納米農藥載體材料的研究進展

江笑丹

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

納米農藥可以顯著改善農藥有效成分的生物活性、利用率和持效期，降低農藥施用量和施用頻率，減少農藥流失和殘留，對緩解我國當前的農藥殘留與環境污染問題，保障國家糧食、食品與生態安全，促進農業產業可持續發展具有重要意義[1]。

文章主要針對農藥納米劑型關于緩釋載體系統中載體的種類專利進行梳理，經過檢索及篩選發現，其活性成分以銀和一些敏感性農藥為主。納米載體主要由無機載體和有機載體組成，無機載體主要為多孔物質，有機載體包括天然化合物和合成高分子化合物。天然化合物包括殼聚糖、環糊精、海藻酸，合成高分子化合物包括兩親聚合物、聚乳酸，其中聚乳酸為生物可降解載體。兩親聚合物聚合形成納米囊或納米球。隨著人們對環境污染治理的重視程度不斷提高，農藥劑型水基化和助劑無害化成為趨勢。因此，發展環境友好型生物可降解型載體至關重要。

1 常見的納米農藥

目前，常見的納米農藥主要有以下4 種。

第一，以納米材料為主體的納米農藥，例如納米銀抗菌劑。

第二，原藥納米化，利用納米加工技術使農藥原藥納米化并制劑，例如納米分散體、納米乳。將農藥原藥納米化后，農藥制劑的比表面積增大，可以改善農藥在水中的分散性和穩定性，促進靶標的吸收，顯著減少有機溶劑和助劑用量。

第三，載體納米化，將農藥包裹于納米膠囊中，或者將農藥吸附于納米顆粒載體上，利用納米載體負載農藥，提高環境敏感型農藥的穩定性，改善藥物在作物表面的黏附性和滲透性，減少流失。

第四，一些金屬或無機材料制成納米級微粒后具有殺菌和光催化功效，與農藥復配使用，在防治病蟲害后，能促進農藥分解，降低農藥殘留。

2 納米農藥的載體種類

納米農藥的載體主要有無機載體和有機載體。無機載體主要有多孔二氧化鈦、多孔/微介孔二氧化硅、高嶺土、稀土、沸石、羥基磷灰石、碳納米管等；有機載體主要有天然植物材料（竹炭、藻類、蜂膠等）、天然聚合物材料（殼聚糖、淀粉、蛋白質等），主要以納米脂質體、納米囊、納米球、聚合物膠束的形式負載農藥活性成分。隨著對納米農藥的深入研究發現，有機載體和無機載體復合形成的納米核殼結構具有更加優異的載藥性能。

中文數據庫選擇CNABS 數據庫，外文數據庫選擇DWPI 和SIPOABS 數據庫，DWPI 摘要信息重新改過，用詞規范，文摘中的技術內容信息豐富，采用中英文關鍵詞“納米”“nano or nanometer or micromillimeter or millimicron ”“農藥”“pesticide”“載體”等結合分類號“A01N”進行檢索。

統計檢索的與納米農藥載體有關的500 篇專利，如圖1 所示。其中，關于無機載體的專利申請量占44%，有機載體的專利申請量占53%，有機和無機載體復合的專利申請量占3%。

圖1 納米農藥載體專利申請量

2.1 無機載體

無機載體包括多孔二氧化鈦、多孔/微介孔二氧化硅、石墨烯、高嶺土、稀土、沸石、羥基磷灰石、碳納米管等。部分無機載體納米化后具有殺菌功能，例如納米銀顆粒、氧化鋅納米材料、納米二氧化硅和納米二氧化鈦等，專利申請最多的是納米銀顆粒。專利CN1344494A公開了納米載銀抗菌粉的制備方法，本發明方法采用純度為90%以上的納米硅基氧化物和商品級硝酸銀為原料，在穩定劑（鋁鹽）的調制下混合而成，之后經低溫脫水和高溫干燥得到納米載銀抗菌粉。大部分無機材料納米化能夠作為農藥的載體，具有緩釋作用，包括空心多孔二氧化硅納米顆粒、中空介孔納米二氧化硅、微球雙孔二氧化硅微粒介孔、納米氧化鋁固相吸附劑、納米碳粉二氧化鈦、納米球、二氧化鈦納米線或改性納米二氧化鈦納等。專利CN1406482A 公開了擬除菊酯類藥劑吸附在納米硅基氧化物上的混合物上，具有緩釋作用，延長了藥效期。專利CN1695446A 公開了采用空心多孔二氧化硅納米顆粒負載農藥活性成分，具有控釋作用。專利CN101142913A 公開了具有多孔結構的納米二氧化硅載體材料通過物理吸附作用，有效承載農藥有效成分阿維菌素后形成的阿維菌素納米載藥顆粒，使用時兌水自發分散形成懸浮液，對阿維菌素具有明顯緩控釋作用，可有效減緩阿維菌素在水溶液中的水解和光解。

二氧化硅是主要的納米無機載體。近年來，石墨烯成為重要的無機載體，石墨烯除了能夠作為載體之外，還具有較好的抗菌性能。CN109497048A 石墨烯能夠與農藥活性成分制成樹木注干液劑，適用于樹干注藥，防治林木病害蟲，具有成本低、防效好、適用范圍廣等特點。CN109430258A 中重點研究了石墨烯納米材料防治柑橘木虱的效果。南京師范大學專利CN11587890A、CN111642515A、CN111727964A 等公開石墨烯或氧化石墨烯能夠作為農藥阿維菌素、甲氨基阿維菌素、氯氟氰菊酯的納米緩釋載體。與傳統農藥制劑制備方法相比，本發明所述農藥制劑具有工藝簡單、操作方便、綠色環保、可控緩釋等特點，為農藥的減施增效及農業可持續發展提供了新的思路。河北科技師范學院發現氧化石墨烯和吡唑醚菌酯復配具有增效作用，將農藥原藥與助劑進行復合，制備出納米農藥新制劑，可顯著改善農藥有效成分的生物活性、利用率和持效期，降低農藥施用量和施用次數，減少農藥流失和加速殘留物降解，為實現化學農藥提質增效、節量減排以及降低殘留污染提供了新的途徑。

部分無機載體能夠在陽光的作用下光催化降解農藥及其添加劑為可生物的小分子和無毒的無機物，還可以通過對光催化劑表面進行有機物修飾，增加農藥分子與催化劑的親和型，延緩農藥時間，是理想的綠色載體。早在2003 年專利CN1389109A 中，上海復旦迪恩生物技術有限公司就提出了一種納米農藥，其中添加具有親水性或親脂性的光降解材料，是一種經表面活性劑表面包覆處理的納米金屬氧化物，與納米農藥混和均勻，得到可降解的納米農藥。在此之后，專利CN1544110A 公開了一種在環境中能自身催化降解農藥的制備方法。將銳鈦礦型二氧化鈦納米粉體與農藥、表面活性劑混合溶解于溶劑中攪拌均勻，配成母液，均勻地吸附在惰性載體上，真空干燥脫除溶劑，即得可自身催化降解的農藥功能化制劑，該類制劑在太陽光的照射下降解成無機物，不會造成環境污染和農藥殘留。專利CN105052935A 公開了通過用硬脂酸對Ag/TiO2表面進行改性，其表面由親水性變為親油性。將溴蟲腈農藥、改性Ag/TiO2和相應的添加劑混合制成顆粒分布較均勻、平均粒徑約為100 nm 的納米農藥制劑，其光催化降解性能較好，更加環保。

2.2 有機載體

有機載體材料包括天然化合物和合成高分子化合物。天然化合物包括竹炭、藻類、蜂膠、殼聚糖、環糊精、海藻酸、明膠等，合成高分子化合物包括兩親聚合物、聚乳酸、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸等。其能形成載藥體系納米脂質體、納米球、納米囊、聚合物膠束等。一般會引入聚乙二醇、聚甲基丙烯酸等鏈段增加材料的水溶性和生物相容性。制備方法包括乳化-溶劑蒸發法、凝聚法、溶劑-非溶劑法以及乳化聚合法等。專利CN105030676A、CN105287380A 公開了高穩定的丁香精油、肉桂精油納米脂質體抗菌劑，包封率最高可達90.4%，且產品形態完整，粒徑均一，具有良好的穩定性與抗菌性。

專利CN101461358A 公開了油溶性農藥納米膠囊及其制備方法。高分子化合物選自木質素磺酸鈉、殼聚糖、阿拉伯樹膠或明膠，選擇其中一種或兩種進行凝聚反應，形成納米膠囊的囊皮，囊心為農藥原料藥，制成的農藥納米控釋制劑易于保存、穩定性高、載藥量大并高度分散。專利CN1760227A 公開了具有疏水核心、親水表面的納米粒。專利CN1491541A、CN1491558A 公開了水懸納米膠囊劑，囊皮為苯乙烯、異氰酸酯、丙烯酸系及甲基丙烯酸系單體共聚物，囊芯為有效成分農藥。相對于傳統劑型，該產品的顯著特點是溶劑水基化、有效成分納米級高分散化、產品高穩定化和延長產品藥效的膠囊化，具備超高效、長效、低毒化、安全、經濟、環境友好等特點。

隨著人們環保意識的增強，載體可降解化成為趨勢，多采用可降解的材料聚乳酸、聚碳酸酯等制備載體。專利EP1848411A2 公開了新穎、基于修飾的多聚氨基酸，能夠被用于有效成分（PA）的載體化可生物降解的材料。專利KR2008000041017A 公開了采用可降解的聚合物制備均勻尺寸、含難溶藥物的聚合物納米顆粒。專利CN102823585A 公開了以海藻酸鈣納米微球為載體，以負載于載體上的水溶性農藥為活性成分。該水溶性農藥緩控釋制劑可有效控制農藥釋放速度，延長作用時間，減少施藥次數，節約成本，降低環境污染，避免農藥的活性成分在使用過程中降解，提高有效利用率。專利CN11191984A 公開了一種尺寸可調節的納米農藥，采用生物安全性較好的雙親性生物分子，如殼聚糖、纖維素、木質素、環糊精、海藻酸鈉、淀粉等，對農藥納米顆粒進行表面包裹。用不同的分子模型、控制不同有機物的濃度、良溶劑和不良溶劑的溫度增加農藥分子的水溶性和局部濃度，控制納米農藥的大小和形貌，從而得到尺寸可調控的納米農藥。

2017 年以來，研究人員更加注重將天然材料作為納米載體，如竹炭、蛋白質等，其性質穩定、環保高效。專利CN11021490A、CN113080203A 公開了將竹炭或磁性竹炭作為抗菌劑納米銀的載體，減少納米銀流失，確保具有持久的抗菌活性，同時結合納米銀粒子和竹炭雙重的殺菌功效，大大增強對金黃色葡萄鏈球菌等細菌的抑菌效果。磁性竹炭/納米銀等復配后，具有廣譜殺菌的特性，對大腸桿菌的抑菌效果較好，可在暗處、可見光及紫外光等場合殺菌，并具有顯著的協調效果。專利CN109676149A 公開了一種綠色合成核殼結構的小麥醇溶蛋白/納米銀顆粒，具有良好的分散性和穩定性。專利CN109181320A 公開了一種大豆分離蛋白-納米銀復合物。專利CN113498787A 公開了基于玉米醇溶蛋白的甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽納米制劑，對環境影響較小，藥效和利用率較高。

對玉米醇溶蛋白進行改性，能夠提高效果，專利CN110292041A 對玉米醇溶蛋白進行親水改性，實現農藥的納米化，對納米農藥進一步修飾，顯著提高了納米農藥的包封性能、黏附性能、抗紫外性能、緩釋性能，提高了農藥活性成分的化學穩定性、分散性、潤濕性以及對目標有害生物的靶向性，提高了農藥的利用率。由此可見，材料易得、價格低廉、環保的載體具有廣闊的應用前景。

2.3 有機載體和無機載體復合

研究納米農藥發現，有機載體和無機載體復合形成的納米核殼結構具有更加優異的載藥和緩釋性能。專利CN101773120A 公開了利用植物蛋白質與凹凸棒石黏土造成凹凸棒石黏土剝離和插層復合結構，然后與農藥苯磺隆混合后干燥，得到一種黏土納米復合農藥苯磺隆緩釋材料，具有較好的控釋作用。專利CN101773112A 公開了采用羥基磷灰石納米粒加載含敵草隆，制成海藻酸/載藥的羥基磷灰石納米粒的離子交聯凝膠粒，經蒸餾水潤洗、真空干燥后，得到一種微粒狀農藥敵草隆緩控釋納米復合材料，該體系能控制農藥緩釋，有效提高藥效。專利CN102658111A公開了氧化鋅/ 硅藻土納米復合材料的方法。專利CN102599164A 公開了一種納米層狀載銀-氨基酸絡合物抗菌劑的制備方法，具有較好的抗變色性能，提高了抗菌劑的緩釋性能和耐鹽性。專利CN103704232A公開了納米農藥羧甲基-β-環糊精-Fe3O4磁性納米-敵草隆的制備方法，羧甲基-β-環糊精-Fe3O4磁性納米粒子對敵草隆的吸附符合Langmuir 等溫吸附曲線。這種新型農藥水溶性與生物相容性較好，有緩釋放功能，提高了農藥的利用率，延長了農藥的持效期，減少了施藥的數量和頻率，能夠回收再利用，降低農藥對環境的危害。

MOFs 是由金屬離子/團簇和有機配體橋連而成的多孔材料，繼承了無機和有機單元的功能，具有多孔無機材料作為載體的優點。農藥遞送應用中，MOFs 可提供多種不同強度的活性位點傳遞農藥分子，孔結構可有效吸附農藥[2]，對農藥具有很好的控釋作用，且金屬離子能作為營養元素，利于植物生長。2015 年，相關人員開始研究MOFs 作為農藥載體的應用，專利申請主要集中在2018 年以后。專利CN111034720A、CN111109293A 分別公開了MOFs-Ln 負載氧化鋅，ZIF-8 金屬有機框架負載銀，能夠實現高效抗菌作用。專利CN111011371A 公開了配位聚合物包封的金屬有機框架納米農藥，納米農藥控釋制劑阻止了農藥分子在溶劑中提前釋放，增強了農藥的持久藥效，達到防治病蟲害及農業增產提質的目的。提供的納米農藥控釋制劑的藥物負載率高、生物相容性好，所用材料環境友好、成本廉價、制備過程簡單，可以實現多重生物界面和環境響應的農藥控制釋放性能，納米載體容易降解，不易在植物體內聚集。

3 結束語

納米農藥具有諸多的優點，國內外對納米農藥的研究取得一定的成果。相關人員應加大科技投入力度，深入開展對納米技術應用于農藥的研究，緊密聯系市場需要，加速研究成果轉化，早日將其推上市場。國家應盡快出臺有關納米農藥的監管和登記審批制度。此外，還應重視納米材料研究，其小尺寸效應、表面效應等特殊性質可能會存在潛在的環境安全問題。