一种显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药及制备方法

本发明涉及控释农药，具体涉及一种显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药及制备方法。

背景技术：

1、近年来，环境响应型控释农药作为农药发展的主要趋势之一，正受到全世界越来越多的关注。控释农药以环境因子(如电场、ph、温度及光等)敏感型材料作为释放控制开关、微纳米材料作为农药载体，能在外部环境刺激下产生响应并释放药活性成分，能在一定程度上控制农药流失、提高药效。然而，根据现存智能控释技术，相对于自然条件(无刺激)的药释放，刺激下靶向农药分子的释放增量相对较低，即研制的农药新剂型控释性能一般，不符合农药以作物需求为导向的精准、高效释放。因此，为了有效提高农药利用率，实现控释农药技术的大规模应用，研制具备高效增强农药利用率，操作简便、经济、环境友好特点的新型智能农药迫在眉睫。

2、公布号为cn115568466a的中国专利申请文献公开了一种近红外光响应的农药载体制备方法及其应用。通过一锅法将硫粉与有机交联剂逆硫化反应，包埋光热剂生物炭和不同种类的农药分子制备得到农药载体。该专利提供的农药载体具有优异的光热控制释放性能，能有效的提高农药的利用率，减少的农药流失带来的环境污染。但该专利并没有公开采用本发明的天然纳米粘土atp、杀虫剂cpf、光热剂gr等原料进行制备。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有控释农药可控释放特性有限、难以进一步提高药利用率的的问题。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

3、本发明的第一方面提出一种显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将凹凸棒土(atp)、农药、石墨(gr)混合均匀，进行造粒操作，得到atp-农药-gr颗粒；

5、(2)向atp-农药-gr颗粒中加入羧甲基纤维素(cmc)溶液，并置于恒温摇床中振荡，然后将颗粒取出，置于fe3+溶液中继续振荡，取出颗粒，冲洗，干燥，即得。

6、有益效果：本发明以凹凸棒土(atp)为载体，负载具备光热效应的石墨(gr)及农药毒死蜱(cpf)构建atp-gr-cpf内核，之后基于羧甲基纤维素(cmc)与fe3+的交联作用，在内核外侧包覆一层水凝胶(cmc-fe)，制备出一种近红外光响应的控释农药(atp-cpf-gr@cmc-fe)。该方法利用物理吸附、化学交联作用赋予靶向农药按需精准、高效供给的特点，同时环境友好，有利于构建资源节约型绿色农业，应用前景广阔。

7、优选的，所述步骤(1)中凹凸棒土(atp)、农药、石墨(gr)的质量比为2:1：(0.1-6)。

8、优选的，所述步骤(1)中农药包括毒死蜱(cpf)、百草枯、扑草净、福美双、精喹禾灵等中的一种或多种。

9、优选的，所述步骤(1)中atp-农药-gr颗粒的直径为0.5-1mm。

10、优选的，所述步骤(2)中振荡的速率均为100-140rpm。

11、优选的，所述步骤(2)中振荡的时间均为20-40min。

12、优选的，所述步骤(2)中fe3+溶液包括硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、溴化铁等中的一种或多种。

13、优选的，所述步骤(2)中冲洗具体采用去离子水冲洗三遍。

14、优选的，所述步骤(2)中干燥包括室温下自然干燥、吹干、烘干中的一种。

15、本发明的第二方面提出采用上述制备方法制得的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药。

16、本发明的优点在于：

17、(1)本发明以凹凸棒土(atp)为载体，负载具备光热效应的石墨(gr)及农药毒死蜱(cpf)构建atp-gr-cpf内核，之后基于羧甲基纤维素(cmc)与fe3+的交联作用，在内核外侧包覆一层水凝胶(cmc-fe)，制备出一种近红外光响应的控释农药(atp-cpf-gr@cmc-fe)。其中，gr用量相对较小，因此在内核表面gr分布不均。在近红外光刺激下，atp-cpf-gr@cmc-fe颗粒内部gr温度将显著提升，通过热传导作用，水凝胶与石墨的接触面将成为主要受热面，导致凝胶表面受热不均，应力分布不平衡，外层凝胶破裂，由此促进cpf大量释放；在无红外光刺激时，由于atp的吸附和cmc-fe的保护作用，cpf释放率较低。

18、(2)本研究以杀虫剂cpf为靶向农药、天然纳米粘土atp作为载体，通过光热剂gr的不均匀分布实现外层水凝胶cmc-fe的光热可控破裂，目的在于克服现有控释农药可控释放特性有限、难以进一步提高药利用率的难题，制备出一种具有近红外光热响应的控释农药。该农药可实现光控制下药释放激增、对cpf的控释性能显著提高，同时成本低、操作简单、环境友好，具有一定的应用价值。

19、(3)研究表明，在近红外光的照射下，atp-cpf-gr@cmc-fe颗粒外表面凝胶层出现明显裂痕，由于gr具备光热效应，近红外光照射下atp-cpf-gr@cmc-fe颗粒中有gr分布的内核表面温度升高，将产生一个非均匀分布的热场，与gr直接接触的cmc基水凝胶膜受热加剧发生膨胀，无gr分布的水凝胶膜温度及膨胀程度相对较低。因此，gr的不均匀分布能导致水凝胶膜表面产生间隔的剧烈膨胀区域和轻度膨胀区域，剧烈膨胀区在向四周扩张时易受到轻度膨胀区的阻碍，以至于剧烈膨胀的凝胶膜与轻度膨胀区的接触位置将受到较大应力。当所受应力超过了材料的强度极限，凝胶发生破裂，为内部cpf提供大量扩散通道，促进cpf释放。

20、(4)此外，atp-cpf-gr@cmc-fe颗粒所选用的载体、光热及包膜材料具备良好的生物兼容性，且成本低、操作简单。该方法利用物理吸附、化学交联作用赋予靶向农药按需精准、高效供给的特点，同时环境友好，有利于构建资源节约型绿色农业，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中凹凸棒土atp、农药、石墨gr的质量比为2:1：(0.1-6)。

3.根据权利要求1所述的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中农药包括毒死蜱cpf、百草枯、扑草净、福美双、精喹禾灵中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中atp-农药-gr颗粒的直径为0.5-1mm。

5.根据权利要求1所述的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中振荡的速率均为100-140rpm。

6.根据权利要求1所述的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中振荡的时间均为20-40min。

7.根据权利要求1所述的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中fe3+溶液包括硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、溴化铁中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中冲洗具体采用去离子水冲洗三遍。

9.根据权利要求1所述的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中干燥包括室温下自然干燥、吹干、烘干中的一种。

10.权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药。

技术总结本发明公开了一种显著增强靶向分子利用率的环境响应型控释农药及制备方法，属于控释农药技术领域。制备方法包括以下步骤：包括以下步骤：(1)将凹凸棒土(ATP)、农药、石墨(Gr)混合均匀，进行造粒操作，得到ATP‑农药‑Gr颗粒；(2)向ATP‑农药‑Gr颗粒中加入羧甲基纤维素(CMC)溶液，并置于恒温摇床中振荡，然后将颗粒取出，置于Fe<supgt;3+</supgt;溶液中继续振荡，取出颗粒，冲洗，干燥，即得ATP‑CPF‑Gr@CMC‑Fe颗粒。有益效果：本发明的ATP‑CPF‑Gr@CMC‑Fe颗粒所选用的载体、光热及包膜材料具备良好的生物兼容性，且成本低、操作简单。该方法利用物理吸附、化学交联作用赋予靶向农药按需精准、高效供给的特点，同时环境友好，有利于构建资源节约型绿色农业，应用前景广阔。技术研发人员：吴正岩,马雪琦,张嘉,陈超文受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/16