[发明专利]一种多功能Janus型介孔二氧化硅纳米药肥的制备及应用

说明书

一种新型多功能Janus型介孔二氧化硅纳米药肥的制备及应用，属于纳米材料农学领域。通过在二氧化硅框架中引入Fe³⁺形成酸性条件下易断裂的‑Fe‑O‑键，将咪鲜胺和单宁酸分别通过与孔道内和载体表面的Fe³⁺配位结合。借助Fe‑MSN表面的Fe³⁺与单宁酸的络合，再凭借氢键、分子间作用力和π‑π堆积作用调节单宁酸层的厚度，实现客体分子咪鲜胺的封装与缓控释放，同时提高农药在目标植物上的沉积效率。在酸性条件下，由于H⁺浓度增加，配位键断开，载体Fe‑MSNs框架自发降解的同时释放农药咪鲜胺和Fe元素，达到持续杀菌和提供铁肥的功效，而在中性或碱性条件下药物装载稳定。

技术领域

本发明属于纳米材料农学领域。本发明涉及一种pH响应、金属掺杂的可降解Janus型介孔二氧化硅包载咪鲜胺亲水性纳米复合体系的制备及应用。

技术背景

农药在防治作物病虫草害、保障粮食生产与安全方面发挥了重要的作用。传统农药制剂粒径粗大,有效利用率低,对生态环境造成了严重的危害。近年来，随着纳米学科的兴起，利用纳米技术开发智能缓释载药体系可以提高农药有效利用率，降低施药频率，减少农业投入成本，改善环境问题，为可持续绿色农业的发展提供了保障。介孔二氧化硅纳米颗粒(MSN)由于具有大表面积、良好的生物相容性、可调控的孔径以及高装载能力，在农药控释应用方面得到了广泛的应用。然而，传统介孔二氧化硅不可控的降解性、长期在靶标或非靶标生物中的滞留会导致严重的不可预测的潜在风险，而且二氧化硅纳米载体表面的功能化位点单一及后修饰过程繁琐复杂，极大的限制了它在农药控释中的使用。

通过方法向二氧化硅框架中引入Fe³⁺形成酸性条件下易断裂的-Fe-O-键，构建生物降解介孔二氧化硅载体Fe-MSNs。将铁元素螯合于MSN内部，由于铁元素大小较载体中其他元素相对较大，导致整体框架结构呈现Janus型，与传统MSN相比，这种创新结构MSN具有特殊的优势，可以解决传统二氧化硅作为农药载体的部分缺陷，增加载药率，促进药物的缓释。Fe-MSNs孔道中的Fe³⁺能与大多数农药分子配位结合，提高载药量的同时提供药物的pH响应控释。此外，Fe是植物进行光合作用的必需微量元素，当Fe-MSNs框架降解释放铁离子时能够促进植物生长。由此可见，Fe-MSNs作为农药输送和植物营养补充的多功能载体在农药控释方面有着相当大的应用前景。

单宁酸是一种广泛分布在自然界各类植物中的多酚，具有丰富的儿茶酚基团，可与多种物质或基团以共价键、氢键、配位键、分子间作用力和π-π堆积等方式发生物理或化学作用，被广泛用于具有粘附性和自我修复性的仿生材料中。但借助单宁酸与纳米载体中金属离子的络合作用对客体分子(农药)控释的研究还未见报道。

本发明将纳米技术与受仿生启发相结合，以广谱、高效、低毒但水分散性较差的杀菌剂咪鲜胺为模式农药，基于Fe-MSNs作为可降解的控释载体，接枝单宁酸，制备一种适合植物叶面喷施的pH响应性的多功能纳米药肥。制备工程如图1所示。通过在二氧化硅框架中引入Fe³⁺形成酸性条件下易断裂的-Fe-O-键，将咪鲜胺和单宁酸分别通过与孔道内和载体表面的Fe³⁺配位结合。借助Fe-MSN表面的Fe³⁺与单宁酸的络合，再凭借氢键、分子间作用力和π-π堆积作用调节单宁酸层的厚度，实现客体分子封装与缓控释放的同时提高纳米农药在目标植物上的沉积效率。在酸性条件下，由于H⁺浓度的增加，配位键被断开药物释放，而在中性或碱性条件下稳定装载药物。由于铁离子掺杂在介孔二氧化硅框架中，赋予了该载体优异的生物降解性，使该多功能载体在农业环境中降解并释放助植物生长的铁元素。此外，单宁酸层除了具有优异的黏附特性，提高了咪鲜胺在植物叶片上的沉积效率，还可以减缓农药突释，有效地促进了咪鲜胺的缓控释放。

发明内容

本发明的目的是进一步降低农药突释，控制咪鲜胺的缓释，从而提供一种pH响应、金属掺杂的可降解Janus型介孔二氧化硅包载咪鲜胺亲水性纳米复合体系的构建制备方法，步骤包括：