pH响应性多孔MPN（(Fe)@ZIF-8）纳米载体增强了噻虫啉的杀虫活性和生物利用度

《Journal of Cleaner Production》：Enhanced insecticidal activity and bioavailability of thiacloprid from pH-responsive porous MPN (Fe)@ZIF-8 nanocarrier

农药缓释纳米载体MPN(Fe)@ZIF-8@THIA@PEI通过共沉淀与自组装法制备，兼具高负载率（18.93%）和pH响应特性，碱性条件（pH8.6）下72.33%累计释放，酸性条件（pH3.6）仅42.24%。其杀灭烟粉虱致死率达89.04%，显著高于商用噻虫嗪（66.67%），且经8h紫外处理后残留73.98%。研究为开发绿色可控农药提供新思路。

　　这项研究聚焦于开发一种新型的、具有pH响应特性的多孔纳米载体，以提高杀虫剂的利用率和控制效果。杀虫剂在农业生产中扮演着不可或缺的角色，它们能够有效控制害虫和病害的传播，从而提升作物的产量和品质。然而，传统的杀虫剂使用方式存在诸多问题，如物理化学性质不稳定、容易受到外界环境因素的影响（如降雨、紫外线辐射、酸碱度和温度），导致其在作物上的作用时间较短，利用率较低，同时造成大量杀虫剂流失并进入环境，对生态系统和人类健康构成潜在威胁。

为了应对这些挑战，研究人员探索了将纳米技术与传统杀虫剂相结合的策略，旨在构建更高效的纳米农药递送系统。这种系统能够提升农药的稳定性，改善其在作物表面的附着性和沉积效果，从而减少农药的损失。其中，ZIF-8作为一种由Zn2?和二甲基咪唑合成的金属有机框架材料，因其高孔隙率、可调节的孔径以及良好的生物相容性，成为农药递送的理想载体。然而，单独使用ZIF-8在农药输送方面存在一定的局限性，例如其负载能力有限，且容易受到外界刺激而发生释放，这可能影响农药的控制效果。

因此，研究团队提出了一种新的方法，将具有高生物相容性的金属-多酚网络（MPN）与ZIF-8相结合，通过共沉淀法和层层自组装策略，构建出一种新型的多孔纳米载体（MPN(Fe)@ZIF-8）。该载体不仅具有较大的比表面积（82.15 m2/g）和良好的孔隙率，还能通过优化材料配比和负载条件，提高杀虫剂的负载效率。为了进一步增强载体的稳定性并防止农药在使用过程中发生泄漏，研究团队引入了聚乙烯亚胺（PEI）作为封堵剂，从而构建出一种具有pH响应特性的多孔纳米农药（MPN(Fe)@ZIF-8@THIA@PEI）。

在实验过程中，研究人员通过一系列表征手段分析了该纳米载体系统的结构及其农药负载和释放机制。此外，还对该纳米农药的叶面附着性、杀虫活性、光稳定性、细胞毒性和安全性进行了评估。结果显示，MPN(Fe)@ZIF-8@THIA@PEI在碱性条件下（pH=8.6）对THIA的释放率达到72.33%，而在酸性条件下（pH=3.6）则仅为42.24%。这一特性使得该纳米农药能够根据环境pH值的变化实现智能释放，从而提高其在目标作物上的使用效率。在对烟粉虱（B. tabaci）的杀虫实验中，MPN(Fe)@ZIF-8@THIA@PEI的致死率达到了89.04%，显著高于市售THIA制剂的66.67%。此外，在8小时的紫外线照射后，市售THIA制剂的残留量仅为11.27%，而MPN(Fe)@ZIF-8@THIA@PEI的残留量仍高达73.98%，显示出其良好的光稳定性。

这一研究成果不仅为新型绿色、环保的pH响应多孔缓释载体的开发提供了新的思路，也为构建高效、可持续的纳米农药系统奠定了基础。通过结合MPN的高生物相容性和ZIF-8的多孔特性，该纳米载体在提升农药利用率、延长其作用时间、减少环境残留方面展现出显著优势。同时，PEI的引入进一步增强了载体的稳定性，防止农药在使用过程中发生不必要的释放，从而提高了其在农业应用中的安全性和有效性。

从材料科学的角度来看，MPN(Fe)的制备过程相对简单，且其形成的螯合物具有良好的降解性和环境友好性。这使得MPN(Fe)在作为农药载体时，不仅能够提高农药的附着性，还能在使用后快速降解，减少对环境的长期影响。此外，ZIF-8的合成方法也较为简便，且其独特的拓扑结构使其成为一种理想的药物载体材料。通过将这两种材料结合，研究人员成功构建出一种具有高比表面积和多孔结构的纳米载体，为农药的缓释提供了更广阔的应用前景。

在实际应用中，这种新型纳米农药系统能够有效解决传统农药利用率低、环境残留高的问题。通过智能响应机制，农药的释放可以与害虫的活动环境相匹配，从而提高其在目标区域的浓度，增强杀虫效果。同时，这种系统还能减少农药的浪费，降低农民的使用成本，提高农业生产的经济效益。此外，由于其良好的光稳定性，这种纳米农药在紫外线照射下仍能保持较高的活性，这在户外农业环境中尤为重要。

在生态安全方面，这种纳米农药系统能够显著减少农药对非目标生物的毒害作用。传统的农药容易在环境中扩散，对土壤、水源和周围生态系统造成污染。而通过构建具有pH响应特性的纳米载体，农药的释放可以受到环境条件的调控，从而减少其对非目标生物的潜在危害。同时，纳米载体的降解性和环境友好性也使其在使用后能够快速分解，减少对环境的长期影响。

从技术角度来看，这种纳米农药系统的开发涉及多个领域的交叉，包括材料科学、化学工程、生物学和环境科学。通过将金属-多酚网络与ZIF-8结合，研究人员不仅解决了单一材料在农药输送中的局限性，还通过引入PEI作为封堵剂，进一步优化了农药的释放行为。这种多孔纳米载体的设计和制备为农药的缓释和精准施用提供了新的解决方案，有助于推动农业绿色转型和可持续发展。

此外，该研究还强调了对农药使用过程中环境影响的重视。传统的农药使用方式可能导致大量农药流失，进而污染土壤和水源，影响生态平衡。而通过构建具有智能响应特性的纳米载体，农药的释放可以更加精准，减少不必要的流失，提高其在目标区域的浓度，从而降低对环境的污染程度。同时，这种系统还能提高农药的生物利用率，使其在作物上的作用时间更长，减少重复施药的次数，从而降低农药的使用量。

在农药的生物活性方面，这种新型纳米载体系统能够有效提升农药的生物利用率。通过结合MPN的高附着性和ZIF-8的多孔结构，农药能够更有效地沉积在作物表面，提高其在害虫体内的吸收效率。这不仅增强了农药的杀虫效果，还减少了农药的浪费，提高了农业生产的经济效益。同时，这种系统还能减少农药对非目标生物的毒害作用，提高其在环境中的安全性。

在技术实现上，该研究采用了多种先进的表征手段，包括扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），以分析纳米载体的结构和农药的负载释放机制。这些手段为研究团队提供了直观的证据，证明了MPN(Fe)@ZIF-8@THIA@PEI纳米农药的结构和性能符合预期。此外，研究团队还通过一系列实验评估了该纳米农药的叶面附着性、杀虫活性、光稳定性和安全性，进一步验证了其在农业应用中的可行性。

综上所述，这项研究为新型绿色、环保的pH响应多孔缓释载体的开发提供了重要的理论和技术支持。通过结合MPN和ZIF-8，研究人员成功构建出一种具有高比表面积和多孔结构的纳米载体，为农药的缓释和精准施用提供了新的解决方案。这种纳米农药系统不仅能够提高农药的利用率和控制效果，还能减少环境残留，提高生态安全性和农业生产的可持续性。其成果对于推动农业绿色转型和减少农药对环境的负面影响具有重要意义。