纳米乳剂在农药范畴的利用研究停顿与前景展看
来源：《农药学学报》2022年第6期
做者：中国农业科学院动物庇护研究所 张航航 陈慧萍 曹冲 赵鹏跃 李凤敏 黄啟良 曹立冬*
农药是掌握有害生物危害的重要手段，通过先辈的剂型加工办法能够改进农药的利用性能，足够发扬农药有效成分的生物活性，进步农药操纵率。近年来，我国农药剂型的加工获得了长足开展，情况友好型新剂型逐步成为剂型加工的次要开展标的目的。水基化、粒性化和缓控释成为农药造剂开展支流，悬浮剂、水乳剂、微乳剂、水分离粒剂和微囊悬浮剂等多量新剂型也逐步进进到市场并占据重要地位。近年来，纳米手艺的迅猛开展为现代动物庇护开垦了新的利用前景。纳米标准的素材因其尺寸小、构造特殊而具有许多新的理化特征，如大比外表积、高反响活性、小尺寸效应和量子效应等。操纵纳米素材与手艺开展纳米农药新剂型，是利用范畴研究热点之一。操纵纳米素材与手艺构建纳米载药系统，可有效进步农药操纵率，降低农药残留与情况污染。
纳米乳剂是在外表活性剂等功用助剂感化下，将不溶于水的农药以纳米标准增溶于水中构成的乳状液体系体例剂。与微乳剂比拟，纳米乳剂处于热力学亚不变形态，具有更低的外表活性剂添加浓度，其量量分数一般为5%～10%（但低能量法造备的纳米乳剂往往需要大量的外表活性剂来不变液滴）。除此之外，纳米乳剂还削减有机溶剂的利用量，降低对情况带来的风险。纳米乳剂特有的理化特征可改进农药造剂性能，进步农药活性成分兑水利用时的分离性，产生低外表张力和较好的润湿性，进一步进步农药在靶标外表的附着、堆积和渗入。纳米乳剂中水包油或油包水微细液滴还能够对农药有效成分构成包裹层，供给更好的光降解庇护以及缓释增效的感化，可有效进步农药操纵率，从而削减农药的利用量。
纳米乳剂因其优良的特征遭到国表里研究人员的普遍存眷，目前已有大量研究人员对差别载药系统的纳米乳剂停止了造备以及研究。2019年，纳米农药被国际地道与利用化学结合会（IUPAC）评为将改动世界的十大化学新兴手艺之首，美国环保署（EPA）、欧盟以及结合国经济协做与开展组织（OECD）等国际组织和机构已经陆续发布了关于纳米农药消费、利用及平安性评判等方面的治理规则。在我国，截至目前，虽然还没有纳米乳剂农药剂型获得注销，但已有大量关于纳米乳剂载药系统的研究论文以及专利颁发，为推进我国农药减量提效、减量控害目标发扬重要感化。目前纳米乳剂已普遍利用于医药、石油、日用化工、农药等范畴，已有前人对纳米乳剂在医药、石油等范畴的利用停止了综述，而在农药范畴中相关综述较少，鉴于近年来农药纳米乳剂开展敏捷，笔者对纳米乳剂在农药范畴的利用停止综述，并对该范畴的开展前景停止展看，以期为纳米乳剂在农药中的利用供给参考和批示。
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农药纳米乳剂的构成
纳米乳剂配方次要由4部门构成：有效成分、溶剂或助溶剂、乳化剂或助乳化剂和水，一般是先将有效成分、溶剂或助溶剂、部门乳化剂或助乳化剂混合构成油相，部门乳化剂或助乳化剂与水混合构成水相，再停止混合加工即可构成纳米乳剂。存在于纳米乳剂系统中的两个不相容的相（油相和水相）被外表活性剂构成的界面分隔。纳米乳剂有3品种型：水包油（O/W）型、油包水（W/O）型（图1），以及双持续型（W/O型与O/W型之间的过渡形态，现实利用比力少）。当乳化剂亲水亲油平衡值（HLB）为7～18，亲水性强、亲油性弱时，一般会构成水O/W型乳状液，那也是农药中最常见的乳液类型。当乳化剂的HLB值为3～6，亲水性弱、亲油性强时，构成W/O型乳状液，那在农药中很少利用。双持续型纳米乳剂的任一部门油相在构成液滴被水持续相包抄的同时，与其他油滴一路构成持续相包抄介于油相中的水滴，因为外表活性物量构成的界面不竭颠簸，使双持续相纳米乳亦具有各向同性。双持续相构造中，水相与油相皆非球状，而类似于海绵状的构造。根据药物性量的差别，造备恰当类型的纳米乳剂。
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图1 差别类型纳米乳剂的构造
1.1 水相
水相与油相在乳化剂的感化下构成弯曲的油水界面膜，进而包裹农药活性成分。水量对纳米乳剂加工和贮存不变性影响较大，一般选用蒸馏水或往离子水。
1.2 油相
选用适宜的有机溶剂做为油相是纳米乳剂构成的关键部门之一，因为它与对农药活性成分的化解才能密切相关。例如：与十六烷等长链油比拟，当以花生油为油相时，纳米乳剂的构成更为困难。因为油在系统中的不溶性增加了纳米乳剂的不变性，为奥斯特瓦尔德（Ostwald）熟化供给了动力学障碍，而Ostwald熟化是纳米乳剂不不变的次要原因，是纳米乳剂破乳的次要机造。Ostwald熟化是指油在较小液滴中通过持续相向较大液滴的净输送。油的碳氢链长度越短，越有利于有机相更深进地穿进界面膜，纳米乳剂就越不变，但增长碳氢链则有助于增加对药物的化解性。因而，纳米乳剂油相的抉择，应连系药物的化解情状停止综合考虑。
纳米乳剂中溶剂油的抉择品种多样，具有丰富的生物学特征，其利用于纳米乳剂中能够进步细胞毒性、遗传毒性和对病原体的抗菌活性。此中差别化学成分的动物精油也会影响其对有害生物的生物行为。近年来，有研究发现，安尼樟精油（aniba essential oils）通过触发更多的核酸和卵白量的产生，可毁坏包罗黄曲霉、黑曲霉和茄病镰刀菌在内的8种动物病原菌的细胞膜。香菊油（asteriscus graveolens oil）可按捺引起枣树枯萎病的尖孢镰刀菌。黄荆精油（Vitex negundo essential oil）通过降低杂草的有丝团结指数和染色体畸变百分比对杂草产生毒性，可用来防治野燕麦和稗草。精油还因其具有挥发性合适熏蒸而被用于掌握虫豸。一些研究还发现，荷荷巴油（jojoba oil）浓度的增加会招致水稻象甲成虫灭亡率的上升。除此之外，在印楝油（neem oil）纳米乳剂和柑橘油（Citrus sinensis oil）纳米乳剂中利用较高的外表活性剂浓度后也会增加蚊子幼虫的灭亡率。由此可见，在农药造剂中不单单是农药有效成分对靶标生物有活性，其他成分也会有必然的影响。溶剂油的抉择除了能对农药有效成分起到化解感化之外，还有可能到达协同增效的效果，从而削减化学农药的用量，那也是农药纳米乳开展的标的目的之一。
1.3 乳化剂
纳米乳剂中的另一个重要成分是乳化剂，乳化剂可以降低外表张力，促使纳米乳剂的构成。乳化剂在系统中先在气液界面上定向摆列，即极性基的一端插进水相，非极性基的一端插进气相，构成单分子膜。当乳化剂的浓度到达临界胶束浓度（CMC）后，起头转移到溶液中，构成大量分子有序聚集体即胶束。在水包油系统的胶束中，乳化剂的疏水基聚集成胶束内核，亲水的极性基团构成胶束外层。乳化剂的浓度只要在临界胶束浓度以上才气实现乳化感化。
乳化剂次要有4品种型：阳离子型、阴离子型、两性离子型和非离子型。在配造农药纳米乳剂中，非离子外表活性剂凡是会被包裹到纳米乳剂中，是因为它们受pH和离子强度的影响较小。而关于阴离子外表活性剂而言，它能够与溶液之间发作黏合，那能够改动纳米乳剂的不变性和尺寸。除此之外，外表活性剂的抉择也与其HLB值有关。HLB值越高，表白外表活性剂在水中的化解度越高，那有利于农药造剂的O/W配方，反之，则有利于W/O配方。在造备动力学不变的纳米乳液时，外表活性剂的HLB值是要考虑的最重要的参数之一。
外表活性剂的添加量（量量分数）凡是在1.5%～10%之间，造备纳米乳剂时普及用量为5%。离子型外表活性剂的利用被认为改动了纳米乳剂中的静电电荷，从而招致低聚集。比照单一和复合外表活性剂对纳米乳剂构成的影响发现，混合外表活性剂可以产生更好的亲水-亲油平衡，加强外表活性剂层的柔韧性，并能在较高水平上分配到油水界面。研究还表白，非离子外表活性剂的混合不只能产心理想的HLB值，并且对纳米乳剂的不变性也有协同感化。
外表活性剂的存在降低了叶片的接触角，增加了叶片的润湿性。有研究表白，在农药造剂中利用较高浓度的外表活性剂，其实不能包管在叶片上有较好的接触角，因为外表活性剂的性量差别，更佳润湿面积和接触角可能会有所差别。恰当的外表活性剂含量能够构成更佳的粒径尺寸、不变性、黏度特征和抗菌活性，那些都是对现实消费利用有研究价值的。然而，在浓度十分高的情状下，过量的外表活性剂可能会产生毒性效应。为了更好地与带负电荷的动物叶片彼此感化，离子液体已被确定为造备带正电荷纳米乳剂系统的新型外表活性剂。叶片的吸附机造对纳米乳剂的造备性能有重要参考意义，以便更精准的适应大田消费利用。
1.4 助乳化剂
助乳化剂能够插进到乳化剂的界面膜中，降低界面张力，增大乳化剂的化解度，有利于不变纳米乳剂。抱负的助乳化剂可调剂乳化剂的HLB值，降低油水界面张力，使乳剂构成更小的液滴，从而进步纳米乳剂系统的不变性。此外，助乳化剂的抉择有时还决定纳米乳剂系统的毒性、药物动力学和药效学。其经常被用来做为乳化剂的填补，因为它们在胶束界面构造较弱的区域之间恰当地婚配，强化了界面膜。常用助乳化剂有乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇和聚甜油酯等。
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纳米乳剂的造备
纳米乳剂一般由有效成分、溶剂或助溶剂、乳化剂或助乳化剂和水构成。当油、乳化剂和助乳化剂被确定之后，根据组分的性量以及所造备的纳米乳剂类型，可绘造出准确可靠的伪三元相图来确定各个组分的比例。若配方构成及比例不当当，就不克不及很好地构成纳米乳剂。除此之外，纳米乳剂造备工艺也很重要，因为它能影响到所造备的纳米乳剂的粒径和性量，出格是纳米乳剂的不变性。现造备工艺次要分为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，通过机械安装供给强大的毁坏力来减小尺寸。高能乳化法有超声法、高压均量法和剪切搅拌法等。其次要缺点是仪器成本高，且产生的操做温度高，较高的温度有时不适用于不耐热农药活性成分的加工。
2.1.1 超声法
超声法（Ultrasonic emulsification method）是摘用探头超声仪，通过掌握超声的频次和时间调剂乳滴分离度，造备出差别粒径的纳米乳剂。在机械搅拌下，将油相加进到水相中，先造得粗乳液；然后在差别的超声振幅下对乳液停止短时间的超声处置，曲至得到具有抱负性能的纳米乳剂。一般超声时间越长，乳化液的动能越大，颗粒尺寸越小。同时，外表活性剂的疏水性越强‚所需超声的时间越长。与其他高能乳化法比拟，超声法所需的能量起码，但该手艺的一个严峻缺点是探头发热会产生铁屑并进进药液，从而引起污染，而且该办法只合适少量样品的造备。
2.1.2 高压均量法
高压均量法（High pressure homogenization method）是操纵高速均量机使粗乳液在高压下通过指定的阀门，在高压力的狭小空间内，通过高速碰击、剪切和空穴感化使油相和水相两相混合，造备得到粒径适宜的纳米乳剂。此办法高效且造备的纳米乳剂有优良的均一性，适用于工业消费，其不敷之处在于能耗大，且因为在消费过程中会产生较高的温度，所以倒霉于不耐热的农药活性成分的加工。
2.1.3 剪切搅拌法
剪切搅拌法（High-shear stirring method）是操纵高剪切均量乳化机特殊设想的转子和定子，在它们之间的小间隙处，通过电机的高速驱动使液滴高速活动产生剪切力，从而生成纳米乳剂。因为操做简单、能耗低，剪切搅拌法比高压均量法更具优势。剪切搅拌法能够很好的掌握粒径，且配方构成有多种抉择。
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，是操纵系统中各组分之间的内部彼此感化，通过助剂改动界面能来使乳滴自觉分离，从而构成纳米乳剂。那取决于乳化过程中外表活性剂的行为，减轻了造备过程中对农药活性成分的缺失。低能乳化法所消耗的能量比拟于高能乳化法要小的多，不只节能，并且还缩短冷却时间，从而进步了乳化的效率。低能乳化法利用普遍，有很大的开展前景。不外低能乳化法有时会受溶剂类型和可供利用的乳化剂品种的限造。低能乳化法次要包罗相改变温度法、相改变构成法、逐滴滴加法、自觉乳化法等。
2.2.1 相改变温度法
相改变温度法（Phase inversion temperature method，PIT）是操纵外表活性剂在水/油中的化解度随温度改变而改变，最末构成纳米乳剂的办法。它涉及从W/O到O/W乳状液通过中间双持续相的有序转化或相反转化。起首将水相和油相一次性混合，再操纵非离子型乳化剂在差别温度下的疏水性和亲水性差别而构成的差别的乳液。凡是那类乳化剂的疏水性跟着温度的升高而加强，当温度低于系统的相改变温度时，非离子型乳化剂亲水性加强，从而构成O/W型乳液；当温度高于系统的相改变温度时，乳液发作相反转，则酿成W/O型乳液。因为该办法需要改动系统温度，所以对温敏农药活性成分不克不及利用，响应的只适用于对温度灵敏的外表活性剂，如聚氧乙烯类外表活性剂。同时优良的水、油、外表活性剂和农药活性成分的互溶性是促进相变顺利停止的前提。此外，除了温度，其他参数如盐的浓度及pH值亦会对乳化产生影响。
2.2.2 相改变构成法
相改变构成法（Phase inversion composition method，PIC）是温度稳定，通过改动系统中水相和油相的构成而构成纳米乳剂。任何外表活性剂都能够利用于PIC法。乳液造备初始的系统为油相，之后把水相继续地加进到油相中，当油相过剩时即构成W/O型乳剂。之后跟着水相的继续添加，比例增大，外表活性剂的曲率（指弯曲水平的数值，曲率越大，表白弯曲水平越大）改动，水滴逐步聚结在一路，在相转化点时，外表活性剂会构成层状构造，此时的外表张力最小，有助于构成十分小的分离乳滴。在乳剂相转化点事后，跟着水相的进一步增加构成O/W型乳剂。关于相改变构成法，在恰当的温度、搅拌速度及滴加速度情状下，纳米乳剂粒径根本取决于乳化剂与油的比例。
2.2.3 逐滴滴加法
逐滴滴加法（Dropwise addition method）指温度必然的情状下，将乳液的内相逐步滴加到系统中，与PIC法操做类似，但是滴加的是内相，因而滴加过程中系统不会发作相反转，最末能造得内相含量很低的纳米乳剂。
2.2.4 自觉乳化法
自觉乳化法（Spontaneous emulsification method）是将油相加进到水相中，足够混合后，再颠末减压蒸馏往除有机溶剂，构成纳米乳剂。那是一种由溶剂或外表活性剂的快速扩散而引发的组分之间的彼此感化，该过程不改动系统中外表活性剂的曲率。在造备过程中，因油相和外表活性剂的浓度差别可生成基于外表活性剂、水和油3个组分的三元相图。三元相图所示的各向同性区域表达配方的各类组合。相图中所有能够构成纳米乳剂的区域中，抉择外表活性剂浓度最小的点为更佳配方。油相和外表活性剂的性量以及油相与水相的混溶性等均会影响自乳化的过程，差别的系统会通过差别的机造构成纳米乳剂。除此之外，油的黏度、外表活性剂的HLB值和油相与水相的混溶性等是决定自觉乳化法造备纳米乳剂量量的重要因素。自觉乳化法操做简单、经济适用，但也有必然局限性，好比它要求油的含量低（一般是1%）、化解油相的溶剂能够以任何比例与水混溶、油相中的溶剂可以除往等。
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纳米乳剂的利用
3.1 杀虫剂
杀虫剂在我国农药利用所占份额更大，高达38%，但是杀虫剂在防治农做物虫害中却存在一系列问题。起首，农药利用者在传统农药″除虫务尽″的害虫防治思惟影响下，大多抉择广谱、高效的农药品种，招致其在杀死靶标生物的同时对非靶标生物也形成了差别水平的损害。除此之外，因为杀虫剂的持效期短，有些农药利用者为到达抱负的防治效果，随意加大用药量、肆意增加施药次数，最末招致农药残留严峻超标，同时加速了害虫抗药性的产生。别的，杀虫剂的许多剂型对害虫体壁的穿透效果欠安，从而影响药效的发扬，虽然乳油剂型对蜡量层较厚的虫豸体壁穿透效果较好，但却存在情况不友好、易产生药害等缺点。纳米乳剂在杀虫剂上的利用可有效应对上述挑战，它的小尺寸以致外表积增加，加强了纳米杀虫剂对幼虫的渗入性，进步了其成效。有些纳米乳剂还具有缓释性，可有效耽误杀虫剂的持效期，而且对非靶标生物毒性大大降低。
Nisha等利用超声乳化法造备了蓖麻油O/W型纳米乳剂，用于防治疟疾载体库态按蚊Anopheles culicifacies，发现当蓖麻油含量（量量分数，下同）为10%、丙二醇为5%、外表活性剂Tween-80为14%、Span-20为4%以及蒸馏水为67%时，所造备出的纳米乳剂性能优良，均匀粒径为114 nm，多分离度指数（PDI）为0.2，多分离度较低，表白所造备的纳米乳剂具有持久不变性。此外，该蓖麻油纳米乳剂对库态按蚊的LC50值为3.4 mg/L，活性优于通俗乳液的52.31 mg/L，那是因为纳米乳剂的小尺寸招致其总外表积增加，其对幼虫的渗入加强，进步了杀虫成效。Mishra等通过超声乳化法在造备氯菊酯O/W纳米乳剂时，将氯菊酯化解于十烷酸甲酯等有机溶剂中做为有机相，以乳化剂（Tween-80）和超纯水的混合物做为水相，经组合试验发现，当有机相和水相的最末量量比为1∶3时，所造备的纳米乳剂均匀粒径和zeta电位别离为（12.4±1.13）nm和（−20.4±0.56）mV，其在外部情况中的不变时间为4 d，表示更佳。此外，在灭蚊浓度下其对非靶标生物，如斑马鱼的平安性较高。
为了防治储粮害虫赤拟谷盗Tribolium castaneum Herbst，Pant等通过低能乳化法，以量量分数（下同）为60%的卡兰贾树与麻风树凝胶的水滤液做为水相，以12%丙二醇、10%桉树油以及15%Tween-80做为油相造备了O/W纳米乳剂，均匀粒径77 nm；同时发现用60%的卡兰贾树与麻风树凝胶的水滤液取代蒸馏水做为水相，可使桉树油的保量期耽误，且造备的纳米乳剂的均匀粒径显著降低，含滤液与不含滤液的纳米乳剂对赤拟谷盗的LC50值别离为0.1646和5.4872 mg/L，前者大大进步了对靶标害虫的生物活性。He等起首合成了动物油基醇酸树脂（AR），再用原位反相乳化法造备了高效氯氟氰菊酯/醇酸树脂（LC/AR）纳米乳剂（图2），并研究了其性能。成果表白，LC/AR纳米乳剂的粒径为50～150 nm，更大载药量（量量分数）高达40.9%，包封率＞90%；通过室温贮存6个月、差别温度和离心体例等3个方面停止测试，发现其不变性优良。与LC贸易配方比拟，LC/AR纳米乳剂表示出更好的掌握释放特征，其释放遭到LC含量、温度以及pH值的影响。此外，因为其具有较低的外表张力，造备的纳米乳剂与叶片有更强的彼此感化，可看察到更强的黏附性。
图2 高效氯氟氰菊酯/醇酸树脂（LC/AR）纳米乳剂的造备示企图
Feng等用量量分数为30%的吡丙醚和6%的差别乳化剂化解于5%的烃类溶剂（S-100）中构成油相，先在磁力搅拌器上将往离子水滴进油相中，再在1,000 r/min下搅拌18 min，造备的吡丙醚纳米乳剂以用于防治家蝇。成果展现：以EL-20为乳化剂造备的吡丙醚纳米乳剂的外看平均，粒径最小，不变性更好（图3）；与其水乳剂和乳油比拟，吡丙醚纳米乳剂具有更耐久的防治效果；吡丙醚纳米乳剂具有较高的化蛹按捺率和100%成仙按捺率；在7和14 d时，吡丙醚纳米乳剂对蚯蚓（尝试动物）的LC50值别离为1,450.63和804.19 mg/kg，表白它们对蚯蚓的低急性毒性和情况友好性；吡丙醚纳米乳剂具有比水乳剂与乳油更低的细胞凋亡率（5.29%）。
Du等以月桂酸甲酯为油相，以烷基聚糖苷（APG）和聚氧乙烯-3-月桂醚醚（C12E3）为混合外表活性剂，构成了合适农药输送的生物相容性O/W型纳米乳剂。此外，他们还通过丈量差别时间间隔的液滴尺寸，系统研究了APG和C12E3量量比、油重分数和总外表活性剂量量分数对纳米乳剂液滴尺寸散布和不变性的影响，发现当APG和C12E3的量量比为6∶4时，所构成的纳米乳剂具有更低的液滴尺寸和较高的动力学不变性。在此根底上，他们将水不溶性农药β-氯氰菊酯（β-CP）掺进到两种优化的纳米乳剂系统中，动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）测定成果表白，β-CP的掺进对两种纳米乳剂的液滴尺寸（图4）和不变性无显著影响。含β-CP的纳米乳剂在稀释后虽然液滴尺寸增加，但在整个稀释过程中乳液平均连结不变，从接触角和动态外表张力丈量成果也能够看出稀释后的纳米乳剂在疏水外表具有优良的润湿和扩散性能。
图3 差别乳化剂造备的吡丙醚纳米乳剂在显微镜下的照片
图4 无β-氯氰菊酯（A和C）和载β-氯氰菊酯（B和D）纳米乳剂的透射电镜图
张红造备了聚氨酯负载非水溶性农药（如阿维菌素、高效氟氯氰菊酯等）的新型水性缓控释纳米乳剂，抉择聚氨酯为载体是因为其所具备的特殊的硬段与软段可构成微区构造、可构成氢键、原料易得等，最末造备的缓控释农药纳米乳剂中载药微粒的均匀水合粒径为20～300 nm，载药量可达60%，包封率不小于85%。乳剂系统不变性和分离性好，缓释性凸起，叶面堆积率高，农药活性高，药物流失率低，且载体可降解，对情况污染少，毒性低，平安、高效。覃和通过相反转和减压蒸馏处置造备了醇酸树脂/农药（非水溶性农药，如辛硫磷、氯吡硫磷等）纳米乳剂，此中非水溶性农药、醇酸树脂和水的量量比为（0.01～25）∶（9.99～49.99）∶（50～90）。该纳米乳剂中载药微粒的水合粒径为30～250 nm，载药量为0.01%～50%，包封率不低于90%，造备的纳米乳剂具备优良的分离性和不变性，其叶面附着性好、持效期长、生物操纵率高，同时具有缓控释性能，且载体可生物降解、绿色环保、平安高效。Heydari等操纵高能超声工艺造备了以野生薄荷油为油相、非离子外表活性剂（Tween-80）和水构成的O/W型纳米乳剂，摘用了多元线性回回办法估量所选因素的模子系数，最末揣度出纳米乳剂的造备次要取决于外表活性剂和精油的利用含量，优化后的配方为体积分数1%的薄荷精油和体积分数3%的非离子外表活性剂（Tween-80）。除此之外，他们对纳米乳剂的不变性停止了长达1年时间的测试，发现所有配方的纳米乳剂均具有持久不变性，通过生物测定发现，造备的纳米乳剂对棉蚜具有较高的触杀毒性。
Feng等摘用低能乳化法造备了阿维菌素O/W型纳米乳剂，通过改动外表活性剂的类型和浓度，研究了HLB值和外表活性剂用量对纳米乳剂构成和不变性的影响，最末确定更佳配方（量量分数）为2%阿维菌素和量量分数5%蓖麻油聚氧乙烯醚（EL-40）溶于量量分数7.5%碳氢化合物溶剂（S-200）中，用往离子水补足至100%；由该配方造备的阿维菌素纳米乳剂表示出较小的动态接触角，从而具有优良的润湿性和扩散性；与阿维菌素乳油（EC）和微乳液（ME）比拟，阿维菌素纳米乳剂对小菜蛾3龄幼虫的LC50值更低（0.0686 mg/L），不只进步了杀虫活性，且对树状突细胞毒性较低。关文勋等操纵阿维菌素的2个活性羟基，持续与丙烯酰氯、四乙烯五胺和琥珀酸酐反响，造备了带有酯键并对药物亲和性高的乳化剂前体，进一步造备出阿维菌素纳米乳剂（图5）。
图5 乳化剂前体的合成工艺办法
纳米乳剂的粒径能够通过改动乳液载药量或乳化剂中和水平（乳化剂与三乙醇胺的比例）来调剂。当n（乳化剂）∶n（三乙醇胺）=1∶12时，均匀粒径小于100 nm，PDI值也明显减小。跟着载药量的逐步增大，乳液的均匀粒径和PDI值也逐步增大。所造备的阿维菌素纳米乳剂具有耐光解、低外表张力和高的叶面亲和性。在酯酶存在或强碱性前提下，乳化剂的酯键发作水解，从而促进阿维菌素从颗粒中的释放，其LC50值小于阿维菌素乳油的LC50值，故杀虫效果优于乳油剂型。Ya-Ali等通过两段均量法造备防控四纹豆象Callosobruchus maculatus的塔斯马尼亚蓝胶（Tasmanian blue gum）精油纳米乳剂，别离以阿拉伯胶与Tween-80为外表活性剂和以Span-80与Tween-80为外表活性剂造备了两种纳米乳剂，二者均能使精油的不变性显著加强。此外，精油在纳米造剂中的杀虫效果明显大于其间接利用的杀虫效果。Mossa等初次通过超声乳化法处置35 min造备了均匀粒径为93.4 nm大蒜精油纳米乳剂，乳化液滴尺寸大小、不变性与乳化时间、大蒜油和Tween-80的比例有关。该纳米乳剂对两品种型的橄榄螨A. Oleae和T. Hassani均有较高的杀螨活性，其LC50值别离为298.225和309.634μg/mg，且对大鼠等哺乳动物无毒。唐仕等通过乳化相改变法造备了O/W型联苯菊酯纳米乳剂，纳米乳剂系统的颗粒为球形，粒径次要散布在25～30 nm，在白腊外表的接触角小于90°，外表张力低于40 mN/m，润湿性、乳化性以及不变性好，进步了联苯菊酯的操纵率。
3.2 杀菌剂
动物病害化学防治的战略包罗预防为主、综合防治和科学用药3个方面的核心内容，此中预防为主的战略就是要对峙在病原菌侵染之前或侵染后的早期利用杀菌剂，把病害的发作掌握在较低程度，足够发扬化学防治的效果和延缓抗药性群体的构成。要到达预防的目标，药剂就要平均地施用于寄主动物或器官上，使动物外表构成一层药膜，进而阻遏病菌侵染。将水溶性差的杀菌剂造备成纳米乳剂系统不只能够进步其化解度，还能够降低外表张力，加强在动物外表的润湿性，从而大大进步农药对叶片的附出力，进步防治效果。
Yang等利用高压微射流造备了丁香酚、香芹酚和桂皮醛O/W型纳米乳剂。以量量分数为2%的Tween-80往离子水溶液为水相，以m（丁香酚）∶m（香芹酚）∶m（肉桂醛）=1∶1∶1的混合物为油相，按m（油相）∶m（水相）=1∶9混合造备出O/W型纳米乳剂。成果表白：所造备的纳米乳剂粒径均一，具有优良的离心不变性，其更低抑菌浓度（MIC，0.125 mg/mL）和更低杀菌剂浓度（MFC，0.25 mg/mL）值均具有显著的抑菌效果；经该纳米乳剂处置后，青霉Penicillium digitatum胞子萌生遭到明显按捺，菌丝形态发作剂量依靠性改动，细胞膜通透性发作改动。此外，用该纳米乳剂停止涂膜处置，可降低柑橘果实腐朽率、失重率和唤吸速度；同时可溶性固形物、维生素C和可滴定酸含量降解延迟，抗氧化酶活性在摘后贮躲过程中也明显升高。王泊理通过高压均量法连系纳米粒子包埋手艺造得含三氟咪啶酰胺和氟吡菌酰胺的纳米乳剂。通过乳化剂的挑选和优化，最末确定乳化剂由硬脂酸钾和甲基葡萄糖苷倍半硬酯酸酯按2.5∶1～4∶1的量量比构成。造备的纳米乳剂分离平均，不变性好，能到达长效缓释的效果，对线虫的防治有明显的增效感化，既能够削减农药利用量，又能够减缓抗性，有利于节约农药成本、减轻对情况的污染。Ali等通过自觉乳化法先造备出O/W型印楝油初乳液与O/W型香茅油初乳液，发现外表活性剂与印楝油或香茅油比值的增加会招致粒径尺寸的减小，最末确定油、外表活性剂和蒸馏水造备初乳剂的更佳量量比例为0.50∶1∶8.50，再进一步造备添加差别比例香茅油的印楝纳米乳剂，其粒径在（11.23±3.86）nm和（17.80±4.52）nm之间，添加差别比例印楝油的香茅油纳米乳剂，其粒径在（8.12±2.80）nm和（12.04±3.74）nm之间。此外，通过对水稻纹枯病菌Rhizoctonia solani和白绢病菌Sclerotium rolfsii停止离体抗实菌试验，发现NNE10（印楝油初乳液+量量分数为5%香茅油）与CNE10（香茅油初乳液+量量分数为5%印楝油）的活性最强。
Septiyanti等通过高能乳化法造备了具有抗菌活性的丁香酚和长星花Isotoma longiflora提取物混合的纳米乳剂，研究了差别HLB（5～7）、差别的Span-85和Tween-80比例下丁香酚与长星花提取物配伍的纳米乳剂的不变性。成果展现：最不变配方（量量分数）为99%丁香酚与1%长星花提取物，外表活性剂为60%Span-85和40%Tween-80组合，溶剂为乙醇（比例1∶5），摘用该配方造备的纳米乳剂粒径为（288.7±9.2）nm，PDI为0.339±0.055。Nandini等通过超声乳化法造备了以木霉膜量、非离子外表活性剂Tween-80和水等为原料的纳米乳剂，得到的粒径在5～51 nm之间；通过火析木霉膜量纳米乳剂对珍珠栗种子生长参数和诱导珍珠栗霜霉病抗病性的影响发现，纳米乳种子能引发显著自我庇护和进步早期防备基因的表达程度。表白新型纳米乳剂配方所供给的庇护是系统性和耐久的，那为防治卵菌病害供给了一种新的可继续办法。Kumari等以天然皂苷为外表活性剂通过超声法造备了不变百里香酚的纳米乳剂（图6）。成果发现：与10、20、30和40 min的超声处置比拟，50 min的超声处置可得到更为不变的纳米乳剂，液滴均匀粒径为（274±2）nm（图7），PDI为0.1，zeta电位为‒31 mV，表白超声时间可大大影响纳米乳剂的粒径、尺寸散布以及不变性；所造备的百里酚纳米乳剂具有显著的抗菌感化和促进动物生长活性，能不变储存3个月。该研究成果也证明，纳米乳剂可用于进步脂溶性原药的有效输送和高效的生物操纵度。
图6 百里香酚纳米乳剂的假设模子
图7 百里香酚纳米乳剂在40000×（a）与80000×（b）下的Cryo-FESEM图
Pongsumpun等通过响应曲面法（RSM）测定了造备肉桂精油纳米乳剂更佳的配方和超声波前提。最末确定了摘用超声探针（功率400 W，24 kHz）在超声时间为266 s、温度为4.82℃、Tween-80量量分数为3%时得到的肉桂精油纳米乳剂性能更佳，均匀粒径为65.98 nm，PDI为0.15，黏度为1.67 mPa·s；在4、30和45℃下保留90 d，该纳米乳剂在粒径和PDI方面均具有优良的不变性；与肉桂精油比拟，肉桂精油纳米乳剂对黑曲霉、根霉、青霉等具有更好的抗实菌活性。Pandey等以往离子水做为水相，以量量分数为10%的薄荷油与5%的Tween-80混合物做为油相，通过高能超声法造备了薄荷油纳米乳剂，液滴呈球形，均匀粒径小于100nm，其对番茄早疫病Alternaria solani的防治效果优于与化学杀菌剂多菌灵。Long等通过超声法造备了功用性大蒜油纳米乳剂，用来防治意大利青霉菌Penicillium italicum。起首，通过对外表活性剂Tween-80和Span-80组合的挑选，确定造备大蒜油纳米乳剂的更佳HLB值为14。然后，根据中心组合设想法造备了大蒜油纳米乳剂，并通过测试差别造备参数对纳米乳剂的不变性、抑菌活性和均匀粒径的影响，最末选出大蒜油量量分数为5.5%、外表活性剂Tween-80和Span-80的混合量量分数为10%、超声时间为5 min、超声功率300 W为更优造备前提。该前提下造备的大蒜油纳米乳剂粒径最小，均匀粒径为52.27 nm，且抗菌活性更好，不变性更高，其对柑橘青霉的抑菌活性优于大蒜素，造备成纳米乳剂后大蒜素的MIC由3.7%变成0.013%，生物操纵度进步约300倍。
Marei等起首通过高能超声法把低分子量量的壳聚糖和柠檬醛以差别比例混合，造备成粗乳液；再通过超声乳化最末造备了壳聚糖/柠檬醛纳米乳剂（图8），PDI为0.508～0.614，粒径为27～1,283 nm。壳聚糖和柠檬醛的量量比差别会显著影响乳剂粒径的大小。当壳聚糖与柠檬醛的量量比为1.0∶0.1时，纳米乳剂的粒径最小（均匀液滴粒径为27.0 nm），抗菌活性更高，其对胡萝卜软腐欧文氏菌Erwinia carotovora、黑曲霉菌Aspergillus niger和匍枝根霉菌Rhizopus stolonifer的EC50值别离为23、278和221 mg/L。Abd-Elsalam等通过高能超声法造备了由水、Tween-20和丁香酚油构成的纳米乳剂，用于防治棉花枯萎病。在透射电镜下展现，丁香酚油纳米乳剂呈球形，液滴的均匀粒径为80 nm。在室温（25℃）下，纳米乳剂的物理不变性可达30 d以上。生物测定成果表白，丁香酚纳米乳剂对棉花枯萎病菌Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum具有明显的按捺造用。
图8 壳聚糖/柠檬醛纳米乳剂的造备示企图
3.3 除草剂
跟着动物心理、生化手艺、化工合成等范畴的开展，除草剂开展也非常敏捷，与其他农药一样，除草剂高频次、高剂量地利用，会陪伴产生许多倒霉的影响，诸如除草剂对情况的污染、对当茬或后茬做物的药害、做物上的残留、杂草的抗药性等。近年来抗药性杂草种群的蔓延以及药害问题，给农业消费带来较大的影响。通过前人的研究发现，把除草剂加工成纳米乳剂能够加强除草剂在杂草中的渗入性，进而进步除草活性，削减农药的利用量。在农药减施增效的大布景下，纳米乳剂有看在除草剂绿色防控与精准除草方面发扬严重感化。
Lim等造备了草甜膦异丙胺盐纳米乳剂，粒径小于200 nm，已被证明能加强药物在给药系统中的渗入性。对造备的纳米乳剂生物活性研究，发如今蒲伏狐狸草（creeping foxglove，2.9～3.5 ng/cm2）、细长纽扣杂草（slender button weed，2.6～2.9 ng/cm2）和水牛草（buffalo grass，1.8～2.4 ng/cm2）上的堆积量显著低于朗达普（Roundup，市售商品，3.7～5.1 ng/cm2），但在处置后14 d后，纳米乳剂处置的杂草损伤率与朗达普相当，其防控范畴为86.67%～96.67%。由此揣度，具有不异损伤率的喷雾堆积量的显著差别可回因于纳米乳剂生物活性的加强。Zainuddin等通过高能乳化法造备了棕榈油负载银胶菊粗提取物的纳米乳剂。起首，操纵混合尝试设想法对其停止配方优化，确定更佳配方构成（量量分数）为棕榈油为30.91%、混合外表活性剂（Tensiofix与Tween-80的量量比值为8∶2）28.48%、水28.32%和银胶菊粗提取物12.29%。在更优前提下，得到的纳米乳剂粒径为140.10 nm，其在离心和差别贮躲前提下（25℃±5℃和45℃）均表示出优良的不变性（无相别离）；在离体萌生试验中，与银胶菊粗提取物（10 g/L）比拟，银胶菊纳米乳剂在较低量量浓度下（5 g/L）即可对聚角草种子有完全按捺造用。Balah等起首别离造备了野生型百里香精油、培育提拔型百里香精油以及马乔莲精油的粗乳液；然后通过添加助外表活性剂及颠末屡次涡旋和超声处置后得到了响应的呈通明或半通明状的纳米乳剂，粒径别离为12.0、22.4和5.3 nm，除草活性测试成果表白，马乔莲精油纳米乳剂对田旋花表示出较强的除草活性。那表白纳米乳剂在多年生杂草防治上具有必然的利用前景。
3.4 其他
除了在杀虫剂、杀菌剂、除草剂等有较多利用之外，纳米乳剂在农药其他方面也有所利用，如动物生长调剂剂。动物生长调剂剂具有天然激素心理活性，是用于调剂动物生长发育的一类农药，具有用量小、效益高、毒性低和残留少等优势。纳米乳剂在动物生长调剂剂中的利用研究报导较少，但纳米乳剂较好的润湿性、渗入性、情况友好性以及缓释增效等特征，可有效进步农药操纵率，给纳米乳剂在动物生长调剂剂上的利用供给了宽广的前景。Surendhiran等通过高压均量法，在差别高压均量前提下造备了原料为甲基纤维素（可降解聚合物）、维生素E和外表活性剂Tween-80的纳米乳剂，发如今40,000 MPa下所造备的纳米乳剂的粒径最小，为157.5 nm；用差别浓度的甲基纤维素纳米乳剂对种子停止浸泡处置，发现40mL/kg纳米乳剂包衣种子具有较高的吸胀率、出苗速度、抽芽和活力指数。
表1 纳米乳剂在农药上的利用实例
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总结与展看
纳米农药具有纳米尺寸、低外表张力、高渗入性等长处，能够进步药效，改进农药活性成分的不变性,促进对靶堆积，削减有效成分的流失,进步农药操纵率。操纵纳米手艺造备出高效、平安、低残留的纳米农药已成为绿色农药立异开展的一定趋向。针对水溶性差以至疏水性农药可造备成纳米乳剂，有利于进步难溶药物的化解度从而实现活性成分的有效输送。除此之外，共同特殊的外表活性剂以及造备工艺，还能够使一些易光解农药耐光解，且起到缓释感化，具有削减农药的施药次数、进步农药的持效期、削减对情况的污染以及降低对非靶标生物的危害等长处。在农业农村部提出农药零增长动作计划的布景下，开发出进步药效与掌握释放相连系的功用化、智能化纳米乳剂，使农药的释放剂量与病虫害防治剂量需求根本一致，是当前进步农药操纵率、降低情况污染的一个重要且有前景的开展标的目的。
目前，国表里针对纳米乳剂农药的研究已经获得了必然的停顿，同时也存在一系列问题亟待处理。笔者对国表里农药纳米乳剂载药系统的构建停止了综述，但是同为纳米级此外剂型，纳米乳剂与微乳剂之间的边界目前还存在较大争议。如前人研究所言，微乳剂是热力学不变系统，且造备办法简单，只需简单搅拌即可构成。而纳米乳剂是热力学亚不变形态，其造备办法有高能法与低能法。除此之外，两者的粒径大小也有差别，微乳剂的粒径一般界定为1～100 nm，而纳米乳剂的粒径范畴有较大争议。有学者认为纳米乳剂的粒径在20～500 nm之间，也有学者认为其粒径大小与微乳剂相当，目前国表里研究人员造备的农药纳米乳剂系统大多在20～500 nm之间。但笔者认为纳米乳剂在农药范畴的田间利用需要兑水稀释，应着重存眷其兑水稀释后的粒径大小更为适宜。有些纳米乳剂系统出于加强其系统不变性等原因，研究人员可能会在配方中添加增稠剂如黄原胶等，笔者曾研究过加进黄原胶对纳米乳剂系统粒径的影响，成果是黄原胶的加进会明显改动系统的粒径大小以及PDI，但几乎不影响兑水稀释后的粒径标准。笔者认为纳米乳剂兑水稀释后粒径标准范畴的规定要根据更佳生物效应粒径尺寸而定，可能并非粒径越小越好。但国表里研究人员所构建的农药纳米乳剂载药系统大多欠缺稀释不变性数据，所以稍有不敷。
如上所言，讨论纳米乳剂与微乳剂本色区别要连系行业范畴从现实利用往阐发。如在医药范畴，若静脉打针给药，当药物进进到血液中会碰着稀释以及温度改变等情状，关于微乳剂而言，其对温度以及稀释灵敏，当温度到达微乳剂不变的极限或药物被稀释招致油和外表活性剂的相对浓度降低，最末招致微乳系统被毁坏，就会形成药物在血管中沉淀。而纳米乳剂对温度不灵敏且稀释后仍连结不变，所以纳米乳剂在打针给药方面可发扬重要感化。在食物范畴，纳米乳剂系统的构建多用于进步不不变物量的不变性以及改进口感等，大多不需要兑水稀释即可食用，所以从那个角度而言，区分微乳剂与纳米乳剂的意义不大。在化装品范畴，其现实利用场景是皮肤涂抹透皮吸收，因为两者皆具有纳米级粒径，都能显著进步透皮吸收效果，所以无需区分微乳剂与纳米乳剂的差别，更有些化装操行业的相关综述把纳米乳剂与微乳剂混为一谈。而在农药范畴，纳米乳剂与微乳剂的现实利用场景均需兑水稀释，所以存眷稀释不变性对药效的影响尤为重要。市场上许多高含量微乳剂存在稀释后粒径变大现象，以至静置几小时后粒径与水乳剂相当，大大失往了微乳剂自己的意义，所以存眷纳米乳剂与微乳剂稀释不变性的差别对药效尤为重要。除此之外，任何一种新剂型的呈现都应该有其优势所在。在倡导环保、绿色的大情况下，悬浮剂、水乳剂、微乳剂等水基化剂型逐渐替代情况不友好的乳油，微乳剂因为纳米标准粒径具有分离性好、药效高档优势，但配方中需要大量的外表活性剂，也对情况形成必然的污染，成为了微乳剂的一大缺陷。纳米乳剂的呈现应改进微乳剂那一不敷，大大降低外表活性剂用量，削减对情况的污染，那也应该是区分纳米乳剂与微乳剂的一个重要目标。
综上所述，微乳剂与纳米乳剂现实利用中更大的区别在于稀释不变性（详细稀释后的粒径范畴应根据更佳生物效应粒径尺寸而定）以及外表活性剂的用量。除此之外，农药纳米乳剂的开展还存在其他因素的造约。从工业消费角度而言，纳米乳剂的消费成本造约其财产化开展。高能造备办法所涉及的仪器比力高贵，消费出的纳米乳剂农药产物的售价势必较高，倒霉于纳米乳剂农药的妥帖利用；从科研工做者的角度而言，配方中有机溶剂、外表活性剂的毒性也是需要考虑的因素，抉择无毒、绿色、价格低廉的有机溶剂和外表活性剂，是科研工做者需要勤奋的标的目的。除此之外，若利用低能乳化法同时还要降低外表活性剂的用量，就需要科研工做者挑选以至造备出高效的外表活性剂品种；从靶标生物角度而言，研究靶标生物对纳米乳剂农药的吸收和转运整个动态过程存在必然困难。纳米乳剂进进靶标生物体内的互做机造、降解代谢改变等行为较为复杂，增加检测难度，对阐发纳米乳剂的药效、抗药性开展、以至小尺寸效应能否带来新的毒理学效应等带来挑战。相信跟着科研工做者研究的不竭深进，农药纳米乳剂会在造剂学范畴得到更普遍的利用，为农业绿色高量量开展供给重要支持。
来源: 农药学学报