全球每年约40%的农作物因病虫害受损，农药的使用可挽回30%–40%的损失，对保障粮食安全意义重大。但传统农药存在利用率低（<0.1%）、光稳定性差、水溶性有限等问题，且商业农药制剂常依赖有机溶剂和添加剂，易造成生态问题。
纳米技术的发展为解决这些问题提供了新途径，纳米农药可利用纳米尺度特性提升农药效能。其中，农药纳米胶囊凭借核-壳结构，能有效提高农药的光稳定性和持效性，且具有较高的载药量，成为智能控释纳米农药研究与应用的热点。然而，目前的纳米农药制备技术通常需要高能量输入，难以实现大规模商业化生产。因此，开发一种简便、低能耗的农药纳米胶囊规模化制备工艺具有重要意义。
近期，南京大学杜学忠教授团队与河南科技学院董江涛等人合作，开发出一种低能耗微流控平台，实现了环保型控释农药纳米胶囊的高通量连续制备。该纳米胶囊不仅具备优异的光热转换性能与多重刺激响应控释能力，还在杀菌效果与生物安全性上显著优于传统农药制剂，为绿色可持续农业提供了新的技术方案。相关研究以“Continuous and scalable preparation of environmentally friendly controlled-release pesticide nanocapsules using low-energy-input microfluidics”为题目，发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上。
本文要点：
1、本研究开发了一种通用的低能耗微流控平台，用于高通量连续制备农药纳米胶囊。
2、以吡唑醚菌酯为模型农药，通过木质素磺酸钠（SL）与十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）的共组装形成载药的水包油（O/W）微乳液，再利用Fe³⁺与SL的配位作用实现矿化。
3、制得的吡唑醚菌酯纳米胶囊（Pyr NCs）尺寸均匀，约150nm，载药量达75%，具有良好的冷热储存稳定性。
4、封装显著提高了吡唑醚菌酯的光稳定性，且纳米胶囊能更好地粘附在作物叶片上，抵抗雨水冲刷。
5、Pyr NCs具有高达42.9%的光热转化效率，可响应作物感染后的生理变化，以实现多重刺激响应控释。
6、体外和体内实验表明Pyr NCs的杀菌效果优于商业制剂，且对目标作物和非靶标生物的生物安全性更高，在绿色可持续农业中具有广阔应用前景。
Scheme 1.（a）具有规模化生产潜力的低能耗微流控农药纳米封装平台。（b）农药纳米胶囊的制备策略与优势示意图，包括高粘附性、抗紫外光解、耐雨水冲刷、控释性能及良好的生物安全性。
图1.（a）搅拌反应器与微流控反应器中农药纳米胶囊的制备流程示意图。在搅拌反应器（b,c）和微流控反应器（d,e）中制备的吡唑醚菌酯纳米胶囊的扫描电镜图像。
图2.不同农药纳米胶囊的扫描电镜图像：（a）阿维菌素；（b）烯啶虫胺；（c）毒死蜱；（d）吡唑醚菌酯；（e）苯醚甲环唑；（f）戊唑醇。
图3.吡唑醚菌酯纳米胶囊的表征：（a）扫描电镜图像；（b,c）透射电镜图像；（d）不同农药纳米胶囊的流体力学尺寸；（e）zeta电位；（f）X射线衍射图谱；（g）热重分析曲线；（h）傅里叶变换红外光谱；（i）紫外-可见光谱。
图4.（a）不同浓度吡唑醚菌酯纳米胶囊水分散液的电子吸收光谱。（b）808 nm激光（1.00 W/cm²）照射下不同浓度吡唑醚菌酯纳米胶囊水分散液的温度变化。（c）1.0 mg/mL吡唑醚菌酯纳米胶囊水分散液在不同功率密度808 nm激光照射下的温度变化。（d）1.0 mg/mL吡唑醚菌酯纳米胶囊水分散液经808 nm激光（1.00 W/cm²）照射15 min后关闭激光的温度变化。（e）根据冷却阶段收集的线性时间相关数据计算的热传递时间常数。（f）1.0 mg/mL吡唑醚菌酯纳米胶囊水分散液在808 nm激光（1.00 W/cm²）开关循环下的温度变化。
图5.（a）吡唑醚菌酯原药（Pyr TC）、商业悬浮剂（Pyr SC）和纳米胶囊（Pyr NCs）在254 nm紫外光照射下的光解速率（n=3）。（b）水、Pyr SC和Pyr NCs在水稻和黄瓜叶片上的接触角（n=3）。（c）叶面喷施条件下Pyr SC和Pyr NCs在小麦、黄瓜和番茄叶片上的保留率（n=5）。水冲洗前后Pyr SC在作物叶片上的扫描电镜图像：（d）黄瓜叶；（e）水稻叶。水冲洗前后Pyr NCs在作物叶片上的扫描电镜图像：（f）黄瓜叶；（g）水稻叶。
图6.在含乙醇（乙醇/水，2:3，v/v）和0.1%吐温-80的水介质中，吡唑醚菌酯从纳米胶囊中的刺激响应控释（n=3）：（a）808 nm激光；（b）pH；（c）H2O2；（d）谷胱甘肽（GSH）；（e）漆酶（Lac）；（f）植酸（PA）。图示为刺激响应机制。
图7.（a）Pyr TC、Pyr SC和Pyr NCs在不同浓度下对禾谷镰刀菌的120小时体外杀菌活性，（b）不同浓度下的抑制率，以及（c）不同培养时间的半数有效浓度（EC50）（n=3）。（d）禾谷镰刀菌与不同浓度Pyr TC、Pyr SC和Pyr NCs孵育后的菌丝形态（红色标尺，100 μm）和（e）孢子萌发抑制率（n=3；** p<0.01，*** p<0.001，NS=无显著性）。（f）Pyr TC、Pyr SC和Pyr NCs对番茄叶片上灰葡萄孢菌的体内防治效果。
图8.不同浓度Pyr SC和Pyr NCs对小麦种子萌发和幼苗的生物安全性评估（n=3）：（a,b）种子萌发情况；（c,d）幼苗生长情况；（e）7天后的发芽率；（f）14天后幼苗的根长、（g）茎长和（h）鲜重。
图9.对斑马鱼的急性毒性（n=3）：（a）不同浓度Pyr NCs在不同培养时间下的斑马鱼存活率；（b）0.16 μg/L浓度下Pyr TC、Pyr SC和Pyr NCs在不同培养时间下的斑马鱼存活率；（c）Pyr TC、Pyr SC和Pyr NCs在不同培养时间下的半数致死浓度（LC50）。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.165045
