​扬州大学朱正曦团队:推进农药减施增效,通过微化工过程强化,瞬时纳米析出具有超高负载量和高效用的环境友好型纳米农药
纳米人 2021-02-23
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第一作者:朱正曦
通讯作者:朱正曦,冯建国
通讯单位:扬州大学

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研究背景
纳米农药因其粒径小、药力高、分散性好等优势,是实现农药减施增效的潜在途径之一。2019年,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)将纳米农药列为能改变世界的十大化学新兴技术之首。然而,有别于医药制剂,农药制剂需求量大、单位利润率较低,须通过以量换利的模式实现其最终的推广及应用。传统纳米药物制备方法(如机械研磨、高压均质、超声、滴加搅拌等)耗时长、耗能高、能量利用率低、或设备相对昂贵,单位制备成本普遍较高。纳米农药的高效、经济制备已成为限制其获得成功应用的技术瓶颈。此外,发展低毒、绿色农药制剂对于降低环境污染、促进农药产业的可持续发展也具有重要的意义。

成果简介
本研究由扬州大学化学化工学院朱正曦课题组与园植学院冯建国课题组合作完成,致力于实现优质、高效、经济地制备环境友好型纳米农药。本研究引入微化工强化过程,通过瞬时纳米析出(flash nanoprecipitation,FNP)法在混合微腔体内湍流瞬时混合水与疏水原药的药液,快速析出制备纳米农药悬浮液。所制备的颗粒具有尺寸小且分布窄、载药率高等特点,其制备过程具有速度快、可连续、低能耗、设备小、操作简单等诸多优势。

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图1. 农药纳米颗粒水悬浮剂的FNP制备及抗菌应用示意图。

此外,研究工作采用市场广泛使用、具有广谱抗菌性能的嘧菌酯作为模型疏水原药,其在光照条件下易分解为二氧化碳和水,半衰期两周,几乎无残留。研究同时使用获FDA认证的可食用的两亲性嵌段共聚物(PLGA-b-PEG)、吐温80或烷基糖苷作为纳米颗粒的表面稳定剂;使用在生物体内普遍内生存在、环境友好的有机溶剂乙醇或丙酮作为少量助溶剂,以达到全部助剂的人畜安全和环境友好。

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图2. (a)FNP法制备的、(b)滴加搅拌法制备的、(c)市售阿米西达嘧菌酯纳米水悬浮剂及(d)水喷洒处理后樱桃种子、圣女果、番茄的两周抗菌效果对比。

通过整合该高效、经济的制备方法及绿色配方,研究工作获得了平均粒径小于100纳米的嘧菌酯纳米水悬浮剂。通过对水稻纹枯病原菌的抑制实验,以及对樱桃种子、圣女果及番茄的防腐保存测试,该嘧菌酯纳米水悬浮剂的抗菌效果显著优于通过传统滴加搅拌法所制备的水悬浮剂,以及先正达生产销售的嘧菌酯水悬浮剂阿米西达。

参考文献
Zhu, Z., Shao, C., Guo, Y. et al. Facile pathway to generate agrochemical nanosuspensions integrating super-high load, eco-friendly excipients, intensified preparation process, and enhanced potency. Nano Res. (2021).
DOI:10.1007/s12274-020-3177-y
https://doi.org/10.1007/s12274-020-3177-y

作者简介
朱正曦,扬州大学化学化工学院副教授。2010年博士毕业于美国明尼苏达大学化工与材料系,2004和2001年于南京大学高分子科学与工程系获硕士和学士学位。曾任职于美国医疗器械Medtronic公司研发总部及建筑材料Masco公司Behr研发总部。2014年加入扬州大学化学化工学院。课题组致力于纳米颗粒形成动力学的基础研究,新制备方法、工艺流程及装置的发展,纳米材料的工业应用。在微化工及过程强化领域,自2004年起从微混合器设计、药物及材料选择、工艺流程开发、表征方法建立、分散体系稳定性、模拟计算、相关机理提出等方面,为FNP法的建立与发展奠定了相当的基础。2007年,与明尼苏达大学Macosko教授等人共同提出了反应性瞬时纳米析出(reactive flash nanoprecipitation, RFNP)法。2015年,独立提出了瞬时纳米乳化法,用于纳米乳液的高效制备。2016年,整合众多相关方法、工艺流程及装置提出和命名了瞬时纳米制备(flash nanoformation, FNF)技术。

冯建国,扬州大学园艺与植物保护学院讲师。2013年博士毕业于中国农业大学农药学专业,2010和2007年于山东农业大学植保学院获硕士和学士学位。2013年加入扬州大学园植学院,致力于农药制剂控释机理研究、性能评价以及相关技术的推广。

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