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  農(nóng)藥對(duì)全球糧食安全至關(guān)重要，提高農(nóng)藥的有效利用以減少環(huán)境損失是可持續(xù)農(nóng)業(yè)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。其中，疏水性蠟質(zhì)葉片表面導(dǎo)致了農(nóng)藥制劑粘附差、持留性弱等問題有待解決。目前，微納米材料及其加工技術(shù)在農(nóng)藥遞送載體的開發(fā)中得到應(yīng)用，為提高農(nóng)藥利用率提供了機(jī)遇。靜電紡絲是微納纖維的重要加工制造技術(shù)，具有較大的靈活性和產(chǎn)業(yè)化潛力。受彈球機(jī)動(dòng)力學(xué)的啟發(fā)，開發(fā)一種具有高長(zhǎng)徑比的短纖維載體，預(yù)計(jì)其將在疏水水稻葉片上表現(xiàn)出不同于常規(guī)球形顆粒的獨(dú)特的微觀力學(xué)響應(yīng)，以優(yōu)化沉積行為及持留特性。

圖1 靜電紡絲短纖維載體的設(shè)計(jì)思路示意圖

  近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所農(nóng)藥分子靶標(biāo)與綠色農(nóng)藥創(chuàng)制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)利用靜電紡絲技術(shù)和氨解方法，開發(fā)了由可生物降解聚羥基丁酸酯類聚合物poly(3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate)制備的負(fù)載農(nóng)藥咯菌腈的可噴施短纖維懸浮劑。這些高長(zhǎng)徑比短纖維可以有效地錨定在水稻葉片乳突的間隙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了較高的持留率，同時(shí)提高了抗雨水沖刷性能。短纖維載體與傳統(tǒng)的微球相比，Wilhelmy法測(cè)得的持留量提高了3.19倍，40°噴施法測(cè)得的持留量提高了1.47倍。沖洗試驗(yàn)后，通過熒光強(qiáng)度測(cè)得的持留率提高了2.59倍，通過高效液相色譜法測(cè)得的持留率提高了1.43倍。通過有限元模擬構(gòu)建農(nóng)藥載體和乳突的微觀模型并進(jìn)行力學(xué)分析，結(jié)果表明短纖維載體增加了在水稻葉片上的接觸面積和概率，實(shí)現(xiàn)了更加均勻的應(yīng)力分布。此外，該短纖維懸浮劑具有良好的懸浮穩(wěn)定性和響應(yīng)釋放性，能有效抑制黃瓜灰霉病和水稻紋枯病。在模擬降雨條件下，對(duì)立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）的抑菌效果明顯高于商業(yè)化懸浮劑。同時(shí)，與商業(yè)化懸浮劑相比，短纖維懸浮劑對(duì)斑馬魚的影響較小，具有良好的生物安全性。

圖2 短纖維和微球載體在水稻葉片上的沉積行為和持留特性

圖3 短纖維和微球載體的微觀力學(xué)模擬

圖4 短纖維載體的釋放行為和生物活性

  這項(xiàng)研究展示了一種基于靜電紡絲技術(shù)和氨解法制備的農(nóng)藥遞送載體的新策略。該策略能夠靈活生產(chǎn)具有可控高長(zhǎng)徑比的短纖維載體，這些載體能夠高效、安全地輸送農(nóng)用化學(xué)品。同樣重要的是，這一探索為材料設(shè)計(jì)和植物微界面工程提供了一種創(chuàng)新思路。未來，這種可生物降解的短纖維有望裝載生物農(nóng)藥、昆蟲信息素、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、RNAi等農(nóng)用化學(xué)品，為可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供綠色、安全的解決方案。

  本研究以“Geometrically and Micromechanically Optimized Biodegradable Short Fibers for Enhanced Pesticide Utilization”為題，發(fā)表在《Small》上，文章第一作者是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士生上官文杰，曹立冬研究員為本文的通訊作者，植保所黃啟良研究員和南開大學(xué)邊強(qiáng)正高級(jí)工程師為本文的共同通訊作者。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202504552