農(nóng)藥是控制有害生物危害的重要手段,通過先進(jìn)的劑型加工方法可以改善農(nóng)藥的使用性能,充分發(fā)揮農(nóng)藥有效成分的生物活性,提高農(nóng)藥利用率。近年來,我國農(nóng)藥劑型的加工獲得了長(zhǎng)足發(fā)展,環(huán)境友好型新劑型逐漸成為劑型加工的主要發(fā)展方向。水基化、粒性化和緩控釋成為農(nóng)藥制劑發(fā)展主流,懸浮劑、水乳劑、微乳劑、水分散粒劑和微囊懸浮劑等大批新劑型也逐漸進(jìn)入到市場(chǎng)并占據(jù)重要地位。近年來,納米技術(shù)的迅猛發(fā)展為現(xiàn)代植物保護(hù)開辟了新的應(yīng)用前景。納米尺度的材料因其尺寸小、結(jié)構(gòu)特殊而具有許多新的理化特性,如大比表面積、高反應(yīng)活性、小尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)等。利用納米材料與技術(shù)發(fā)展納米農(nóng)藥新劑型,是應(yīng)用領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。利用納米材料與技術(shù)構(gòu)建納米載藥系統(tǒng),可有效提高農(nóng)藥利用率,降低農(nóng)藥殘留與環(huán)境污染。

納米乳劑是在表面活性劑等功能助劑作用下,將不溶于水的農(nóng)藥以納米尺度增溶于水中形成的乳狀液體制劑。與微乳劑相比,納米乳劑處于熱力學(xué)亞穩(wěn)定狀態(tài),具有更低的表面活性劑添加濃度,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為5%～10%(但低能量法制備的納米乳劑往往需要大量的表面活性劑來穩(wěn)定液滴)。除此之外,納米乳劑還減少有機(jī)溶劑的使用量,降低對(duì)環(huán)境帶來的風(fēng)險(xiǎn)。納米乳劑特有的理化特性可改善農(nóng)藥制劑性能,提高農(nóng)藥活性成分兌水使用時(shí)的分散性,產(chǎn)生低表面張力和較好的潤(rùn)濕性,進(jìn)一步提高農(nóng)藥在靶標(biāo)表面的附著、沉積和滲透。納米乳劑中水包油或油包水微細(xì)液滴還可以對(duì)農(nóng)藥有效成分形成包裹層,提供更好的光降解保護(hù)以及緩釋增效的作用,可有效提高農(nóng)藥利用率,從而減少農(nóng)藥的使用量。

納米乳劑因其優(yōu)異的特性受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注,目前已有大量研究人員對(duì)不同載藥體系的納米乳劑進(jìn)行了制備以及研究。2019年,納米農(nóng)藥被國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)評(píng)為將改變世界的十大化學(xué)新興技術(shù)之首,美國環(huán)保署(EPA)、歐盟以及聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)等國際組織和機(jī)構(gòu)已經(jīng)陸續(xù)頒布了關(guān)于納米農(nóng)藥生產(chǎn)、使用及安全性評(píng)價(jià)等方面的管理規(guī)則。在我國,截至目前,盡管還沒有納米乳劑農(nóng)藥劑型獲得登記,但已有大量關(guān)于納米乳劑載藥體系的研究論文以及專利發(fā)表,為推進(jìn)我國農(nóng)藥減量提效、減量控害目標(biāo)發(fā)揮重要作用。目前納米乳劑已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、石油、日用化工、農(nóng)藥等領(lǐng)域,已有前人對(duì)納米乳劑在醫(yī)藥、石油等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了綜述,而在農(nóng)藥領(lǐng)域中相關(guān)綜述較少,鑒于近年來農(nóng)藥納米乳劑發(fā)展迅速,筆者對(duì)納米乳劑在農(nóng)藥領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行綜述,并對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展前景進(jìn)行展望,以期為納米乳劑在農(nóng)藥中的應(yīng)用提供參考和指導(dǎo)。

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農(nóng)藥納米乳劑的組成

納米乳劑配方主要由4部分組成：有效成分、溶劑或助溶劑、乳化劑或助乳化劑和水,一般是先將有效成分、溶劑或助溶劑、部分乳化劑或助乳化劑混合形成油相,部分乳化劑或助乳化劑與水混合形成水相,再進(jìn)行混合加工即可形成納米乳劑。存在于納米乳劑體系中的兩個(gè)不相容的相(油相和水相)被表面活性劑形成的界面分開。納米乳劑有3種類型：水包油(O/W)型、油包水(W/O)型(圖1),以及雙連續(xù)型(W/O型與O/W型之間的過渡狀態(tài),實(shí)際應(yīng)用比較少)。當(dāng)乳化劑親水親油平衡值(HLB)為7～18,親水性強(qiáng)、親油性弱時(shí),一般會(huì)形成水O/W型乳狀液,這也是農(nóng)藥中最常見的乳液類型。當(dāng)乳化劑的HLB值為3～6,親水性弱、親油性強(qiáng)時(shí),形成W/O型乳狀液,這在農(nóng)藥中很少使用。雙連續(xù)型納米乳劑的任一部分油相在形成液滴被水連續(xù)相包圍的同時(shí),與其他油滴一起組成連續(xù)相包圍介于油相中的水滴,由于表面活性物質(zhì)組成的界面不斷波動(dòng),使雙連續(xù)相納米乳亦具有各向同性。雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)中,水相與油相皆非球狀,而類似于海綿狀的結(jié)構(gòu)。根據(jù)藥物性質(zhì)的不同,制備適當(dāng)類型的納米乳劑。

圖1 不同類型納米乳劑的結(jié)構(gòu)

1.1 水相

水相與油相在乳化劑的作用下形成彎曲的油水界面膜,進(jìn)而包裹農(nóng)藥活性成分。水質(zhì)對(duì)納米乳劑加工和儲(chǔ)存穩(wěn)定性影響較大,一般選用蒸餾水或去離子水。

1.2 油相

選用合適的有機(jī)溶劑作為油相是納米乳劑形成的關(guān)鍵部分之一,因?yàn)樗c對(duì)農(nóng)藥活性成分的溶解能力密切相關(guān)。例如：與十六烷等長(zhǎng)鏈油相比,當(dāng)以花生油為油相時(shí),納米乳劑的形成更為困難。因?yàn)橛驮隗w系中的不溶性增加了納米乳劑的穩(wěn)定性,為奧斯特瓦爾德(Ostwald)熟化提供了動(dòng)力學(xué)障礙,而Ostwald熟化是納米乳劑不穩(wěn)定的主要原因,是納米乳劑破乳的主要機(jī)制。Ostwald熟化是指油在較小液滴中通過連續(xù)相向較大液滴的凈輸送。油的碳?xì)滏滈L(zhǎng)度越短,越有利于有機(jī)相更深入地穿入界面膜,納米乳劑就越穩(wěn)定,但增長(zhǎng)碳?xì)滏渼t有助于增加對(duì)藥物的溶解性。因此,納米乳劑油相的選擇,應(yīng)結(jié)合藥物的溶解情況進(jìn)行綜合考慮。

納米乳劑中溶劑油的選擇種類多樣,具有豐富的生物學(xué)特性,其應(yīng)用于納米乳劑中可以提高細(xì)胞毒性、遺傳毒性和對(duì)病原體的抗菌活性。其中不同化學(xué)成分的植物精油也會(huì)影響其對(duì)有害生物的生物行為。近年來,有研究發(fā)現(xiàn),安尼樟精油(aniba essential oils)通過觸發(fā)更多的核酸和蛋白質(zhì)的產(chǎn)生,可破壞包括黃曲霉、黑曲霉和茄病鐮刀菌在內(nèi)的8種植物病原菌的細(xì)胞膜。香菊油(asteriscus graveolens oil)可抑制引起棗樹枯萎病的尖孢鐮刀菌。黃荊精油(Vitex negundo essential oil)通過降低雜草的有絲分裂指數(shù)和染色體畸變百分比對(duì)雜草產(chǎn)生毒性,可用來防治野燕麥和稗草。精油還因其具有揮發(fā)性適合熏蒸而被用于控制昆蟲。一些研究還發(fā)現(xiàn),荷荷巴油(jojoba oil)濃度的增加會(huì)導(dǎo)致水稻象甲成蟲死亡率的上升。除此之外,在印楝油(neem oil)納米乳劑和柑橘油(Citrus sinensis oil)納米乳劑中使用較高的表面活性劑濃度后也會(huì)增加蚊子幼蟲的死亡率。由此可見,在農(nóng)藥制劑中不僅僅是農(nóng)藥有效成分對(duì)靶標(biāo)生物有活性,其他成分也會(huì)有一定的影響。溶劑油的選擇除了能對(duì)農(nóng)藥有效成分起到溶解作用之外,還有可能達(dá)到協(xié)同增效的效果,從而減少化學(xué)農(nóng)藥的用量,這也是農(nóng)藥納米乳發(fā)展的方向之一。

1.3 乳化劑

納米乳劑中的另一個(gè)重要成分是乳化劑,乳化劑能夠降低表面張力,促使納米乳劑的形成。乳化劑在體系中先在氣液界面上定向排列,即極性基的一端插入水相,非極性基的一端插入氣相,形成單分子膜。當(dāng)乳化劑的濃度達(dá)到臨界膠束濃度(CMC)后,開始轉(zhuǎn)移到溶液中,形成大量分子有序聚集體即膠束。在水包油體系的膠束中,乳化劑的疏水基聚集成膠束內(nèi)核,親水的極性基團(tuán)構(gòu)成膠束外層。乳化劑的濃度只有在臨界膠束濃度以上才能實(shí)現(xiàn)乳化作用。

乳化劑主要有4種類型：陽離子型、陰離子型、兩性離子型和非離子型。在配制農(nóng)藥納米乳劑中,非離子表面活性劑通常會(huì)被包裹到納米乳劑中,是因?yàn)樗鼈兪躳H和離子強(qiáng)度的影響較小。而對(duì)于陰離子表面活性劑而言,它可以與溶液之間發(fā)生黏合,這可以改變納米乳劑的穩(wěn)定性和尺寸。除此之外,表面活性劑的選擇也與其HLB值有關(guān)。HLB值越高,表明表面活性劑在水中的溶解度越高,這有利于農(nóng)藥制劑的O/W配方,反之,則有利于W/O配方。在制備動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的納米乳液時(shí),表面活性劑的HLB值是要考慮的最重要的參數(shù)之一。

表面活性劑的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))通常在1.5%～10%之間,制備納米乳劑時(shí)普遍用量為5%。離子型表面活性劑的使用被認(rèn)為改變了納米乳劑中的靜電電荷,從而導(dǎo)致低聚集。對(duì)比單一和復(fù)合表面活性劑對(duì)納米乳劑形成的影響發(fā)現(xiàn),混合表面活性劑能夠產(chǎn)生更好的親水-親油平衡,增強(qiáng)表面活性劑層的柔韌性,并能在較高程度上分配到油水界面。研究還表明,非離子表面活性劑的混合不僅能產(chǎn)生理想的HLB值,而且對(duì)納米乳劑的穩(wěn)定性也有協(xié)同作用。

表面活性劑的存在降低了葉片的接觸角,增加了葉片的潤(rùn)濕性。有研究表明,在農(nóng)藥制劑中使用較高濃度的表面活性劑,并不能保證在葉片上有較好的接觸角,由于表面活性劑的性質(zhì)不同,最佳潤(rùn)濕面積和接觸角可能會(huì)有所不同。適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┖靠梢孕纬勺罴训牧匠叽纭⒎€(wěn)定性、黏度特性和抗菌活性,這些都是對(duì)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用有研究?jī)r(jià)值的。然而,在濃度非常高的情況下,過量的表面活性劑可能會(huì)產(chǎn)生毒性效應(yīng)。為了更好地與帶負(fù)電荷的植物葉片相互作用,離子液體已被確定為制備帶正電荷納米乳劑體系的新型表面活性劑。葉片的吸附機(jī)制對(duì)納米乳劑的制備性能有重要參考意義,以便更精準(zhǔn)的適應(yīng)大田生產(chǎn)應(yīng)用。

1.4 助乳化劑

助乳化劑可以插入到乳化劑的界面膜中,降低界面張力,增大乳化劑的溶解度,有利于穩(wěn)定納米乳劑。理想的助乳化劑可調(diào)節(jié)乳化劑的HLB值,降低油水界面張力,使乳劑形成更小的液滴,從而提高納米乳劑體系的穩(wěn)定性。此外,助乳化劑的選擇有時(shí)還決定納米乳劑體系的毒性、藥物動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)。其常常被用來作為乳化劑的補(bǔ)充,因?yàn)樗鼈冊(cè)谀z束界面結(jié)構(gòu)較弱的區(qū)域之間適當(dāng)?shù)仄ヅ?強(qiáng)化了界面膜。常用助乳化劑有乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇和聚甘油酯等。

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納米乳劑的制備

納米乳劑一般由有效成分、溶劑或助溶劑、乳化劑或助乳化劑和水組成。當(dāng)油、乳化劑和助乳化劑被確定之后,根據(jù)組分的性質(zhì)以及所制備的納米乳劑類型,可繪制出準(zhǔn)確可靠的偽三元相圖來確定各個(gè)組分的比例。若配方組成及比例不恰當(dāng),就不能很好地形成納米乳劑。除此之外,納米乳劑制備工藝也很重要,因?yàn)樗苡绊懙剿苽涞募{米乳劑的粒徑和性質(zhì),尤其是納米乳劑的穩(wěn)定性。現(xiàn)制備工藝主要分為高能乳化法和低能乳化法。

2.1 高能乳化法

高能乳化法(High-energy emulsification method)需要外加能量,通過機(jī)械裝置提供強(qiáng)大的破壞力來減小尺寸。高能乳化法有超聲法、高壓均質(zhì)法和剪切攪拌法等。其主要缺點(diǎn)是儀器成本高,且產(chǎn)生的操作溫度高,較高的溫度有時(shí)不適用于不耐熱農(nóng)藥活性成分的加工。

2.1.1 超聲法

超聲法(Ultrasonic emulsification method)是采用探頭超聲儀,通過控制超聲的頻率和時(shí)間調(diào)節(jié)乳滴分散度,制備出不同粒徑的納米乳劑。在機(jī)械攪拌下,將油相加入到水相中,先制得粗乳液；然后在不同的超聲振幅下對(duì)乳液進(jìn)行短時(shí)間的超聲處理,直至得到具有理想性能的納米乳劑。一般超聲時(shí)間越長(zhǎng),乳化液的動(dòng)能越大,顆粒尺寸越小。同時(shí),表面活性劑的疏水性越強(qiáng)‚所需超聲的時(shí)間越長(zhǎng)。與其他高能乳化法相比,超聲法所需的能量最少,但該技術(shù)的一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)是探頭發(fā)熱會(huì)產(chǎn)生鐵屑并進(jìn)入藥液,從而引起污染,并且該方法只適合少量樣品的制備。

2.1.2 高壓均質(zhì)法

高壓均質(zhì)法(High pressure homogenization method)是利用高速均質(zhì)機(jī)使粗乳液在高壓下通過指定的閥門,在高壓力的狹小空間內(nèi),通過高速撞擊、剪切和空穴作用使油相和水相兩相混合,制備得到粒徑適宜的納米乳劑。此方法高效且制備的納米乳劑有良好的均一性,適用于工業(yè)生產(chǎn),其不足之處在于能耗大,且由于在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生較高的溫度,所以不利于不耐熱的農(nóng)藥活性成分的加工。

2.1.3 剪切攪拌法

剪切攪拌法(High-shear stirring method)是利用高剪切均質(zhì)乳化機(jī)特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子和定子,在它們之間的小間隙處,通過電機(jī)的高速驅(qū)動(dòng)使液滴高速流動(dòng)產(chǎn)生剪切力,從而生成納米乳劑。由于操作簡(jiǎn)單、能耗低,剪切攪拌法比高壓均質(zhì)法更具優(yōu)勢(shì)。剪切攪拌法可以很好的控制粒徑,且配方組成有多種選擇。

2.2 低能乳化法

低能乳化法(Low-energy emulsification method)不需要外加大量能量,是利用體系中各組分之間的內(nèi)部相互作用,通過助劑改變界面能來使乳滴自發(fā)分散,從而形成納米乳劑。這取決于乳化過程中表面活性劑的行為,減輕了制備過程中對(duì)農(nóng)藥活性成分的損失。低能乳化法所消耗的能量相比于高能乳化法要小的多,不僅節(jié)能,而且還縮短冷卻時(shí)間,從而提高了乳化的效率。低能乳化法應(yīng)用廣泛,有很大的發(fā)展前景。不過低能乳化法有時(shí)會(huì)受溶劑類型和可供使用的乳化劑種類的限制。低能乳化法主要包括相轉(zhuǎn)變溫度法、相轉(zhuǎn)變組成法、逐滴滴加法、自發(fā)乳化法等。

2.2.1 相轉(zhuǎn)變溫度法

相轉(zhuǎn)變溫度法(Phase inversion temperature method,PIT)是利用表面活性劑在水/油中的溶解度隨溫度變化而變化,最終形成納米乳劑的方法。它涉及從W/O到O/W乳狀液通過中間雙連續(xù)相的有序轉(zhuǎn)化或相反轉(zhuǎn)化。首先將水相和油相一次性混合,再利用非離子型乳化劑在不同溫度下的疏水性和親水性不同而形成的不同的乳液。通常這類乳化劑的疏水性隨著溫度的升高而增強(qiáng),當(dāng)溫度低于體系的相轉(zhuǎn)變溫度時(shí),非離子型乳化劑親水性增強(qiáng),從而形成O/W型乳液；當(dāng)溫度高于體系的相轉(zhuǎn)變溫度時(shí),乳液發(fā)生相反轉(zhuǎn),則變成W/O型乳液。由于該方法需要改變體系溫度,所以對(duì)溫敏農(nóng)藥活性成分不能使用,相應(yīng)的只適用于對(duì)溫度敏感的表面活性劑,如聚氧乙烯類表面活性劑。同時(shí)良好的水、油、表面活性劑和農(nóng)藥活性成分的互溶性是促進(jìn)相變順利進(jìn)行的前提。此外,除了溫度,其他參數(shù)如鹽的濃度及pH值亦會(huì)對(duì)乳化產(chǎn)生影響。

2.2.2 相轉(zhuǎn)變組成法

相轉(zhuǎn)變組成法(Phase inversion composition method,PIC)是溫度不變,通過改變體系中水相和油相的組成而形成納米乳劑。任何表面活性劑都可以應(yīng)用于PIC法。乳液制備初始的體系為油相,之后把水相持續(xù)地加入到油相中,當(dāng)油相過剩時(shí)即形成W/O型乳劑。之后隨著水相的持續(xù)添加,比例增大,表面活性劑的曲率(指彎曲程度的數(shù)值,曲率越大,表明彎曲程度越大)改變,水滴逐漸聚結(jié)在一起,在相轉(zhuǎn)化點(diǎn)時(shí),表面活性劑會(huì)形成層狀結(jié)構(gòu),此時(shí)的表面張力最小,有助于形成非常小的分散乳滴。在乳劑相轉(zhuǎn)化點(diǎn)過后,隨著水相的進(jìn)一步增加形成O/W型乳劑。對(duì)于相轉(zhuǎn)變組成法,在適當(dāng)?shù)臏囟取嚢杷俾始暗渭铀俣惹闆r下,納米乳劑粒徑基本取決于乳化劑與油的比例。

2.2.3 逐滴滴加法

逐滴滴加法(Dropwise addition method)指溫度一定的情況下,將乳液的內(nèi)相逐漸滴加到體系中,與PIC法操作類似,但是滴加的是內(nèi)相,因此滴加過程中體系不會(huì)發(fā)生相反轉(zhuǎn),最終能制得內(nèi)相含量很低的納米乳劑。

2.2.4 自發(fā)乳化法

自發(fā)乳化法(Spontaneous emulsification method)是將油相加入到水相中,充分混合后,再經(jīng)過減壓蒸餾去除有機(jī)溶劑,形成納米乳劑。這是一種由溶劑或表面活性劑的快速擴(kuò)散而引發(fā)的組分之間的相互作用,該過程不改變體系中表面活性劑的曲率。在制備過程中,因油相和表面活性劑的濃度不同可生成基于表面活性劑、水和油3個(gè)組分的三元相圖。三元相圖所示的各向同性區(qū)域表示配方的各種組合。相圖中所有可以形成納米乳劑的區(qū)域中,選擇表面活性劑濃度最小的點(diǎn)為最佳配方。油相和表面活性劑的性質(zhì)以及油相與水相的混溶性等均會(huì)影響自乳化的過程,不同的體系會(huì)通過不同的機(jī)制形成納米乳劑。除此之外,油的黏度、表面活性劑的HLB值和油相與水相的混溶性等是決定自發(fā)乳化法制備納米乳劑質(zhì)量的重要因素。自發(fā)乳化法操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,但也有一定局限性,比如它要求油的含量低(一般是1%)、溶解油相的溶劑可以以任何比例與水混溶、油相中的溶劑能夠除去等。

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納米乳劑的應(yīng)用

3.1 殺蟲劑

殺蟲劑在我國農(nóng)藥使用所占份額最大,高達(dá)38%,但是殺蟲劑在防治農(nóng)作物蟲害中卻存在一系列問題。首先,農(nóng)藥使用者在傳統(tǒng)農(nóng)藥″除蟲務(wù)盡″的害蟲防治思想影響下,大多選擇廣譜、高效的農(nóng)藥品種,導(dǎo)致其在殺死靶標(biāo)生物的同時(shí)對(duì)非靶標(biāo)生物也造成了不同程度的傷害。除此之外,由于殺蟲劑的持效期短,有些農(nóng)藥使用者為達(dá)到理想的防治效果,隨意加大用藥量、任意增加施藥次數(shù),最終導(dǎo)致農(nóng)藥殘留嚴(yán)重超標(biāo),同時(shí)加速了害蟲抗藥性的產(chǎn)生。另外,殺蟲劑的許多劑型對(duì)害蟲體壁的穿透效果不佳,從而影響藥效的發(fā)揮,盡管乳油劑型對(duì)蠟質(zhì)層較厚的昆蟲體壁穿透效果較好,但卻存在環(huán)境不友好、易產(chǎn)生藥害等缺點(diǎn)。納米乳劑在殺蟲劑上的應(yīng)用可有效應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn),它的小尺寸致使表面積增加,增強(qiáng)了納米殺蟲劑對(duì)幼蟲的滲透性,提高了其功效。有些納米乳劑還具有緩釋性,可有效延長(zhǎng)殺蟲劑的持效期,并且對(duì)非靶標(biāo)生物毒性大大降低。

Nisha等使用超聲乳化法制備了蓖麻油O/W型納米乳劑,用于防治瘧疾載體庫態(tài)按蚊Anopheles culicifacies,發(fā)現(xiàn)當(dāng)蓖麻油含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)為10%、丙二醇為5%、表面活性劑Tween-80為14%、Span-20為4%以及蒸餾水為67%時(shí),所制備出的納米乳劑性能優(yōu)異,平均粒徑為114 nm,多分散度指數(shù)(PDI)為0.2,多分散度較低,表明所制備的納米乳劑具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。此外,該蓖麻油納米乳劑對(duì)庫態(tài)按蚊的LC50值為3.4 mg/L,活性優(yōu)于普通乳液的52.31 mg/L,這是因?yàn)榧{米乳劑的小尺寸導(dǎo)致其總表面積增加,其對(duì)幼蟲的滲透增強(qiáng),提高了殺蟲功效。Mishra等通過超聲乳化法在制備氯菊酯O/W納米乳劑時(shí),將氯菊酯溶解于十烷酸甲酯等有機(jī)溶劑中作為有機(jī)相,以乳化劑(Tween-80)和超純水的混合物作為水相,經(jīng)組合試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)有機(jī)相和水相的最終質(zhì)量比為1∶3時(shí),所制備的納米乳劑平均粒徑和zeta電位分別為(12.4±1.13)nm和(−20.4±0.56)mV,其在外部環(huán)境中的穩(wěn)定時(shí)間為4 d,表現(xiàn)最佳。此外,在滅蚊濃度下其對(duì)非靶標(biāo)生物,如斑馬魚的安全性較高。

為了防治儲(chǔ)糧害蟲赤擬谷盜Tribolium castaneum Herbst,Pant等通過低能乳化法,以質(zhì)量分?jǐn)?shù)(下同)為60%的卡蘭賈樹與麻風(fēng)樹凝膠的水濾液作為水相,以12%丙二醇、10%桉樹油以及15%Tween-80作為油相制備了O/W納米乳劑,平均粒徑77 nm；同時(shí)發(fā)現(xiàn)用60%的卡蘭賈樹與麻風(fēng)樹凝膠的水濾液代替蒸餾水作為水相,可使桉樹油的保質(zhì)期延長(zhǎng),且制備的納米乳劑的平均粒徑顯著降低,含濾液與不含濾液的納米乳劑對(duì)赤擬谷盜的LC50值分別為0.1646和5.4872 mg/L,前者大大提高了對(duì)靶標(biāo)害蟲的生物活性。He等首先合成了植物油基醇酸樹脂(AR),再用原位反相乳化法制備了高效氯氟氰菊酯/醇酸樹脂(LC/AR)納米乳劑(圖2),并研究了其性能。結(jié)果表明,LC/AR納米乳劑的粒徑為50～150 nm,最大載藥量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))高達(dá)40.9%,包封率＞90%；通過室溫儲(chǔ)存6個(gè)月、不同溫度和離心方式等3個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性良好。與LC商業(yè)配方相比,LC/AR納米乳劑表現(xiàn)出更好的控制釋放特性,其釋放受到LC含量、溫度以及pH值的影響。此外,由于其具有較低的表面張力,制備的納米乳劑與葉片有更強(qiáng)的相互作用,可觀察到更強(qiáng)的黏附性。

圖2 高效氯氟氰菊酯/醇酸樹脂(LC/AR)納米乳劑的制備示意圖

Feng等用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的吡丙醚和6%的不同乳化劑溶解于5%的烴類溶劑(S-100)中形成油相,先在磁力攪拌器上將去離子水滴入油相中,再在1,000 r/min下攪拌18 min,制備的吡丙醚納米乳劑以用于防治家蠅。結(jié)果顯示：以EL-20為乳化劑制備的吡丙醚納米乳劑的外觀均勻,粒徑最小,穩(wěn)定性最好(圖3)；與其水乳劑和乳油相比,吡丙醚納米乳劑具有更持久的防治效果；吡丙醚納米乳劑具有較高的化蛹抑制率和100%羽化抑制率；在7和14 d時(shí),吡丙醚納米乳劑對(duì)蚯蚓(實(shí)驗(yàn)動(dòng)物)的LC50值分別為1,450.63和804.19 mg/kg,表明它們對(duì)蚯蚓的低急性毒性和環(huán)境友好性；吡丙醚納米乳劑具有比水乳劑與乳油更低的細(xì)胞凋亡率(5.29%)。

Du等以月桂酸甲酯為油相,以烷基聚糖苷(APG)和聚氧乙烯-3-月桂醚醚(C12E3)為混合表面活性劑,形成了適合農(nóng)藥輸送的生物相容性O(shè)/W型納米乳劑。此外,他們還通過測(cè)量不同時(shí)間間隔的液滴尺寸,系統(tǒng)研究了APG和C12E3質(zhì)量比、油重分?jǐn)?shù)和總表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)納米乳劑液滴尺寸分布和穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)APG和C12E3的質(zhì)量比為6∶4時(shí),所形成的納米乳劑具有最低的液滴尺寸和較高的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上,他們將水不溶性農(nóng)藥β-氯氰菊酯(β-CP)摻入到兩種優(yōu)化的納米乳劑體系中,動(dòng)態(tài)光散射(DLS)和透射電子顯微鏡(TEM)測(cè)定結(jié)果表明,β-CP的摻入對(duì)兩種納米乳劑的液滴尺寸(圖4)和穩(wěn)定性無顯著影響。含β-CP的納米乳劑在稀釋后盡管液滴尺寸增加,但在整個(gè)稀釋過程中乳液均勻保持穩(wěn)定,從接觸角和動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)量結(jié)果也可以看出稀釋后的納米乳劑在疏水表面具有良好的潤(rùn)濕和擴(kuò)散性能。

圖3 不同乳化劑制備的吡丙醚納米乳劑在顯微鏡下的照片

圖4 無β-氯氰菊酯(A和C)和載β-氯氰菊酯(B和D)納米乳劑的透射電鏡圖

張紅制備了聚氨酯負(fù)載非水溶性農(nóng)藥(如阿維菌素、高效氟氯氰菊酯等)的新型水性緩控釋納米乳劑,選擇聚氨酯為載體是因?yàn)槠渌邆涞奶厥獾挠捕闻c軟段可形成微區(qū)結(jié)構(gòu)、可形成氫鍵、原料易得等,最終制備的緩控釋農(nóng)藥納米乳劑中載藥微粒的平均水合粒徑為20～300 nm,載藥量可達(dá)60%,包封率不小于85%。乳劑體系穩(wěn)定性和分散性好,緩釋性突出,葉面沉積率高,農(nóng)藥活性高,藥物流失率低,且載體可降解,對(duì)環(huán)境污染少,毒性低,安全、高效。覃和通過相反轉(zhuǎn)和減壓蒸餾處理制備了醇酸樹脂/農(nóng)藥(非水溶性農(nóng)藥,如辛硫磷、氯吡硫磷等)納米乳劑,其中非水溶性農(nóng)藥、醇酸樹脂和水的質(zhì)量比為(0.01～25)∶(9.99～49.99)∶(50～90)。該納米乳劑中載藥微粒的水合粒徑為30～250 nm,載藥量為0.01%～50%,包封率不低于90%,制備的納米乳劑具備良好的分散性和穩(wěn)定性,其葉面附著性好、持效期長(zhǎng)、生物利用率高,同時(shí)具有緩控釋性能,且載體可生物降解、綠色環(huán)保、安全高效。Heydari等利用高能超聲工藝制備了以野生薄荷油為油相、非離子表面活性劑(Tween-80)和水組成的O/W型納米乳劑,采用了多元線性回歸方法估計(jì)所選因素的模型系數(shù),最終推斷出納米乳劑的制備主要取決于表面活性劑和精油的使用含量,優(yōu)化后的配方為體積分?jǐn)?shù)1%的薄荷精油和體積分?jǐn)?shù)3%的非離子表面活性劑(Tween-80)。除此之外,他們對(duì)納米乳劑的穩(wěn)定性進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)1年時(shí)間的測(cè)試,發(fā)現(xiàn)所有配方的納米乳劑均具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性,通過生物測(cè)定發(fā)現(xiàn),制備的納米乳劑對(duì)棉蚜具有較高的觸殺毒性。

Feng等采用低能乳化法制備了阿維菌素O/W型納米乳劑,通過改變表面活性劑的類型和濃度,研究了HLB值和表面活性劑用量對(duì)納米乳劑形成和穩(wěn)定性的影響,最終確定最佳配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為2%阿維菌素和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%蓖麻油聚氧乙烯醚(EL-40)溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.5%碳?xì)浠衔锶軇?S-200)中,用去離子水補(bǔ)足至100%；由該配方制備的阿維菌素納米乳劑表現(xiàn)出較小的動(dòng)態(tài)接觸角,從而具有良好的潤(rùn)濕性和擴(kuò)散性；與阿維菌素乳油(EC)和微乳液(ME)相比,阿維菌素納米乳劑對(duì)小菜蛾3齡幼蟲的LC50值最低(0.0686 mg/L),不僅提高了殺蟲活性,且對(duì)樹狀突細(xì)胞毒性較低。關(guān)文勛等利用阿維菌素的2個(gè)活性羥基,連續(xù)與丙烯酰氯、四乙烯五胺和琥珀酸酐反應(yīng),制備了帶有酯鍵并對(duì)藥物親和性高的乳化劑前體,進(jìn)一步制備出阿維菌素納米乳劑(圖5)。

圖5 乳化劑前體的合成工藝方法

納米乳劑的粒徑可以通過改變?nèi)橐狠d藥量或乳化劑中和程度(乳化劑與三乙醇胺的比例)來調(diào)節(jié)。當(dāng)n(乳化劑)∶n(三乙醇胺)=1∶12時(shí),平均粒徑小于100 nm,PDI值也明顯減小。隨著載藥量的逐漸增大,乳液的平均粒徑和PDI值也逐漸增大。所制備的阿維菌素納米乳劑具有耐光解、低表面張力和高的葉面親和性。在酯酶存在或強(qiáng)堿性條件下,乳化劑的酯鍵發(fā)生水解,從而促進(jìn)阿維菌素從顆粒中的釋放,其LC50值小于阿維菌素乳油的LC50值,故殺蟲效果優(yōu)于乳油劑型。Ya-Ali等通過兩段均質(zhì)法制備防控四紋豆象Callosobruchus maculatus的塔斯馬尼亞藍(lán)膠(Tasmanian blue gum)精油納米乳劑,分別以阿拉伯膠與Tween-80為表面活性劑和以Span-80與Tween-80為表面活性劑制備了兩種納米乳劑,二者均能使精油的穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。此外,精油在納米制劑中的殺蟲效果明顯大于其直接使用的殺蟲效果。Mossa等首次通過超聲乳化法處理35 min制備了平均粒徑為93.4 nm大蒜精油納米乳劑,乳化液滴尺寸大小、穩(wěn)定性與乳化時(shí)間、大蒜油和Tween-80的比例有關(guān)。該納米乳劑對(duì)兩種類型的橄欖螨A. Oleae和T. Hassani均有較高的殺螨活性,其LC50值分別為298.225和309.634μg/mg,且對(duì)大鼠等哺乳動(dòng)物無毒。唐仕等通過乳化相轉(zhuǎn)變法制備了O/W型聯(lián)苯菊酯納米乳劑,納米乳劑體系的顆粒為球形,粒徑主要分布在25～30 nm,在石蠟表面的接觸角小于90°,表面張力低于40 mN/m,潤(rùn)濕性、乳化性以及穩(wěn)定性好,提高了聯(lián)苯菊酯的利用率。

3.2 殺菌劑

植物病害化學(xué)防治的策略包含預(yù)防為主、綜合防治和科學(xué)用藥3個(gè)方面的核心內(nèi)容,其中預(yù)防為主的策略就是要堅(jiān)持在病原菌侵染之前或侵染后的早期使用殺菌劑,把病害的發(fā)生控制在較低水平,充分發(fā)揮化學(xué)防治的效果和延緩抗藥性群體的形成。要達(dá)到預(yù)防的目的,藥劑就要均勻地施用于寄主植物或器官上,使植物表面形成一層藥膜,進(jìn)而阻止病菌侵染。將水溶性差的殺菌劑制備成納米乳劑體系不僅可以提高其溶解度,還可以降低表面張力,增強(qiáng)在植物表面的潤(rùn)濕性,從而大大提高農(nóng)藥對(duì)葉片的附著力,提高防治效果。

Yang等使用高壓微射流制備了丁香酚、香芹酚和桂皮醛O/W型納米乳劑。以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的Tween-80去離子水溶液為水相,以m(丁香酚)∶m(香芹酚)∶m(肉桂醛)=1∶1∶1的混合物為油相,按m(油相)∶m(水相)=1∶9混合制備出O/W型納米乳劑。結(jié)果表明：所制備的納米乳劑粒徑均一,具有良好的離心穩(wěn)定性,其最低抑菌濃度(MIC,0.125 mg/mL)和最低殺菌劑濃度(MFC,0.25 mg/mL)值均具有顯著的抑菌效果；經(jīng)該納米乳劑處理后,青霉Penicillium digitatum孢子萌發(fā)受到明顯抑制,菌絲形態(tài)發(fā)生劑量依賴性改變,細(xì)胞膜通透性發(fā)生改變。此外,用該納米乳劑進(jìn)行涂膜處理,可降低柑橘果實(shí)腐爛率、失重率和呼吸速率；同時(shí)可溶性固形物、維生素C和可滴定酸含量降解延遲,抗氧化酶活性在采后貯藏過程中也明顯升高。王泊理通過高壓均質(zhì)法結(jié)合納米粒子包埋技術(shù)制得含三氟咪啶酰胺和氟吡菌酰胺的納米乳劑。通過乳化劑的篩選和優(yōu)化,最終確定乳化劑由硬脂酸鉀和甲基葡萄糖苷倍半硬酯酸酯按2.5∶1～4∶1的質(zhì)量比組成。制備的納米乳劑分散均勻,穩(wěn)定性好,能達(dá)到長(zhǎng)效緩釋的效果,對(duì)線蟲的防治有明顯的增效作用,既可以減少農(nóng)藥使用量,又可以減緩抗性,有利于節(jié)省農(nóng)藥成本、減輕對(duì)環(huán)境的污染。Ali等通過自發(fā)乳化法先制備出O/W型印楝油初乳液與O/W型香茅油初乳液,發(fā)現(xiàn)表面活性劑與印楝油或香茅油比值的增加會(huì)導(dǎo)致粒徑尺寸的減小,最終確定油、表面活性劑和蒸餾水制備初乳劑的最佳質(zhì)量比例為0.50∶1∶8.50,再進(jìn)一步制備添加不同比例香茅油的印楝納米乳劑,其粒徑在(11.23±3.86)nm和(17.80±4.52)nm之間,添加不同比例印楝油的香茅油納米乳劑,其粒徑在(8.12±2.80)nm和(12.04±3.74)nm之間。此外,通過對(duì)水稻紋枯病菌Rhizoctonia solani和白絹病菌Sclerotium rolfsii進(jìn)行離體抗真菌試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)NNE10(印楝油初乳液+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%香茅油)與CNE10(香茅油初乳液+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%印楝油)的活性最強(qiáng)。

Septiyanti等通過高能乳化法制備了具有抗菌活性的丁香酚和長(zhǎng)星花Isotoma longiflora提取物混合的納米乳劑,研究了不同HLB(5～7)、不同的Span-85和Tween-80比例下丁香酚與長(zhǎng)星花提取物配伍的納米乳劑的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示：最穩(wěn)定配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為99%丁香酚與1%長(zhǎng)星花提取物,表面活性劑為60%Span-85和40%Tween-80組合,溶劑為乙醇(比例1∶5),采用該配方制備的納米乳劑粒徑為(288.7±9.2)nm,PDI為0.339±0.055。Nandini等通過超聲乳化法制備了以木霉膜質(zhì)、非離子表面活性劑Tween-80和水等為原料的納米乳劑,得到的粒徑在5～51 nm之間；通過分析木霉膜質(zhì)納米乳劑對(duì)珍珠栗種子生長(zhǎng)參數(shù)和誘導(dǎo)珍珠栗霜霉病抗病性的影響發(fā)現(xiàn),納米乳種子能引發(fā)顯著自我保護(hù)和提高早期防御基因的表達(dá)水平。表明新型納米乳劑配方所提供的保護(hù)是系統(tǒng)性和持久的,這為防治卵菌病害提供了一種新的可持續(xù)方法。Kumari等以天然皂苷為表面活性劑通過超聲法制備了穩(wěn)定百里香酚的納米乳劑(圖6)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與10、20、30和40 min的超聲處理相比,50 min的超聲處理可得到更為穩(wěn)定的納米乳劑,液滴平均粒徑為(274±2)nm(圖7),PDI為0.1,zeta電位為‒31 mV,表明超聲時(shí)間可大大影響納米乳劑的粒徑、尺寸分布以及穩(wěn)定性；所制備的百里酚納米乳劑具有顯著的抗菌作用和促進(jìn)植物生長(zhǎng)活性,能穩(wěn)定貯存3個(gè)月。該研究結(jié)果也證明,納米乳劑可用于提高脂溶性原藥的有效輸送和高效的生物利用度。

圖6 百里香酚納米乳劑的假設(shè)模型

圖7 百里香酚納米乳劑在40000×(a)與80000×(b)下的Cryo-FESEM圖

Pongsumpun等通過響應(yīng)曲面法(RSM)測(cè)定了制備肉桂精油納米乳劑最佳的配方和超聲波條件。最終確定了采用超聲探針(功率400 W,24 kHz)在超聲時(shí)間為266 s、溫度為4.82℃、Tween-80質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)得到的肉桂精油納米乳劑性能最佳,平均粒徑為65.98 nm,PDI為0.15,黏度為1.67 mPa.s；在4、30和45℃下保存90 d,該納米乳劑在粒徑和PDI方面均具有良好的穩(wěn)定性；與肉桂精油相比,肉桂精油納米乳劑對(duì)黑曲霉、根霉、青霉等具有更好的抗真菌活性。Pandey等以去離子水作為水相,以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的薄荷油與5%的Tween-80混合物作為油相,通過高能超聲法制備了薄荷油納米乳劑,液滴呈球形,平均粒徑小于100nm,其對(duì)番茄早疫病Alternaria solani的防治效果優(yōu)于與化學(xué)殺菌劑多菌靈。Long等通過超聲法制備了功能性大蒜油納米乳劑,用來防治意大利青霉菌Penicillium italicum。首先,通過對(duì)表面活性劑Tween-80和Span-80組合的篩選,確定制備大蒜油納米乳劑的最佳HLB值為14。然后,按照中心組合設(shè)計(jì)法制備了大蒜油納米乳劑,并通過測(cè)試不同制備參數(shù)對(duì)納米乳劑的穩(wěn)定性、抑菌活性和平均粒徑的影響,最終選出大蒜油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.5%、表面活性劑Tween-80和Span-80的混合質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、超聲時(shí)間為5 min、超聲功率300 W為最優(yōu)制備條件。該條件下制備的大蒜油納米乳劑粒徑最小,平均粒徑為52.27 nm,且抗菌活性最好,穩(wěn)定性最高,其對(duì)柑橘青霉的抑菌活性優(yōu)于大蒜素,制備成納米乳劑后大蒜素的MIC由3.7%變?yōu)?.013%,生物利用度提高約300倍。

Marei等首先通過高能超聲法把低分子質(zhì)量的殼聚糖和檸檬醛以不同比例混合,制備成粗乳液；再通過超聲乳化最終制備了殼聚糖/檸檬醛納米乳劑(圖8),PDI為0.508～0.614,粒徑為27～1,283 nm。殼聚糖和檸檬醛的質(zhì)量比不同會(huì)顯著影響乳劑粒徑的大小。當(dāng)殼聚糖與檸檬醛的質(zhì)量比為1.0∶0.1時(shí),納米乳劑的粒徑最小(平均液滴粒徑為27.0 nm),抗菌活性最高,其對(duì)胡蘿卜軟腐歐文氏菌Erwinia carotovora、黑曲霉菌Aspergillus niger和匍枝根霉菌Rhizopus stolonifer的EC50值分別為23、278和221 mg/L。Abd-Elsalam等通過高能超聲法制備了由水、Tween-20和丁香酚油組成的納米乳劑,用于防治棉花枯萎病。在透射電鏡下顯示,丁香酚油納米乳劑呈球形,液滴的平均粒徑為80 nm。在室溫(25℃)下,納米乳劑的物理穩(wěn)定性可達(dá)30 d以上。生物測(cè)定結(jié)果表明,丁香酚納米乳劑對(duì)棉花枯萎病菌Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum具有明顯的抑制作用。

圖8 殼聚糖/檸檬醛納米乳劑的制備示意圖

3.3 除草劑

隨著植物生理、生化技術(shù)、化工合成等領(lǐng)域的發(fā)展,除草劑發(fā)展也十分迅速,與其他農(nóng)藥一樣,除草劑高頻率、高劑量地使用,會(huì)伴隨產(chǎn)生許多不利的影響,諸如除草劑對(duì)環(huán)境的污染、對(duì)當(dāng)茬或后茬作物的藥害、作物上的殘留、雜草的抗藥性等。近年來抗藥性雜草種群的蔓延以及藥害問題,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來較大的影響。通過前人的研究發(fā)現(xiàn),把除草劑加工成納米乳劑可以增強(qiáng)除草劑在雜草中的滲透性,進(jìn)而提高除草活性,減少農(nóng)藥的使用量。在農(nóng)藥減施增效的大背景下,納米乳劑有望在除草劑綠色防控與精準(zhǔn)除草方面發(fā)揮重大作用。

Lim等制備了草甘膦異丙胺鹽納米乳劑,粒徑小于200 nm,已被證明能增強(qiáng)藥物在給藥系統(tǒng)中的滲透性。對(duì)制備的納米乳劑生物活性研究,發(fā)現(xiàn)在匍匐狐貍草(creeping foxglove,2.9～3.5 ng/cm2)、細(xì)長(zhǎng)紐扣雜草(slender button weed,2.6～2.9 ng/cm2)和水牛草(buffalo grass,1.8～2.4 ng/cm2)上的沉積量顯著低于朗達(dá)普(Roundup,市售商品,3.7～5.1 ng/cm2),但在處理后14 d后,納米乳劑處理的雜草損傷率與朗達(dá)普相當(dāng),其防控范圍為86.67%～96.67%。由此推測(cè),具有相同損傷率的噴霧沉積量的顯著差異可歸因于納米乳劑生物活性的增強(qiáng)。Zainuddin等通過高能乳化法制備了棕櫚油負(fù)載銀膠菊粗提取物的納米乳劑。首先,利用混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)其進(jìn)行配方優(yōu)化,確定最佳配方組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為棕櫚油為30.91%、混合表面活性劑(Tensiofix與Tween-80的質(zhì)量比值為8∶2)28.48%、水28.32%和銀膠菊粗提取物12.29%。在最優(yōu)條件下,得到的納米乳劑粒徑為140.10 nm,其在離心和不同貯藏條件下(25℃±5℃和45℃)均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性(無相分離)；在離體萌發(fā)試驗(yàn)中,與銀膠菊粗提取物(10 g/L)相比,銀膠菊納米乳劑在較低質(zhì)量濃度下(5 g/L)即可對(duì)聚角草種子有完全抑制作用。Balah等首先分別制備了野生型百里香精油、栽培型百里香精油以及馬喬蓮精油的粗乳液；然后通過添加助表面活性劑及經(jīng)過多次渦旋和超聲處理后得到了相應(yīng)的呈透明或半透明狀的納米乳劑,粒徑分別為12.0、22.4和5.3 nm,除草活性測(cè)試結(jié)果表明,馬喬蓮精油納米乳劑對(duì)田旋花表現(xiàn)出較強(qiáng)的除草活性。這表明納米乳劑在多年生雜草防治上具有一定的應(yīng)用前景。

3.4 其他

除了在殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等有較多應(yīng)用之外,納米乳劑在農(nóng)藥其他方面也有所應(yīng)用,如植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑具有天然激素生理活性,是用于調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的一類農(nóng)藥,具有用量小、效益高、毒性低和殘留少等優(yōu)勢(shì)。納米乳劑在植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑中的應(yīng)用研究報(bào)道較少,但納米乳劑較好的潤(rùn)濕性、滲透性、環(huán)境友好性以及緩釋增效等特點(diǎn),可有效提高農(nóng)藥利用率,給納米乳劑在植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑上的應(yīng)用提供了廣闊的前景。Surendhiran等通過高壓均質(zhì)法,在不同高壓均質(zhì)條件下制備了原料為甲基纖維素(可降解聚合物)、維生素E和表面活性劑Tween-80的納米乳劑,發(fā)現(xiàn)在40,000 MPa下所制備的納米乳劑的粒徑最小,為157.5 nm；用不同濃度的甲基纖維素納米乳劑對(duì)種子進(jìn)行浸泡處理,發(fā)現(xiàn)40mL/kg納米乳劑包衣種子具有較高的吸脹率、出苗速度、發(fā)芽和活力指數(shù)。

表1 納米乳劑在農(nóng)藥上的應(yīng)用實(shí)例

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總結(jié)與展望

納米農(nóng)藥具有納米尺寸、低表面張力、高滲透性等優(yōu)點(diǎn),可以提高藥效,改善農(nóng)藥活性成分的穩(wěn)定性,促進(jìn)對(duì)靶沉積,減少有效成分的流失,提高農(nóng)藥利用率。利用納米技術(shù)制備出高效、安全、低殘留的納米農(nóng)藥已成為綠色農(nóng)藥創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢(shì)。針對(duì)水溶性差甚至疏水性農(nóng)藥可制備成納米乳劑,有利于提高難溶藥物的溶解度從而實(shí)現(xiàn)活性成分的有效輸送。除此之外,配合特殊的表面活性劑以及制備工藝,還可以使一些易光解農(nóng)藥耐光解,且起到緩釋作用,具有減少農(nóng)藥的施藥次數(shù)、提高農(nóng)藥的持效期、減少對(duì)環(huán)境的污染以及降低對(duì)非靶標(biāo)生物的危害等優(yōu)點(diǎn)。在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出農(nóng)藥零增長(zhǎng)行動(dòng)方案的背景下,開發(fā)出提高藥效與控制釋放相結(jié)合的功能化、智能化納米乳劑,使農(nóng)藥的釋放劑量與病蟲害防治劑量需求基本一致,是當(dāng)前提高農(nóng)藥利用率、降低環(huán)境污染的一個(gè)重要且有前景的發(fā)展方向。

目前,國內(nèi)外針對(duì)納米乳劑農(nóng)藥的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,同時(shí)也存在一系列問題亟待解決。筆者對(duì)國內(nèi)外農(nóng)藥納米乳劑載藥體系的構(gòu)建進(jìn)行了綜述,但是同為納米級(jí)別的劑型,納米乳劑與微乳劑之間的界限目前還存在較大爭(zhēng)議。如前人研究所言,微乳劑是熱力學(xué)穩(wěn)定體系,且制備方法簡(jiǎn)單,只需簡(jiǎn)單攪拌即可形成。而納米乳劑是熱力學(xué)亞穩(wěn)定狀態(tài),其制備方法有高能法與低能法。除此之外,兩者的粒徑大小也有差異,微乳劑的粒徑一般界定為1～100 nm,而納米乳劑的粒徑范圍有較大爭(zhēng)議。有學(xué)者認(rèn)為納米乳劑的粒徑在20～500 nm之間,也有學(xué)者認(rèn)為其粒徑大小與微乳劑相當(dāng),目前國內(nèi)外研究人員制備的農(nóng)藥納米乳劑體系大多在20～500 nm之間。但筆者認(rèn)為納米乳劑在農(nóng)藥領(lǐng)域的田間應(yīng)用需要兌水稀釋,應(yīng)著重關(guān)注其兌水稀釋后的粒徑大小更為合適。有些納米乳劑體系出于增強(qiáng)其體系穩(wěn)定性等原因,研究人員可能會(huì)在配方中添加增稠劑如黃原膠等,筆者曾研究過加入黃原膠對(duì)納米乳劑體系粒徑的影響,結(jié)果是黃原膠的加入會(huì)明顯改變體系的粒徑大小以及PDI,但幾乎不影響兌水稀釋后的粒徑尺度。筆者認(rèn)為納米乳劑兌水稀釋后粒徑尺度范圍的規(guī)定要根據(jù)最佳生物效應(yīng)粒徑尺寸而定,可能并不是粒徑越小越好。但國內(nèi)外研究人員所構(gòu)建的農(nóng)藥納米乳劑載藥體系大多缺乏稀釋穩(wěn)定性數(shù)據(jù),所以稍有不足。

如上所言,討論納米乳劑與微乳劑實(shí)質(zhì)區(qū)別要結(jié)合行業(yè)領(lǐng)域從實(shí)際應(yīng)用去分析。如在醫(yī)藥領(lǐng)域,若靜脈注射給藥,當(dāng)藥物進(jìn)入到血液中會(huì)遇到稀釋以及溫度變化等情況,對(duì)于微乳劑而言,其對(duì)溫度以及稀釋敏感,當(dāng)溫度達(dá)到微乳劑穩(wěn)定的極限或藥物被稀釋導(dǎo)致油和表面活性劑的相對(duì)濃度降低,最終導(dǎo)致微乳體系被破壞,就會(huì)造成藥物在血管中沉淀。而納米乳劑對(duì)溫度不敏感且稀釋后仍保持穩(wěn)定,所以納米乳劑在注射給藥方面可發(fā)揮重要作用。在食品領(lǐng)域,納米乳劑體系的構(gòu)建多用于提高不穩(wěn)定物質(zhì)的穩(wěn)定性以及改善口感等,大多不需要兌水稀釋即可食用,所以從這個(gè)角度而言,區(qū)分微乳劑與納米乳劑的意義不大。在化妝品領(lǐng)域,其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景是皮膚涂抹透皮吸收,由于兩者皆具有納米級(jí)粒徑,都能顯著提高透皮吸收效果,所以無需區(qū)分微乳劑與納米乳劑的差異,更有些化妝品行業(yè)的相關(guān)綜述把納米乳劑與微乳劑混為一談。而在農(nóng)藥領(lǐng)域,納米乳劑與微乳劑的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景均需兌水稀釋,所以關(guān)注稀釋穩(wěn)定性對(duì)藥效的影響尤為重要。市場(chǎng)上許多高含量微乳劑存在稀釋后粒徑變大現(xiàn)象,甚至靜置幾小時(shí)后粒徑與水乳劑相當(dāng),大大失去了微乳劑本身的意義,所以關(guān)注納米乳劑與微乳劑稀釋穩(wěn)定性的差異對(duì)藥效尤為重要。除此之外,任何一種新劑型的出現(xiàn)都應(yīng)該有其優(yōu)勢(shì)所在。在倡導(dǎo)環(huán)保、綠色的大環(huán)境下,懸浮劑、水乳劑、微乳劑等水基化劑型逐步替代環(huán)境不友好的乳油,微乳劑由于納米尺度粒徑具有分散性好、藥效高等優(yōu)勢(shì),但配方中需要大量的表面活性劑,也對(duì)環(huán)境造成一定的污染,成為了微乳劑的一大缺陷。納米乳劑的出現(xiàn)應(yīng)改善微乳劑這一不足,大大降低表面活性劑用量,減少對(duì)環(huán)境的污染,這也應(yīng)該是區(qū)分納米乳劑與微乳劑的一個(gè)重要指標(biāo)。

綜上所述,微乳劑與納米乳劑實(shí)際應(yīng)用中最大的區(qū)別在于稀釋穩(wěn)定性(具體稀釋后的粒徑范圍應(yīng)根據(jù)最佳生物效應(yīng)粒徑尺寸而定)以及表面活性劑的用量。除此之外,農(nóng)藥納米乳劑的發(fā)展還存在其他因素的制約。從工業(yè)生產(chǎn)角度而言,納米乳劑的生產(chǎn)成本制約其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。高能制備方法所涉及的儀器比較昂貴,生產(chǎn)出的納米乳劑農(nóng)藥產(chǎn)品的售價(jià)勢(shì)必較高,不利于納米乳劑農(nóng)藥的推廣使用；從科研工作者的角度而言,配方中有機(jī)溶劑、表面活性劑的毒性也是需要考慮的因素,選擇無毒、綠色、價(jià)格低廉的有機(jī)溶劑和表面活性劑,是科研工作者需要努力的方向。除此之外,若使用低能乳化法同時(shí)還要降低表面活性劑的用量,就需要科研工作者篩選甚至制備出高效的表面活性劑品種；從靶標(biāo)生物角度而言,研究靶標(biāo)生物對(duì)納米乳劑農(nóng)藥的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)整個(gè)動(dòng)態(tài)過程存在一定困難。納米乳劑進(jìn)入靶標(biāo)生物體內(nèi)的互作機(jī)制、降解代謝變化等行為較為復(fù)雜,增加檢測(cè)難度,對(duì)分析納米乳劑的藥效、抗藥性發(fā)展、甚至小尺寸效應(yīng)是否帶來新的毒理學(xué)效應(yīng)等帶來挑戰(zhàn)。相信隨著科研工作者研究的不斷深入,農(nóng)藥納米乳劑會(huì)在制劑學(xué)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用,為農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展提供重要支撐。