【好文分享】中国农业大学吴学民/徐勇教授团队最新研究:双响应自组装纳米颗粒负载高效氯氟氰菊酯提升的紫外稳定性与非靶标生物安全性

2025年12月1日，中国农业大学吴学民/徐勇教授课题组在《Chemical Engineering Journal》（Q1，中科院1区Top，IF=13.2）在线发表题为“Dual pH/glutathione-responsive polyphenol-based self-assembled nanoparticles loaded with lambda-cyhalothrin show enhanced UV stability and non-target organism safety”的研究论文。

本研究借助氢键与金属配位的协同作用，成功制备出具有GSH/pH双重响应释放特性的LC@TA/F127-Fe纳米颗粒。该纳米颗粒耐雨冲刷、抗光解能力突出，可延长田间持效期；与市售乳油相比，在保证杀虫活性的同时，大幅提高对非靶标生物的安全性，兼顾防效与环境相容性。此制备工艺简便的自组装负载体系，为解决传统农药光稳定性差、非靶向释放等痛点提供了全新技术方案！

一、研究背景

农药是保障全球粮食安全的核心手段，全球年施用量大且虫害治理领域投入高昂，过去十年施用量增长20%，对提升农业生产力、遏制作物减产意义重大。传统农药剂型（乳油、悬浮剂等）存在递送效率低、环境相容性差等固有问题，以高效氯氟氰菊酯乳油为例，其含有的挥发性有机溶剂易扩散污染环境，对水生生物、陆生传粉生物和土壤生物存在毒性；同时该药剂分子结构易受紫外线影响快速光降解，大幅缩短田间持效期，加重生态环境负担与公共健康风险。纳米技术为农药精准递送开辟新路径，基于动态非共价相互作用的自组装纳米递药系统成为研究热点，但现有小分子组装系统存在功能模块性不足、对农药分子结构要求严苛等局限，难以大规模推广。而高分子化学与超分子组装技术的交叉融合，推动了智能农药递送系统发展；单宁酸（植物源天然多酚）与泊洛沙姆F-127（两亲性共聚物）的组合，可通过氢键与金属配位协同作用构建动态双网络结构，结合害虫中肠碱性、高谷胱甘肽的微环境特点，为开发兼具紫外防护与双刺激响应控释功能的纳米载体提供了可行方案。

二、研究创新点

本研究基于农药在复杂环境中的稳定性需求及靶向递送要求提出氢键与金属配位协同作用的分级自组装方法，构建了单宁酸/泊洛沙姆F-127/铁（TA/F-127/Fe）靶向纳米载体，制备工艺简易，实现了高效氯氟氰菊酯的稳定负载。所制备的LC@TA/F127-Fe纳米颗粒具备谷胱甘肽（GSH）和pH双重刺激响应释放特性，同时兼具优良的抗光解稳定性与耐雨冲刷性，解决了传统农药非靶向释放、环境稳定性差的痛点。在提升对甜菜夜蛾杀虫活性的同时，显著提高了农药对斑马鱼和人体细胞的生物安全性，为研发兼具高活性与环境相容性的农药递送系统提供了新策略。

三、研究结果

1、LC@TA/F127-Fe的自组装机制

本研究通过单宁酸（TA）、氯化铁（FeCl₃）与嵌段共聚物F-127自组装制备出LC@TA/F127-Fe纳米颗粒，并结合分子动力学模拟阐明其组装机制与分子间作用。该体系的组装驱动力为TA酚羟基与F-127羟基的氢键作用、Fe³⁺与TA酚羟基的配位作用，二者共同保障纳米复合物的稳定性与可控性；势能曲线、径向分布函数等模拟结果证实体系可快速形成热力学稳定组装体，且存在多种分子间作用；LAMMPS模拟快照与分子作用示意图则实现了组装过程与作用形式的可视化。上述结果为该载药纳米农药体系的稳定性与控释性能提供了分子层面的理论支撑。

图1. LC@TA/F127-Fe纳米颗粒的制备、自组装行为及分子相互作用的多维度表征与模拟分析

2、LC@TA/F-127-Fe的合成与表征

本研究采用透射电子显微镜、动态光散射等多种微观表征手段，对LC@TA/F127和LC@TA/F127-Fe纳米颗粒进行分析；同时借助红外光谱、X射线衍射等测试，阐明了LC@TA/F127-Fe体系的分子作用、结构特征及稳定性。结果显示，负载Fe³⁺后的纳米颗粒形貌更规整、粒径更小且结构更致密，EDS、AFM证实LC被成功包封，Zeta电位测试揭示了自组装过程中颗粒表面电荷的变化规律；FT-IR证实体系内存在氢键与Fe–O配位键，XRD表明自组装形成无定形复合物利于LC分散，TG/DTG显示复合物提升了LC的热稳定性，XPS检出特征元素并明确化学键合特征，为该体系的稳定性和协同作用提供了实验依据。

图2. LC@TA/F127及LC@TA/F127-Fe纳米颗粒的微观形貌、元素分布、粒径电位及理化性质的多维度表征

图3. TA/F127-Fe、LC@TA/F127-Fe及LC样品的热稳定性分析与X射线光电子能谱（XPS）精细表征

3、LC@TA/F-127-Fe的叶面黏附性能

本研究探究了LC@TA/F127-Fe纳米颗粒在甘蓝叶片上的叶面黏附及抗雨水冲刷性能。接触角测试表明，该纳米颗粒接触角显著低于水和吐温80，F127与TA-Fe配位结构可提升其润湿性和叶片亲和性；模拟雨水冲刷后，纳米颗粒残留率远高于LC乳油，SEM观察显示其在叶片表面形成连续致密复合膜，抗冲刷能力强，活体荧光成像也佐证了其优异黏附性。该性能源于多尺度协同作用，包括蜡质层与TA的氢键、疏水作用，F127疏水嵌段嵌入蜡质层及Fe³⁺促进配位交联。

图4. LC@TA/F127-Fe纳米颗粒的叶面界面行为及耐雨冲刷性能表征

4、LC@TA/F127-Fe 的杀虫活性与双重响应释放性能

本研究设计的LC@TA/F127-Fe纳米农药体系，可依托鳞翅目害虫中肠弱碱性与高GSH环境实现活性成分按需响应释放，兼具酸响应靶向潜力与优异杀虫活性。酸响应既能靶向防控弱酸性环境中的白蚁，也可适配病原真菌酸性微环境实现杀菌剂的定向释放，提升靶标富集效率、降低环境风险；以甜菜夜蛾为靶标，其LC₅₀值（1.014 mg/L）低于市售LC乳油（1.931 mg/L），杀虫效果更优，这源于外壳组分TA的杀虫活性。

图5. LC@TA/F127-Fe纳米颗粒的环境响应型释放性能及杀虫活性评价

5、光稳定性与光照后杀虫活性

本研究通过光降解试验与光照后杀虫活性测定，探究了TA/F127-Fe自组装体系对LC的保护作用。结果表明，5 h光照后，LC乳油中活性成分保留率仅为3.75%，而LC@TA/F127-Fe和LC@TA/F127中LC的保留率分别达91.28%和87.8%，Fe离子的存在使前者抗光解性能更优。相同活性成分浓度下，光照后的LC乳油24 h杀虫死亡率仅15%，而LC@TA/F127-Fe处理组死亡率可达75%，该优势源于TA与Fe³⁺形成的金属-酚类网络结构。综上，TA/F127-Fe自组装体系可显著提升LC的光稳定性与持效杀虫能力。

图6. LC@TA/F127-Fe纳米颗粒的抗光解性能及光处理后杀虫活性评价

6、LC@TA/F127-Fe的生物安全性

本研究探究了LC@TA/F127-Fe纳米颗粒对斑马鱼的急性毒性、对人胚肾293T细胞的细胞毒性及对甘蓝种子发芽率的影响。结果显示，该纳米颗粒对斑马鱼的急性毒性较LC乳油降低34.3倍，原因是载体包封延缓了LC释放，避免水生生物瞬时高浓度暴露；其处理组的HEK-293T细胞存活率与空白对照组无显著差异，安全性更高；200 mg/L浓度下对甘蓝种子萌发无不利影响，萌发率略高于对照组，而LC乳油则显著抑制种子萌发，且纳米颗粒中的Fe³⁺可一定程度促进萌发。综上，LC@TA/F127-Fe的智能控释递送体系能显著降低传统农药对非靶标生物的多层次危害。

图7. LC乳油与LC@TA/F127-Fe纳米颗粒两种剂型对斑马鱼的急性毒性、对人胚肾293T细胞的细胞毒性，以及对甘蓝种子发芽率的影响对比分析

四、结论与展望

本研究成功构建了TA/F-127/Fe纳米载体，通过氢键与金属配位协同作用实现LC稳定负载，理论模拟阐明了三者相互作用机制。所制备的LC@TA/F127-Fe纳米颗粒具GSH/pH双重响应释放特性，耐雨冲刷、抗光解性能优异，可延长田间持效期。相较于市售乳油，在保障杀虫活性的同时，显著提升对非靶标生物的安全性，兼顾防效与环境相容性。综上，本研究开发了一种制备工艺简便的自组装负载体系，并阐明了其优异的环境友好特性，为解决传统农药光稳定性差、非靶向释放等问题提供了新的技术途径。

文章来源：

Wang, L.; Zhang, Z.; Fang, Y.; Zhao, R.; Pan, S.; Yu, M.; Ma, Y.; Wang, Y.; Ding, X.; Guo, X.; Li, F.; Yan, P.; Wu, X., Xu, Y.,Chemical Engineering Journal,2025,525, 170572.

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.170572

图文|朱思宇

一审|刘妍妍

二审|李凤瑞

三审|高爽