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山東農大劉峰教授團隊 ACS Nano：界面穿梭效應介導的界面聚合深度變化調控載藥微膠囊的應用性能

2023-10-09 來源：高分子科技

微囊化技術是提高農藥利用率和降低農藥環(huán)境風險的有效手段。界面聚合法是目前廣泛應用的農藥微囊化技術，主要用于包封脂溶性農藥，比如毒死蜱和高效氯氟氰菊酯等，而包封水溶性較高的農藥一直存在困難，限制了高水溶性農藥微囊的推廣和應用。

圖1 界面穿梭介導的界面聚合深度變化調控載藥微膠囊的形貌和應用性能

近期，山東農業(yè)大學植物保護學院劉峰教授團隊以噻唑膦為模式農藥，揭示了高水溶性農藥難以被微囊化的原因，并提供解決方案（圖2，圖3）。隨著囊芯親水性的增強，微囊表面褶皺程度和微囊之間粘連程度增加，同時，囊殼也逐漸增厚，甚至變成了實心球或出現(xiàn)了破囊。同時，囊芯親水性的增加導致微囊的包封率降低及微囊釋放速率提高。因此，囊芯親水性影響著微囊的囊殼結構和釋放性能。

圖2 不同親水性溶劑制備的噻唑膦微囊形貌及性能

圖3 不同親水性溶劑制備的噻唑膦微囊的囊殼結構

界面聚合反應是非平衡態(tài)的傳質過程與快速的化學反應耦合發(fā)生的，研究界面膜的形成過程一直是一項挑戰(zhàn)。為進一步明確囊芯親水性對囊殼形成的影響，本研究建立了一種將微觀成囊過程宏觀可視化的方法，稱為界面演化模型。研究發(fā)現(xiàn)，在界面膜形成過程中存在界面穿梭效應，影響著囊殼的形成（圖4，圖5）。當油相親水性較強時，水相單體會穿過界面進入油相，與MDI發(fā)生反應，隨著水向油相傳質深度的增加，界面膜逐漸增厚且變得疏松多孔。而當油相是疏水性體系時，水相單體只能與油相淺層的MDI發(fā)生反應，因此形成了薄且致密的界面膜，這與制備微囊時的現(xiàn)象一致。

圖4 界面演化模型反應油相親水性對界面膜形成的影響

圖5 界面聚合法成囊過程中的界面穿梭理論示意圖

噻唑膦在水中的溶解度大約為9 g/L，土壤施用后容易淋溶流失浪費且對地下水安全造成威脅。通過疏水性溶劑降低油相親水性，增強了殼層致密度。殼層致密度的提高延緩了噻唑膦的釋放，進而縮短了噻唑膦在土壤中的淋溶距離，使更多的噻唑膦集中在番茄根系周圍，取得了良好的對根結線蟲病防治效果（圖6，圖7）。本研究以宏觀界面演化模型反映了界面聚合法成囊的微觀機制，豐富了界面聚合法微囊化理論，并為包封水溶性囊芯材料提供了理論依據和技術指導。

圖6 不同囊殼結構的噻唑膦微囊的土壤淋溶性能

圖7 不同囊殼結構的噻唑膦微囊對番茄根結線蟲病的防治效果

該工作以“Interfacial Polymerization Depth Mediated by the Shuttle Effect Regulating the Application Performance of Pesticide-Loaded Microcapsules”為題于10月7日發(fā)表在ACS Nano上。山東農業(yè)大學植物保護學院碩士研究生張濤為本文第一作者，山東農業(yè)大學植物保護學院劉峰教授和張大俠副教授為本文通訊作者。感謝國家自然科學基金和泰山產業(yè)領軍人才工程對本研究的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07915

下載：Interfacial Polymerization Depth Mediated by the Shuttle Effect Regulating the Application Performance of Pesticide-Loaded Microcapsules

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（責任編輯：xu）

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