智能秋收｜pH魔法师，农作物自主穿戴的防御装甲

直播吧09月23日讯英超第5轮结束全部对决，传统big6球队有4支排在前6名，分别是曼城第1，利物浦第2，阿森纳第4，切尔西第5。排名靠后的分别是热刺和曼联，两队分别排在第10和第11。

小：pH响应型智能农药输送系统

三 宝：高载药量；抗紫外降解；智能递送农药

两大关键技术：自组装技术；配位相互作用

能量值：5颗星

证件照：

智能所创新pH响应自组装系统的制备流程和作用机制

（图片来源：作者提供）

很高兴认识你，我是pH响应型智能农药输送系统，是中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所这个大家庭的成员之一。

作为一种用于递送疏水性农药的通用 ，我具有载药量高、可持续供应农药和pH智能控释的特性，我还具有优异的抗紫外线和耐热性、突出的叶面亲和力和优异的土壤固存性，这些性质保证了我在害虫和杂草管理中的效力。

我的出现为开发 和环保的农药制剂提供了一种很有前途的方法，极大地促进了农业的可持续发展。

为了提高全球农作物产量，人类每年都会使用数以百万吨的农药来控制杂草、虫害和植物病害。传统农药的快速释放、挥发、光解和施药后的淋溶造成了农药大量的损失，对环境和非靶标生物构成了威胁，造成了农药滥用。

为了最大限度地减少农药的不利影响，科学家们正在加紧研究更绿色的农药制剂，包括更具靶向性的有效成分和控释制剂等。与开发成本高、耗时长的新型农药活性成分相比，依靠目前使用的农药活性成分制造控释制剂，是提高农药药效和降低生态风险的更直接的策略。

基于此，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所的吴正岩和张嘉团队利用配位作用诱导的自组装技术，制备了pH响应型智能农药输送系统，“我”便诞生了！与商业制剂相比，我可以实现从递送 中靶向、智能地释放活性成分，并延长持效期，显著提高农药的利用效率。

（a）用不同材料处理60小时后，甘蓝叶上的小菜蛾（n=10）的照片和（b）相应的死亡率，表明智能农药比原药和商业制剂抗紫外性能更好，持效期更长。（c）不同pH值（5.5、7.0和8.5）下HCEAT处理24小时后小菜蛾（n=10）的死亡率和（d）相应的照片，表明智能农药具有优异的pH响应能力。

（图片来源：作者提供）

（a） 经过30天不同处理后的反枝苋的照片。注意，12 /mL的HCEPT含有1.4 /mL的PMT。（b）百慕大草在不同pH值（5.5、7.0和8.5）下处理7天后的照片。以上结果表明智能农药输送系统负载不同的农药仍具有优异的持续供应和pH智能响应的能力。

（图片来源：作者提供）

配位作用是指金属离子与配位体通过配位键结合在一起，其中配位体是指能够向金属中心提供孤对电子的分子或离子。配位方法成本低廉、操作简单且不会引入新的有机物对环境造成影响，因此配位作用在农药制剂领域显示出巨大的应用前景。

在含有金属配位键的智能农药递送系统中，不仅可以利用配位键和相互作用智能调节农药分子的释放，还可以充分利用配位键中金属离子的功能性，以提高载体的原子经济性（如Fe3+可作为叶面肥，Cu2+可作为 剂等等）。

自组装技术是指通过分子间的相互作用，使分子自发地组织成有序结构的过程。自组装可以根据组成和形成的材料类型分为分子自组装、聚合物自组装以及纳米颗粒自组装，此技术具有简单 、可调性和高度有序的优势，在纳米科技、材料科学、生物医药等领域展现了广泛的应用潜力。

ph试纸

（图片来源：veer图库）

pH响应材料是一类在不同的pH条件下表现出不同性质或行为的智能材料。具有可调节性、生物相容性、多功能性以及智能性的特点，能够根据外部pH变化进行自我调节，广泛用于生物医药、环境监测和材料科学等领域。

我利用了金属-配体配位相互作用诱导的自组装策略，用一种具有六个配体的螯合剂乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）通过简单易行的配位作用对钙离子处理的埃洛石纳米管（HNTs）进行了结构控制，从而制备了HNTs多孔微球，并将其作为疏水性农药负载的通用 。

与界面聚合等其他方法相比，配位相互作用更容易实现，环境友好，金属-配体配位键的动态性质赋予了组装结构对pH、湿度和酶等 的内在响应。

我也表现出更好的抗紫外线照射能力、更高的叶面亲和力和更小的淋溶效果，而载体材料对作物和人的影响可以忽略不计，具有良好的生物安全性。

我的出现为开发 和环保的农药制剂提供了一种很有前途的方法，对农业的绿色发展具有重要意义。

小菜蛾是一种具有高度适用性和抗药性的农药害虫，主要危害十字花科植物，如白菜、甘蓝、萝卜和荠菜等，因此在农业中造成的危害 广泛。将我喷施于蔬菜之后，在平常时期，我能够持续地给药，起到缓释的作用，可以达到较长的防治效果。

当病虫害爆发时，我可以根据周围环境变为酸性的情况，包膜降解，自组装结构发生崩塌，在短时间内释放大剂量的农药，以快速杀灭害虫。

通过上述策略，我可以全方位地防止蔬菜被害虫啃食，从而提高蔬菜产量。我能够负载不同类型的 ，均能够达到缓释的效果，同时我的pH响应特性可以实现对农药的调控，提高农药利用率，减少农药高施低效引发的农药流失，可以应用于可持续农业。

我通过精准、智能的 释放，大大减少了农药的浪费和对环境的污染，降低了农药残留对生态系统和人类健康的威胁。我也有效提高了农作物的生产效率，保障了粮食安全，推动了农业生产向绿色、可持续方向转型。希望社会各界重视并支持智能农业技术的发展，共同推动农业现代化，构建更加环保、 、可持续的农业生产体系，造福未来社会。

出品；科普中国

作者：滕国鹏（中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所）

监制：中国科普博览