瘙癢行為系統(tǒng)案例丨中國農(nóng)科院曾章華等揭示可生物降解農(nóng)藥微膠囊的綠色制備與安全應(yīng)用特性

擬除蟲菊酯（如氯氟氰菊酯）是農(nóng)業(yè)上最常用的殺蟲劑，殺蟲效果極好且對哺乳動物相對安全。但是，它有一個(gè)令農(nóng)民和施藥人員非常頭疼的缺點(diǎn)：一旦接觸皮膚，就會引起劇烈的灼燒感、刺痛和難以忍受的瘙癢，這種痛苦往往持續(xù)數(shù)小時(shí)甚至更久。

基于此，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院曾章華等研究團(tuán)隊(duì)在《Chemical Engineering Journal》雜志發(fā)表了“Enhancing safety through the biodegradable pesticide microcapsules produced via melt emulsification and interfacial polymerization”揭示了通過熔融乳化和界面聚合制備可生物降解農(nóng)藥微膠囊以提升安全性。

本研究開發(fā)了一種全綠色工藝制備的氯氟氰菊酯微膠囊：利用磺化纖維素納米晶（sCNC）穩(wěn)定皮克林乳液，經(jīng)界面聚合而成，完全摒棄了表面活性劑和有機(jī)溶劑。該微膠囊粒徑均一，包封率高達(dá)99.29%，不僅顯著延長了持效期并降低了對斑馬魚的毒性，更首次發(fā)現(xiàn)其能有效減輕農(nóng)藥對皮膚的刺激性。此外，其在施用后14天內(nèi)可顯著降解，極大減少了作物殘留。這項(xiàng)成果憑借環(huán)保、安全、高效及低殘留的特性，為可持續(xù)農(nóng)藥制劑的開發(fā)提供了全新范式。

圖一 氯氟氰菊酯微膠囊的合成與表征

利用高壓均質(zhì)與界面聚合技術(shù)制備的三種微膠囊（M1-M3）均為粒徑250-1000納米的均勻球體，其表面覆蓋著磺化纖維素納米晶。

研究發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)劑（IPDI）的用量直接決定了微膠囊的“體質(zhì)”：IPDI含量越高，微膠囊殼層越厚（從M1的23.8納米增至M3的75.8納米）、結(jié)構(gòu)越堅(jiān)固；反之，IPDI不足會導(dǎo)致殼層脆弱易碎（如M1大面積破裂）。這種結(jié)構(gòu)完整性與包封率呈正相關(guān)：堅(jiān)固的M3實(shí)現(xiàn)了99.29%的近乎完美包封（殼藥比達(dá)1:4），而破碎的M1僅為88%。

盡管實(shí)際溶液中因工藝損耗導(dǎo)致農(nóng)藥含量略低于理論值（約7%），但該綠色無溶劑工藝成功通過優(yōu)化交聯(lián)密度，顯著提升了微膠囊的機(jī)械強(qiáng)度和載藥效率，為高效農(nóng)藥制劑奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖二 氯氟氰菊酯的釋放行為

M3微膠囊具有優(yōu)異的緩釋與酶響應(yīng)特性：72小時(shí)內(nèi)累積釋放30.33%，無爆發(fā)性泄漏；在纖維素酶作用下，釋放率提升至36%，證明其具備智能降解釋放潛力。

在殺蟲活性方面，雖然微膠囊的即時(shí)致死濃度（LC50）略高于傳統(tǒng)乳油（EC），但統(tǒng)計(jì)顯示其最終殺蟲效果無顯著差異，表明包封不影響藥效發(fā)揮。田間試驗(yàn)更是凸顯了微膠囊的長效優(yōu)勢：傳統(tǒng)EC制劑雖初期（前8天）防效極佳（約90%），但因降解流失導(dǎo)致第14天效果下滑；而微膠囊制劑（尤其是M3）憑借持續(xù)釋放機(jī)制，防效隨時(shí)間逆勢上揚(yáng)，在第14天達(dá)到91.30%，顯著超越EC和懸浮劑（SC）。

這一結(jié)果證實(shí)，該技術(shù)能有效延長持效期，減少施藥頻率，是解決農(nóng)藥流失與環(huán)境污染問題的理想方案。

圖三 小鼠瘙癢行為檢測

擬除蟲菊酯雖對哺乳動物毒性較低，但直接接觸皮膚常引發(fā)劇烈且持久的灼燒與瘙癢，嚴(yán)重困擾施藥人員。

本研究利用微囊化技術(shù)構(gòu)建“物理屏障”，通過包封活性成分并控制釋放速率，有效阻隔了農(nóng)藥與皮膚的直接接觸及瞬間高濃度刺激。小鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一策略的顯著效果：與傳統(tǒng)乳油（EC）組小鼠在30分鐘內(nèi)頻繁抓撓（）相比，使用M3微膠囊制劑的小鼠瘙癢行為大幅減少（僅71次）。

這一突破性發(fā)現(xiàn)證明，微囊化不僅能殺蟲，更能顯著減輕農(nóng)藥對人體的皮膚刺激性，為提升施藥安全性與舒適度提供了全新解決方案。

總結(jié)

綜上所述，本研究創(chuàng)新性地采用了一種可持續(xù)且高效的合成方法，將熔融乳化與界面聚合相結(jié)合，成功制備了氯氟氰菊酯（LC）微膠囊?？傮w而言，不僅解決并減輕了農(nóng)藥施用相關(guān)的負(fù)面影響，還推動了農(nóng)藥的安全和可持續(xù)利用。本研究為農(nóng)用化學(xué)品遞送中不斷發(fā)展的封裝技術(shù)領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)，并為開發(fā)環(huán)境友好、安全且高效的農(nóng)藥制劑提供了寶貴的參考。

文章來源：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149407

欣軟產(chǎn)品應(yīng)用

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