山东农业大学刘峰教授团队ACS Nano：胶束自组装构建微粒囊壳实现农药微囊的酶/机械触发双响应释放

微囊化技术是提高农药利用率、降低环境风险的有效手段。界面聚合技术作为目前主流的微囊化方法，通常形成致密连续的聚脲囊壳，能够有效延长农药持效期，但这也导致活性成分难以在害虫发生时实现按需释放。

图1 胶束自组装构建的微粒壳层结构及其双响应释放机制

近期，山东农业大学植物保护学院刘峰教授团队提出了一种基于表面活性剂胶束自组装制备农药微囊的新策略：以界面聚合微囊化技术为基础，首先利用反胶束“运送”水分子形成微粒层，再在其表面生成一层致密薄膜，从而构建出类似动物细胞膜的仿生界面膜。这一特殊囊壳不仅可以负载水溶性物质，还可以在害虫取食（消化酶作用）和爬行（机械压力）的刺激下实现智能响应释放。

图2 不同两亲分子制备的微胶囊及界面膜结构对比

该研究首次揭示了两亲分子在界面聚合过程中对水相传质和囊壳结构的关键调控作用。研究发现，聚羧酸盐（PCE）可形成反胶束，将水相以乳滴形式跨界面输运至油相，进一步，乳滴中的水与异氰酸酯反应生成微米级颗粒，最终形成多孔的“微粒型”界面膜；而木质素磺酸钠（SL）作为两亲分子时，界面缩聚过程则倾向于形成致密连续的界面膜（图2）

图3 两亲分子对水分子跨界转运影响的分子动力学分析

图4两亲分子对界面膜形成的影响机理示意图

通过界面演化模型和分子动力学模拟，研究者阐明了PCE形成“水核-油壳”结构反胶束的动态过程，揭示了其促进水相传质和微粒形成的机制（图3，图4）。对于乳化能力较弱的SL，有机相中的异氰酸酯主要与通过分子扩散进入有机相的水分子发生化学反应，形成连续致密膜层；而乳化能力强的PCE则能够形成油包水型胶束，从水相迁移至有机相，在胶束的新界面处发生缩聚反应，形成“微粒”。

图5 仿生界面膜的构建策略与结构示意图

基于此机制，研究团队进一步开发了低温约束界面聚合策略，通过调整PCE和SL的添加顺序和反应温度，成功构建了具有“内层微粒-表面致密层”的仿生界面膜（图5）。该结构既保证了囊芯的稳定性，又能够响应害虫的力学刺激，同时借助内层微粒所特有的水溶性物质的负载功能，为微囊功能性拓展提供了新平台。

图6微囊在压缩和破裂过程中的形态和力学性能

在应用评价中，该载药微囊表现出优异的酶触发与机械触发双响应释放行为，可显著提高易光解杀虫剂对害虫的毒力，为农药减施增效提供新思路与技术支撑（图6）。

该工作以 “Micellar Self-Assembly Constructed Microparticulate Shells Enable Dual Responsive Release of Pesticide Microcapsules via Enzymatic/Mechanical Triggers”为题于9月11日发表在ACS Nano上。山东农业大学植物保护学院博士研究生菅学文为本文第一作者，山东农业大学植物保护学院刘峰教授、邹楠教授和张大侠副教授为共同通讯作者。 研究得到了山东省重大科技创新项目、国家自然科学基金和国家重点研发计划项目的支持。

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c07763

来源：高分子科学前沿

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