跟着全球生齿冲破80亿（2022年），2050年估计将超100亿，粮食平安压力持续加剧。然而，新冠疫情、地缘冲突和极端天气导致全球饥饿生齿激增，2021年达7。68亿。农药做为提拔单元面积产量的环节手段，其使用效率低下问题日益凸显——，每年超27万吨农药（中国2020年数据）流失至中，污染土壤、水源并激发抗药性（全球已发觉262种抗除草剂杂草）。圣卢西亚等地域农药用量以至达全球平均程度的7-10倍，亟需手艺冲破。中国科学院理化手艺研究所江雷院士、董智超研究员、湖南省农业科学院柏连阳院士、中国科学手艺大学王毅琳研究员、中国科学院纳米能源取系统研究所李宁副研究员正在《ACS Nano》颁发前瞻性综述，提出通过纳米标准固液界面节制提拔农药使用效率。研究系统总结了叶片微纳布局特征取液滴动力学的彼此感化机制，了添加剂优化畅留效率的环节道理，并指出纳米农药可显著加强活性成分渗入性。该为开辟可持续高效农药喷洒系统供给了跨学科处理方案，鞭策农业绿色转型。
图1。 农药喷洒中的液滴丧失取潜正在影响 (a) 农药喷洒液滴丧失示企图 (b) 添加剂节制的畅留过程时空标准（τ = 冲击时间，ρ = 液滴密度，R = 液滴半径，γ = 液滴概况张力，L = 概况活性剂迁徙距离，D = 概况活性剂迁徙速度） (c) 农药液滴丧失对和人类的影响做物叶片奇特的物理化学布局是农药流失的焦点要素（图2）。玉米、小麦等叶片因微米级乳突布局和蜡质层呈现超疏水性（接触角150°），导致液滴接触时间缩短至6毫秒（如水稻叶片），畅留效率骤降。叶片曲率（厘米级）、叶脉取毛状体（毫米级）及蜡质化学成分（级）配合调控润湿性：大豆发展晚期（GS11）蜡质笼盖率低，畅留效率比成熟期（GS16）高30倍。而病害入侵会进一步改变叶片描摹，加剧农药流失风险。
图2。 分歧标准的动物概况特征 (a) 玉米(i)、小麦(ii)、棉花(iii)的表不雅形态取接触角数据 (b) 厘米级物理布局：叶片天然曲率 (c) 毫米级物理布局：叶面叶脉取毛状体 (d) 微纳标准叶片概况物理布局 (e) 叶片蜡质条理要化学成分液滴撞击行为间接决定农药去向（图3）。正在超疏水概况，液滴呈现飞溅、部门反弹等4种失效模式；而正在亲水概况则履历撞击-铺展-回缩-畅留的完整过程。研究发觉，接触时间（t）和韦伯数（We）是焦点目标：t≈(ρR³/γ)1/2（R为液滴半径）越短，反弹概率越高；We=ρV²R/γ（V为撞击速度）越高，液滴变形越猛烈。宏不雅布局可打破对称性回缩——百微米级沟槽使t/t₀降至1。4，曲面布局则通过轴向收缩率差别实现非对称反弹。
图3。 液滴正在叶片概况的冲击行为 (a) 常见液滴冲击过程； (b) 分歧类型的液滴丧失行为； (c) 分歧宏不雅布局概况的液滴行为。概况活性剂通过微纳标准界面感化提拔效率（图4）。对比通俗水滴（完全飞溅）和十二烷基硫酸钠（SDS）溶液（部门飞溅），双链囊泡概况活性剂AOT能正在1毫秒内沿叶片微布局快速铺展，使超疏水概况实现完全畅留（图4a-c）。其机制正在于：多脂质层囊泡正在气/液界面快速扩散，促使液滴正在铺展阶段完成润湿性转换，最终嵌入纳米针间隙（图4c）。取AOT复配可协同提拔畅留率40%（图5）。
图4。 概况活性剂正在微纳标准的感化机制 (a) 高速冲击液滴正在超疏水叶片概况的堆积：(i)水 (ii)SDS (iii)AOT (b) 微纳布局提拔液滴畅留效率道理图（动态视频见Movie S1） (c) 冷冻电镜显示冲击后胶束取囊泡概况活性剂正在超疏水概况的最终润湿形态为削减保守添加剂的风险，团队开辟生物基纳米材料：甘草酸（GL）纳米纤维通过能量耗散反弹（图5e）；木质素/概况活性剂凝结体构成纳米收集加强铺展（图5f）。同时，电场辅帮手艺展示庞大潜力——带电液滴可消弭气膜飞溅（图5g-i），静电喷嘴内壁超疏水改性进一步提拔堆积率。草莓园实践，静电喷雾连系牵引实空安拆可高效防控虫害。膜状囊泡(ii)、蠕虫状胶束(iii) (b) 聚合物 (c) 二元添加剂 (d-f) 生物质纳米添加剂：GL纳米纤维(d)、CNF纳米纤维(e)、木质素/概况活性剂凝结体(f) (g-i) 电场辅帮：中性液滴(g)、带正电液滴(h)、正负电液滴共存(i)纳米农药按粒径取布局分为两类（图6a）：Ⅰ型为单质纳米颗粒（如银/铜），Ⅱ型为载药纳米胶囊。粒径决定渗入径：40纳米颗粒通过气孔（图6b），100-300纳米颗粒借帮水孔（图6c），300-500纳米颗粒则从毁伤组织进入（图6d）。概况电荷显著提拔渗入效率——带正电纳米粒穿透力是负电粒的3倍（图6e），中等疏水性颗粒（H=0。68）最易跨膜（图6f），为精准递送供给新策略。
图6。 纳米农药正在动物中的渗入 (a) 分歧类型纳米农药示企图 (b) 蚕豆叶气孔纵切面（左）取概况（左）显微图（紫色代表纳米农药颗粒） (c) 芥菜叶水孔纵切面（左）取透射电镜图（左） (d) 小麦叶毁伤位点扫描电镜图 (e) 分歧概况电荷纳米颗粒正在动物叶细胞的渗入差别 (f) 分歧疏水性聚合物链的膜渗入模仿快照研究团队呼吁成立手艺-政策-实践三位一体系统（图7b）：优先成长纳米农药、智能添加剂及精准喷洒手艺；制定液滴畅留效率取平安评估尺度；推进表界面物理化学、流体力学取农药科学交叉融合；加强全球农业手艺适配性研究。通过纳米标准界面节制的立异，人类无望正在保障粮食平安的同时，实现农药减量30%的绿色方针。
图7。 纳米标准界面驱动农药使用效率的分析阐发 (a) 本研究的逻辑阐发线 (b) 将来瞻望要点？。
