基于聚丙烯酸钠柔性骨架的硫化铜纳米颗粒高效负载与pH响应释放策略提升杀菌剂利用效率与环境安全性研究

为解决传统杀菌剂控释技术利用率低、环境风险高的问题，中国农业大学的科研团队创新性地利用聚丙烯酸钠(PAS)构建柔性骨架，开发了pH响应型Microbicide@PAS-CuS NPs纳米递送系统。该研究通过一锅法制备了三种杀菌剂负载的硫化铜纳米颗粒，实现了21.36%-37.50%的高载药率，光稳定性提升2.84-15.11倍，并在病原体感染微酸性环境中触发释放，显著延长药效持续时间并降低植物基因毒性。这项发表于《Journal of Advanced Research》的成果为农业杀菌剂的智能化递送提供了普适性策略。

　　

在农业生产中，杀菌剂的过度使用导致利用率低下和环境污染已成为严峻挑战。传统控释技术依赖被动扩散和载体降解，缺乏环境响应性，而现有刺激响应系统又面临制备工艺复杂、多步修饰等瓶颈。更棘手的是，杀菌剂光解快、持效期短，且对非靶标生物存在潜在毒性。如何构建高效、安全、智能的杀菌剂递送系统，成为农业可持续发展亟待突破的科学难题。

中国农业大学的研究团队独辟蹊径，选择具有优异抗菌活性和低环境毒性的硫化铜纳米颗粒(CuS NPs)作为载体核心，创新性地引入农业常用保水剂聚丙烯酸钠(PAS)作为柔性骨架材料。通过巧妙设计离子交换与沉淀反应同步进行的"一锅法"，成功制备了三种杀菌剂(硫酸小檗碱BBR、溴硝醇BNP、春雷霉素KSM)负载的pH响应型纳米颗粒Microbicide@PAS-CuS NPs。这项突破性研究发表于《Journal of Advanced Research》，为智能农药递送系统开发提供了新范式。

研究团队运用透射电镜(TEM)表征纳米颗粒形貌，动态光散射(DLS)分析粒径分布，结合Zeta电位、能量色散X射线谱(EDX)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证载药结构。通过高效液相色谱(HPLC)测定载药率与释放动力学，并采用紫外灯照射法评估光稳定性。生物活性测试涵盖三种植物病原体(灰葡萄孢菌、核盘菌和丁香假单胞菌)，通过温室盆栽实验验证持效性，并利用蚕豆根尖细胞微核试验和油菜幼苗生长实验评价安全性。

制备与表征
TEM显示所得纳米颗粒呈规则球形，PAS-CuS NPs平均粒径134 nm，比PAS NPs缩小47.5%。BET分析揭示其具有161.3 m²/g的比表面积和4.2 nm的介孔结构，为药物负载提供理想空间。FTIR特征峰证实三种杀菌剂成功装载，TGA热重分析显示载药率最高达37.50%。

载药规律
研究发现杀菌剂logP值(亲脂性参数)与载药效率呈负相关：KSM(logP=-2.84)载药率最高(37.50%)，BBR(-1.87)次之，BNP(0.18)最低。静电相互作用也起关键作用，带正电的BBR(季铵盐)与PAS骨架的-COO^-基团结合最强，使其载药效率达95.8%。

光稳定性
PAS-CuS NPs在紫外区(200-400 nm)和红外区(800-1800 nm)的强吸收形成"光防护盾"，使KSM和BNP的光解半衰期分别提升15.11倍和2.84倍，而BBR因本身光稳定性好未显著改善。

控释特性
纳米颗粒展现智能pH响应：在pH 7时24小时释放率<15%，而在病原菌分泌的酸性环境(pH 4)下，BBR、KSM、BNP的释放率分别飙升至89.56%、75.56%、64.54%。Ritger-Peppas模型分析表明，酸性条件下释放指数n>0.75，证实载体溶胀致孔道扩张的主导作用。

生物活性
载药纳米颗粒表现出协同抗菌效应：对抗丁香假单胞菌时，KSM@PAS-CuS NPs的EC₅₀比游离KSM降低21.72%。温室试验显示，喷洒7天后，KSM@PAS-CuS NPs对灰葡萄孢菌的防效仍达77.14%，而游离KSM降至22.86%。

安全性
微核试验表明，BNP@PAS-CuS NPs使蚕豆根尖细胞微核频率从1.21%降至0.94%。油菜幼苗实验证实，载药纳米颗粒对叶绿素含量和鲜重无显著影响，而等效Cu²⁺浓度的CuCl₂则引起叶片卷曲坏死。

这项研究开创性地将农业用PAS材料转化为智能递送系统骨架，建立的"logP值-载药效率"规律为农药纳米载体设计提供理论指导。所开发的Microbicide@PAS-CuS NPs兼具环境触发释放、光保护增强和毒性降低三重优势，其简单的一锅法制备工艺更利于工业化推广。尤为重要的是，该策略可拓展至其他农药活性成分，为发展绿色农业提供了普适性技术平台。研究团队指出，未来可进一步优化载体结构以实现多重刺激响应，并在大田环境中验证其实际应用效果。这项成果不仅推动了农药制剂学的创新发展，也为解决农业面源污染问题提供了新思路。