效果具有重要影响。兰州兽医研究所景志忠研究员说，长期以来，国内免疫佐剂的研制进展缓慢，动物疫苗佐剂为国外垄断，已严重制约疫苗产业发展。目前，生物纳米材料作为一种新型的疫苗载体和佐剂引起了广泛关注。“精准设计、创制的分子免疫佐剂，为换代疫苗的研发提供了基础。纳米疫苗的优势具有缓释和靶向作用，可提高药物的溶解度和利用度。”研发具有自主知识产权的基于纳米技术的新佐剂，无疑将推动我国动物疫病防控产品的高效利用，进而推动畜牧业提质增效。

加速推广应用推动纳米农药产业化

目前，我国纳米农药已进入产业化进程，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。针对纳米农药创新的“定制化”生产及“航空植保专用药剂”，正联合无人机飞防进行示范。

王凤乐介绍说，全国已先后在19个省区的170多个县，以水稻、小麦、玉米、柑橘等17种作物的20种防治对象开展了纳米农药试验示范。尤其值得一提的是，崔海信团队联合中国农科院植保所、中科院国家纳米中心、清华大学等单位在进行纳米农药创新研究的同时，开发了一批绿色纳米农药新剂型，并结合国家重点科研专项化肥农药“两减”项目实施，开展了一系列试验示范，实验效果证明纳米农药可增强药效功能、提高防效、减少农药用量、延长持效期，具有良好的推广应用前景。他建议，加强科研单位、生产企业、推广部门等对接协作，开展纳米农药应用技术集成优化，探索我国主要农作物纳米农药使用技术集成解决方案。

此次科研任务研发团队引进三家企业，正是“政产学研”协作机制的一次创新。崔海信说，本任务将紧密结合农业生产实际，面向市场需求，探索合理的产学研模式，重点突破中试生产工艺与装备系统，创制纳米农药、兽药、疫苗新产品集群，加速我国农业药物产业转型升级和农业绿色发展。