柏连阳院士团队开发出可规模化生产的控释微胶囊土壤除草剂

近日柏连阳院士团队在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》（IF5year=13.5）上发表了题为“Scalable engineering of sCNC microcapsules for Synergistic weed control and environmental safeguarding”的研究论文。该研究利用磺化纤维素纳米晶（sCNC）作为稳定剂，通过Pickering乳液模板法，成功构建了一种可规模化、无溶剂生产的除草剂丙草胺控释微胶囊（Pre@CL-sCNC）。该制剂在高效杀灭杂草的同时，显著降低了对水稻作物、水生生物、蜜蜂乃至人体细胞的毒性，实现了农药的“精准打击”与“环境友好”。

本研究采用来源广泛、价格低廉的棉花纤维素作为原材料，通过绿色、无溶剂的Pickering乳液模板法进行制备农药微胶囊，所使用的设备均为工业通用设备，使得大规模、低成本生产高性能农药微胶囊成为可能（图1）。所制备的微胶囊具有高达74.8%的载药量，封装效率达到92.9%。研究人员通过等温滴定量热、分子对接和分子动力学模拟，深入揭示了其负载机制，证实sCNC与丙草胺分子之间通过氢键驱动的自发结合是实现高负载的关键。在温室实验中，Pre@CL-sCNC在400 g a.i./ha剂量下对稗草的鲜重防效和视觉防效分别达到91.7%和92.3%，显著优于传统乳油制剂。进一步研究表明，Pre@CL-sCNC处理能有效激活水稻体内的抗氧化系统，从而帮助作物更好地抵御除草剂引发的氧化应激，增强自身恢复能力。此外，在生物安全性方面，Pre@CL-sCNC对斑马鱼、人体细胞及蜜蜂的毒性均显著低于传统乳油。该研究为农田杂草精准防控提供了一条绿色、高效、可产业化的新路径，为农业绿色投入品研发注入新活力。目前该工艺已成功完成500公斤级规模的放大验证，结果表明其工艺稳定性与可重复性良好（无溶剂化合成），成本约7000元/吨，为后续的商业化放大生产铺平了道路。

图 1  Pre@CL-sCNC的制备流程及其杂草控制和环境保护示意图

该研究论文邓希乐研究员为第一作者，柏连阳院士和中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所曾章华研究员为论文的通讯作者。本研究得到了湖南省自然科学基金、荷尖人才、湖南省农业科技创新基金等项目的资助。

本研究采用来源广泛、价格低廉的棉花纤维素作为原材料，通过绿色、无溶剂的Pickering乳液模板法进行制备农药微胶囊，所使用的设备均为工业通用设备，使得大规模、低成本生产高性能农药微胶囊成为可能（图1）。所制备的微胶囊具有高达74.8%的载药量，封装效率达到92.9%。研究人员通过等温滴定量热、分子对接和分子动力学模拟，深入揭示了其负载机制，证实sCNC与丙草胺分子之间通过氢键驱动的自发结合是实现高负载的关键。在温室实验中，Pre@CL-sCNC在400 g a.i./ha剂量下对稗草的鲜重防效和视觉防效分别达到91.7%和92.3%，显著优于传统乳油制剂。进一步研究表明，Pre@CL-sCNC处理能有效激活水稻体内的抗氧化系统，从而帮助作物更好地抵御除草剂引发的氧化应激，增强自身恢复能力。此外，在生物安全性方面，Pre@CL-sCNC对斑马鱼、人体细胞及蜜蜂的毒性均显著低于传统乳油。该研究为农田杂草精准防控提供了一条绿色、高效、可产业化的新路径，为农业绿色投入品研发注入新活力。目前该工艺已成功完成500公斤级规模的放大验证，结果表明其工艺稳定性与可重复性良好（无溶剂化合成），成本约7000元/吨，为后续的商业化放大生产铺平了道路。

该研究论文邓希乐研究员，李亮硕士和余思敏博士为共同第一作者，柏连阳院士和中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所曾章华研究员为论文的通讯作者。本研究得到了湖南省自然科学基金、荷尖人才、湖南省农业科技创新基金等项目的资助。

论文全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.170184.