农药是防治作物病虫害及调节作物生长的重要化学品。然而，长期以来农药的低效、过量使用导致严重的环境问题及社会问题。通过吸附、偶联、包裹等方式把农药负载到纳米载体上，可形成多功能的纳米农药制剂，有望成为高效稳定、安全环保的农药新制剂。国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）在2019年将纳米农药评为“将改变世界的十大化学新兴技术”之首。
在药物递送中的应用研究表明，氧化石墨烯用作载体可水分散稳定性并增强药物的生物活性。据此，作者认为将其用作农药载体，有望对难溶农药的高效负载、性能改进和药效持续，实现减施增效。此外，目前全球范围内氧化石墨烯的工业化制备已初见端倪，有望形成新的产业链。在未来几年内，随着制备技术的进一步优化以及生产成本的持续降低，其用于农药剂型创新将会成为新的热点领域。
2021年4月，南京师范大学沈健教授团队（南京师范大学宋赛杰博士为第一作者）在 ACS Agricultural Science ＆ Technology 期刊发表了题为：Graphene Oxide as the Potential Vector of Hydrophobic Pesticides: Ultrahigh Pesticide Loading Capacity and Improved Antipest Activity 的论文。
该研究开发了聚乙二醇修饰的氧化石墨烯载体的纳米农药制剂——EB@PEG-GO，有效解决了甲维盐原药水分散稳定性差、易突释、易光降解、持效期短和传统甲维盐乳油含有大量有毒有机溶剂、助剂，对环境构成严重威胁的缺点，为农药制剂创新、农药减施增效及农业可持续发展开辟了新的路径，同时也将石墨烯材料的应用拓展到植物保护领域。
甲氨基阿维菌素苯甲酸盐（以下简称甲维盐，EB）是一种高效、广谱、低毒的生物农药，对鳞翅目害虫（如小菜蛾、甜菜夜蛾、粘虫、二化螟等）具有很强的杀伤力。但是，甲维盐也存在水溶性差、易突释、易光降解、持效期短等显著的缺点，用于农业生产受到极大限制。目前市售的甲维盐制剂仍以乳油等传统制剂为主，含有大量有毒有机溶剂、助剂，对环境构成严重威胁。因此，迫切需要开发高效低毒、安全环保的甲维盐制剂。
南京师范大学沈健教授团队以聚乙二醇修饰的氧化石墨烯（PEG-GO）为载体，通过物理吸附法负载甲维盐，制备了高载缓释、绿色环保的甲维盐纳米制剂（简称纳米制剂，EB@PEG-GO）。
该纳米制剂含有三种组分：水（溶剂）、甲维盐（活性成分）和PEG-GO（载体）。研究表明，负载在 PEG-GO 上的甲维盐呈几百纳米大小的颗粒，与难溶于水的原药相比，其水分散稳定性得到极大改善（图1）；该纳米制剂具有pH响应的缓释性能，可以持续地将甲维盐释放到介质中，利于在较长时间内维持介质中的甲维盐浓度，有效解决了甲维盐易突释的缺点；由于 PEG-GO 纳米片层的阻隔、反射等作用，提高了负载在 PEG-GO 上的甲维盐的抗紫外光性能；与甲维盐原药相比，该纳米农药制剂的降解速率显著放缓，在紫外光照射120小时后仅降解13.87%（图2）。
图1. (a) EB@PEG-GO(左)和EB原药(右)在水中的分散性；(b)PEG-GO的扫描电镜图；(c,d) EB@PEG-GO的扫描电镜图。
图2. (a) EB,PEG-GO,EB@PEG-GO的紫外光谱图；(b)PEG-GO对EB的载药曲线；(c)EB原药及 EB@PEG-GO的抗紫外光降解性能；(d)EB@PEG-GO的释药曲线。
生物活性测试结果显示，与甲维盐原药相比，该纳米制剂对粘虫的毒性有一定的提高，表明 PEG-GO 对甲维盐的杀虫活性有增效作用（图3a）。持效抗虫实验结果显示，甲维盐原药的药效下降迅速，在施药后第二天其对粘虫的防控率就下降到60%以下，与此相比，该纳米制剂在施药后第14天对粘虫的防控率仍维持在65%以上（图3b,c），具有显著提高的持效抗虫性能，实际应用中为达到相同的药效，可降低甲维盐的使用量及施药次数。
图3. (a)EB,PEG-GO,EB@PEG-GO的毒力曲线；(b)EB原药及EB@PEG-GO在施药后14天内对粘虫的杀伤率；(c) 施药后第2，7，14天，EB原药及EB@PEG-GO组喂养粘虫后玉米叶片的形态。
综上所述，EB@PEG-GO 纳米制剂有效解决了甲维盐原药水分散稳定性差、易突释、易光降解、持效期短和传统甲维盐乳油含有大量有毒有机溶剂、助剂，对环境构成严重威胁的缺点，为农药制剂创新、农药减施增效及农业可持续发展开辟了新的路径，同时也将石墨烯材料的应用拓展到植物保护领域。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsagscitech.1c00002
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