多功能精氨酸修饰壳聚糖/壳寡糖微胶囊用于pH响应农药递送-北京永康乐业科技发展有限公司

传统农药利用率低且对环境危害大，开发新型农药制剂迫在眉睫。壳聚糖（CS）和壳寡糖（COS）因具有生物相容性和多功能性，在农药递送领域潜力巨大，但两者在农药递送中的性能差异尚不明确。

基于此，中国农业科学院植物保护研究所曹立冬研究员等人成功开发出基于精氨酸修饰壳聚糖和壳寡糖的吡唑醚菌酯pH响应微胶囊，系统验证其在农药靶向沉积、pH可控释放、紫外稳定性及生物安全性等方面的优势，为智能农药制剂研发提供了兼具生物相容性与环境适应性的可持续解决方案。精氨酸修饰主要基于材料性能优化与功能拓展需求，旨在解决天然多糖的固有缺陷，提升其在农业领域的应用价值。相关研究以“Multifunctional Arginine-Modified Chitosan/Chitooligosaccharide Microcapsules for pH-Responsive Pesticide Delivery”为题目，发表于期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》。

本文要点：

1、为降低农药负面影响并提高利用率，本研究以精氨酸修饰壳聚糖（CS-Arg）和壳寡糖（COS-Arg）为载体，通过静电自组装制备吡唑醚菌酯（PYR）微胶囊（PYR@CS-Arg和PYR@COS-Arg）。

2、两种微胶囊均具pH响应释放特性，其中PYR@CS-Arg在碱性环境下因载体解离形成更大空间而释放更快。

3、与常规剂型相比，二者均显著提升靶向沉积、杀菌活性、紫外稳定性、生物安全性及营养功能。

4、得益于壳寡糖的多功能性，PYR@COS-Arg在叶面滞留率、杀菌活性、紫外防护和促植物生长方面优于PYR@CS-Arg；而PYR@CS-Arg因粒径较大易在水体中沉降，对非靶标生物（斑马鱼）急性毒性更低。

5、上述发现为根据应用场景和防治目标选择载体材料提供了重要依据，有望成为推动可持续农业发展的有效且实用的策略。

图1. (A) PYR@CS-Arg和PYR@COS-Arg制备示意图，包括阶段I、II、III和IV。(B) PYR@CS-Arg和(C) PYR@COS-Arg在四个阶段（I、II、III和IV）的粒径分布和显微镜图像。

图2.(A) CS、COS、Arg、CS-Arg和COS-Arg的化学结构和(B) ¹H NMR谱图。(C) CS、CS-Arg和COS-Arg在去离子水中的溶解图像。(D,E) CS、COS、Arg、CS-Arg和COS-Arg的FTIR光谱。(F)聚丙烯酸、十八胺和P(AA/C₁₈)的FTIR光谱。(G) 制备PYR@CS-Arg和(H) PYR@COS-Arg四个阶段（I、II、III和IV）的Zeta电位。

图3.去离子水、25%SC、25%ME、PYR@CS-Arg和PYR@COS-Arg的(A)表面张力、(B)接触角、(C)最大保留率（Rm）和(D)在水稻叶片上沉积的SEM图像。根据Tukey事后比较，字母相同的柱形表示在P<0.05水平上无显著差异。

图4.(A) PYR@CS-Arg、(B) PYR@COS-Arg和(C) TC在不同pH环境中的累积释放量。(D) PYR@CS-Arg和(E) PYR@COS-Arg的一级释放动力学。(F) TC的零级释放动力学。(G) PYR@CS-Arg和PYR@COS-Arg在碱性条件下释放PYR的可能机制。