張子勇

由于納米農(nóng)藥是一個新生事物，業(yè)內(nèi)外人士對此不夠了解，產(chǎn)生了一些疑問甚至質(zhì)疑的聲音。對此，我們就在納米農(nóng)藥的研究和生產(chǎn)中對它的理解，作出如下解釋和說明。

我國納米農(nóng)藥的發(fā)展

不少人敏感地意識到這是一個新的研究機(jī)遇，也是一個創(chuàng)新發(fā)展的研究領(lǐng)域。時至今日，納米農(nóng)藥仍然沒有一個大家公認(rèn)的定義以及對尺寸大小的明確規(guī)定。

我國納米農(nóng)藥的研究過程大致經(jīng)過了三個階段。

2007年以前，可稱為起步探索階段。這一時期可供參考的文獻(xiàn)不多，研究者大多在進(jìn)行各自的探索性實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷加深對納米農(nóng)藥的認(rèn)識。

此后至2015年，是實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新研究階段。在這一階段有更多的研究者投入到納米農(nóng)藥研究行列。在一個時間段中，國際刊物發(fā)表納米農(nóng)藥學(xué)術(shù)論文的統(tǒng)計(jì)表明，美國、印度各占24%，我國則占到28%，處于國際領(lǐng)先水平。

2015年至今屬于第三個發(fā)展階段。我國納米農(nóng)藥發(fā)展出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，納米農(nóng)藥的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快。由于納米農(nóng)藥技術(shù)應(yīng)用到無人機(jī)航空植保領(lǐng)域，完美解決了現(xiàn)有農(nóng)藥劑型的短板——超低容量噴霧稀釋藥液的不穩(wěn)定性、多靶標(biāo)防治所需多元農(nóng)藥復(fù)配過程與稀釋藥液的不穩(wěn)定性等關(guān)鍵難題，推動了納米農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展。由此，納米農(nóng)藥的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展引起各級農(nóng)藥主管部門的關(guān)注與重視。

國際化工組織對納米農(nóng)藥的看法

國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）在2019年4月成立100周年之際，發(fā)布了“未來改變世界的十大化學(xué)創(chuàng)新”，“納米農(nóng)藥”被列于首位。這些新興技術(shù)是IUPAC從工業(yè)界和學(xué)術(shù)界招募的5位權(quán)威專家評選出的，介于“新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和完全商品化技術(shù)”之間，代表著國際化工領(lǐng)域最前沿的科學(xué)技術(shù)和發(fā)展趨勢。

納米農(nóng)藥首位入選是基于世界人口的不斷增長。到2050年世界人口將接近100億，為了養(yǎng)活大量人口，需要大幅度增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量（約60%），同時也需要最大限度地減少對土地利用造成的環(huán)境影響。納米農(nóng)藥微粒尺寸小，對靶標(biāo)具有更高的傳送效率和更好的吸收性，可顯著減少農(nóng)藥用量，是解決傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑主要問題（環(huán)境污染、農(nóng)藥在生物體內(nèi)累積、病蟲害抗藥性的大幅增加）的有效工具。

納米農(nóng)藥是全球下一代農(nóng)藥制劑關(guān)鍵技術(shù)，已成為學(xué)界、業(yè)界的共識。這就是IUPAC對納米農(nóng)藥發(fā)展的總體看法。而發(fā)展納米農(nóng)藥與我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出的農(nóng)藥“零增長”“負(fù)增長”以及實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是高度相契合的。

關(guān)于納米農(nóng)藥的安全性問題——對納米農(nóng)藥安全性的質(zhì)疑?

對納米農(nóng)藥的環(huán)境安全性問題的擔(dān)憂和質(zhì)疑，一種比較典型的看法是：

由于納米農(nóng)藥同時含有納米材料和有效成分，其在增加生物活性的同時，也可增強(qiáng)有效成分對環(huán)境中非靶標(biāo)生物的生物有效性和生態(tài)毒性。納米材料和農(nóng)藥有效成分在環(huán)境中還易于發(fā)生相互作用，表現(xiàn)出復(fù)合效應(yīng)。

與含有相同有效成分但不含納米材料的常規(guī)農(nóng)藥相比，納米農(nóng)藥在生態(tài)毒性和環(huán)境風(fēng)險方面均有可能發(fā)生較大變化。因此，納米農(nóng)藥登記注冊和監(jiān)管過程中的環(huán)境安全性與風(fēng)險評估方法，需要在常規(guī)評價方法上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和修訂。

對于這種擔(dān)心和質(zhì)疑，我們認(rèn)為：

1）這種質(zhì)疑是建立在“有可能發(fā)生較大變化”的推測之上，目前并無實(shí)驗(yàn)結(jié)果或依據(jù)。既然只是一種可能性，也存在“可能不”的另一種情況。為了證實(shí)是否發(fā)生“在生態(tài)毒性和環(huán)境風(fēng)險方面”的變化，應(yīng)該開展研究工作。

2）問題的提出是以“納米農(nóng)藥同時含有納米材料和有效成分”作為前提，這就出現(xiàn)了一個以偏概全的錯誤。因?yàn)楦鶕?jù)現(xiàn)有納米農(nóng)藥的分類和存在劑型，大多數(shù)納米農(nóng)藥并不含有納米材料，表明質(zhì)疑者對納米農(nóng)藥的研究和發(fā)展并不了解。

3）大多數(shù)研究者傾向認(rèn)為，納米農(nóng)藥的特征在于制劑和稀釋后農(nóng)藥微粒的尺寸，而后者更為重要。現(xiàn)有農(nóng)藥劑型中的微乳劑，也被認(rèn)為是納米農(nóng)藥。它已使用多年，并未發(fā)現(xiàn)所述的“生態(tài)毒性和環(huán)境風(fēng)險方面”的問題。

關(guān)于納米農(nóng)藥的環(huán)境風(fēng)險問題——納米農(nóng)藥并不等同于納米材料

納米農(nóng)藥研究雖然源于納米材料和納米技術(shù)，但與納米材料在性能和應(yīng)用目的方面截然不同。材料的基本要求是強(qiáng)度，納米材料更不例外。納米材料的出現(xiàn)就是基于它對材料強(qiáng)度性能的顯著提高。作為材料則希望其可長久使用，因此材料是需要耐老化的，如一些無機(jī)納米材料（無機(jī)高分子）就可以基本不發(fā)生降解。而納米農(nóng)藥則是基于它對藥效性能的顯著提高，使用過后則希望盡快分解，減少在環(huán)境中的殘留。

截至到目前的文獻(xiàn)，納米農(nóng)藥大致可分為三類 （具體可參看專題中《納米農(nóng)藥的分類》一文）：

一是提高水中表觀溶解度的納米農(nóng)藥;

二是保護(hù)農(nóng)藥微粒并賦予緩控釋性能的納米農(nóng)藥;

三是納米金屬或納米金屬氧化物獨(dú)用或與農(nóng)藥合用的納米農(nóng)藥。

需要說明的是，美國化學(xué)委員會將大部分納米農(nóng)藥中的液體粒子如液滴、膠束，以及單個聚合物分子，明確排除在“工程納米材料”之外，即不屬于納米材料。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的歐洲委員會聯(lián)合研究中心也表示認(rèn)同。

關(guān)于農(nóng)藥制劑微粒尺寸大小的問題——納米農(nóng)藥并不是尺寸最小的微粒

首先這里涉及一個問題：是否所有農(nóng)藥品種都需要做成納米農(nóng)藥？

要回答這個問題，需要從農(nóng)藥的分類談起。根據(jù)是否水溶，農(nóng)藥品種大致分為水溶性和水不溶性兩大類。水溶性農(nóng)藥制劑就是水劑。溶于水的農(nóng)藥在水中是單分子分散，屬于真溶液，其分子尺寸小于1納米，在埃（，0.1 nm）數(shù)量級，比納米農(nóng)藥的尺寸還要小。因此，水溶性農(nóng)藥就不需要做成納米農(nóng)藥。

農(nóng)藥水劑在制劑中是以單分子分散狀態(tài)存在，但在噴灑后，是不是仍以這種狀態(tài)存在？回答是否定的。水劑稀釋液噴施時形成液滴，落在靶標(biāo)上的液滴隨水分的蒸發(fā)，農(nóng)藥分子會發(fā)生濃縮，最終形成農(nóng)藥分子的結(jié)晶聚集體。晶粒尺寸取決于液滴大小和農(nóng)藥的濃度。不論液滴如何小和濃度如何低，晶粒尺寸都會大于農(nóng)藥本身的分子尺寸。

我們考察10%烯啶蟲胺水劑常規(guī)噴霧后的情況表明，在加入10%表面活性劑的情況下，形成的聚集晶粒尺寸在幾個微米。

納米農(nóng)藥針對的是不溶于水的農(nóng)藥品種。因?yàn)樗鼈冊谒橘|(zhì)中噴灑，大都是結(jié)晶聚集體。晶粒的大小直接影響它的分散性和對靶標(biāo)的接觸程度，進(jìn)而影響藥效的發(fā)揮。

目前，大部分傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑在兌水稀釋后，農(nóng)藥微粒都在幾個微米尺寸以上。如果將它減小至對應(yīng)的納米尺寸，例如將幾個微米減小到幾個納米，相同形態(tài)的農(nóng)藥微粒數(shù)量可增加10億倍，表面積增加1000倍，藥效發(fā)揮就會更充分。

由此產(chǎn)生兩點(diǎn)認(rèn)識，一是納米農(nóng)藥針對的是不溶于水的農(nóng)藥品種;二是將農(nóng)藥微粒減小到盡可能小的納米尺寸，不僅可以發(fā)揮最大的藥效，而且制劑外觀透明，表觀水溶，熱力學(xué)穩(wěn)定，性能完全優(yōu)于傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑。

納米農(nóng)藥在噴施后，農(nóng)藥微粒是否發(fā)生聚集，取決于納米農(nóng)藥的類型和性能。如果發(fā)生聚集，其微粒尺寸就可能大于水劑農(nóng)藥的聚集尺寸。這樣，我們對不同農(nóng)藥劑型中農(nóng)藥微粒的尺寸大小就可以產(chǎn)生一個清晰的認(rèn)識，即農(nóng)藥制劑中農(nóng)藥微粒尺寸大小的排列順序如下：

傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型（μm）> 納米農(nóng)藥（nm）> 農(nóng)藥水劑（）。

關(guān)于噴灑納米農(nóng)藥可能產(chǎn)生飄移的問題

有不少人認(rèn)為，納米農(nóng)藥微粒尺寸那么小，無人機(jī)噴施時的霧滴又那么細(xì)，是不是更容易產(chǎn)生飄移？這一疑問代表了許多人的想法。

產(chǎn)生這一疑問的根源在于，沒有搞清楚無人機(jī)噴施藥液的霧滴大小與納米農(nóng)藥在介質(zhì)中的尺寸大小之間的關(guān)系問題。前述已表明，納米農(nóng)藥微粒的尺寸再小，也在1納米以上，總是還大于溶于水中的農(nóng)藥分子的尺寸。應(yīng)明確這樣幾點(diǎn)：

1）明確噴灑藥液與納米農(nóng)藥的關(guān)系。任何器械噴灑藥液，即使無人機(jī)噴灑的超低容量藥液，都是一種以農(nóng)藥有效成分為分散相、以水為分散介質(zhì)的分散體系。納米農(nóng)藥微粒是分散在水介質(zhì)中。農(nóng)藥器械噴灑的不是單個納米農(nóng)藥粒子，而是分散納米農(nóng)藥粒子的藥液。

2）明確霧滴粒徑與納米農(nóng)藥的關(guān)系。目前無人機(jī)噴灑的霧滴粒徑最小約為80微米。假設(shè)納米農(nóng)藥的尺寸是2納米，則霧滴尺寸是它的4萬倍。這可比喻成2毫米的米粒包含在一個80米直徑的大液體球中，里面分散了無數(shù)米粒。球的表面排滿了吸附的表面活性劑分子，里面的納米農(nóng)藥粒子即使想逃出都難。

3）明確飄移與納米農(nóng)藥的關(guān)系。噴灑的農(nóng)藥霧滴是否隨風(fēng)飄移，以及飄移的程度，取決于噴灑時的氣候條件如風(fēng)力大小、操作條件，以及是否加入防飄移劑。防飄移劑是一些分子量較大的水溶性高分子。加入防飄移劑可使藥液霧滴的比重和黏性增大，有效地起到防飄移效果。

善思于2018年委托環(huán)保部南京環(huán)境科學(xué)研究所對使用善思納米農(nóng)藥水性制劑全程植保水稻并對空氣、水體、土壤和作物進(jìn)行了全程跟蹤和檢測。對無人機(jī)噴灑納米農(nóng)藥過程的測試結(jié)果顯示，以無人機(jī)飛行的中線為準(zhǔn)，噴灑的藥液有90%降落在10米以內(nèi)。

關(guān)于納米農(nóng)藥與PM2.5的關(guān)系問題

PM2.5是指環(huán)境空氣中直徑小于或等于 2.5 微米的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中濃度越高，且在大氣中停留時間越長、輸送距離越遠(yuǎn)，就代表空氣污染越嚴(yán)重，對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響就越大。

納米農(nóng)藥與PM2.5的最大區(qū)別在于分散體系的分散介質(zhì)不同，它們分屬于兩個不同的分散體系。納米農(nóng)藥大多是以水為分散介質(zhì)進(jìn)行噴灑作業(yè)，分散介質(zhì)是水，分屬液-液或固-液分散體系，屬于膠體溶液。而PM2.5顆粒物的成分很復(fù)雜，但基本都是固體顆粒物，它的分散介質(zhì)是空氣，屬于氣溶膠。

納米農(nóng)藥微粒尺寸雖然比PM2.5小，但它是分散在至小也在80微米的液滴中，這一尺寸要比PM2.5大30倍以上，因此更容易下落，難以懸浮在空氣中。

對納米農(nóng)藥安全性的思考?

必須承認(rèn)，農(nóng)藥制劑本身就具有生物學(xué)和環(huán)境毒性，就是利用這一特性對防治對象進(jìn)行殺滅和控制。只不過人們希望的是，在對防治對象殺滅的同時，對其他生物和環(huán)境的毒性要小或在合理范圍。

如果使用相同的農(nóng)藥品種，納米農(nóng)藥與傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑相比，可通過合理的設(shè)計(jì)，選擇助劑及工藝等技術(shù)手段，盡可能地減少對環(huán)境的安全性隱患?？伤伎家韵聨讉€方面。

（1）助劑、溶劑和載體物質(zhì)的毒性

除農(nóng)藥原藥外，納米農(nóng)藥和傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑一樣，都要使用助劑、溶劑（包括水），有的還要使用載體物質(zhì)。這樣，納米農(nóng)藥制劑是否對環(huán)境友好和安全，就取決于使用的助劑、溶劑以及載體物質(zhì)的毒性。只有做到除農(nóng)藥原藥之外使用的所有物質(zhì)都是低毒的、無毒的、環(huán)境友好的，才能制備出綠色納米農(nóng)藥。

首先，助劑大部分是表面活性劑，不少表面活性劑都是環(huán)境友好的，但也有些表面活性劑具有毒性，如壬基酚聚氧乙烯醚就具有內(nèi)分泌干擾毒性，在選擇時應(yīng)注意助劑的性能。

其次，使用溶劑是為了獲得農(nóng)藥單分子分散的溶液。以現(xiàn)有的技術(shù)水平，將農(nóng)藥原藥固體完全分散成納米尺寸，僅靠機(jī)械力是困難的或難以實(shí)現(xiàn)的。只有通過溶劑溶解成溶液后，才能將其分散成不同類型的納米分散形態(tài)。

因此，在納米農(nóng)藥的制備中，溶劑的使用幾乎不可避免。當(dāng)然也會有例外。由于有機(jī)溶劑一般都具有毒性，因此在選擇時就需要關(guān)注溶劑的毒性。苯類、鹵代烴類等溶劑屬于高毒溶劑，一定要避免使用，而毒性相對較小的酯類、酮類、天然植物源類等，可作為選擇使用的對象，關(guān)鍵在于其對農(nóng)藥的溶解度。

最后，載體物質(zhì)的選擇使用是根據(jù)納米農(nóng)藥的類型而定。如果需要使用，在選擇時亦應(yīng)考慮它的毒性，如選擇天然高分子和脂質(zhì)體類。

（2）助劑、溶劑和載體物質(zhì)的可生物降解性能?

在關(guān)注助劑、溶劑和載體物質(zhì)的毒性的同時，為環(huán)境安全性考慮，還要關(guān)注它們的可生物降解性能。在綠色納米農(nóng)藥的研制過程中，應(yīng)盡可能選擇容易生物降解的載體物質(zhì)，包括天然高分子載體、脂質(zhì)體載體、天然物質(zhì)或天然物質(zhì)衍生物等。當(dāng)物質(zhì)存在結(jié)構(gòu)異構(gòu)體時，應(yīng)選擇直鏈烷基而不是支鏈烷基的助劑等。

大道至簡。發(fā)展納米農(nóng)藥，在選擇和使用除農(nóng)藥有效成分之外的所有物質(zhì)時，如果能關(guān)注到它們的毒性和可生物降解性能，如果農(nóng)藥原藥本身對環(huán)境風(fēng)險也低，那么就可以實(shí)現(xiàn)綠色納米農(nóng)藥的發(fā)展。

（3）研究納米農(nóng)藥的初心就是為了減輕環(huán)境污染?

研究和發(fā)展納米農(nóng)藥的初衷就是為減少農(nóng)藥用量和減少對環(huán)境的污染。納米農(nóng)藥由于農(nóng)藥微粒尺寸減小，藥效提高，可以明顯減少農(nóng)藥用量。

善思幾年的大面積試驗(yàn)表明，納米農(nóng)藥在防效優(yōu)于或持平傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑、產(chǎn)量略有提高的前提下，獲得農(nóng)藥減量20%～30%或以上的結(jié)果。事實(shí)上，農(nóng)藥明顯減量本身，就減輕了因施用農(nóng)藥帶來的環(huán)境污染問題，降低了對生態(tài)環(huán)境的安全隱患。

難能可貴的是，連續(xù)5年全程使用善思納米農(nóng)藥植保水稻生產(chǎn)的大米，對所有使用的農(nóng)藥品種進(jìn)行檢測，均為農(nóng)殘“未檢出”。這表明納米農(nóng)藥在減量的同時，也可生產(chǎn)安全農(nóng)產(chǎn)品。

（本文作者系善思科技首席科學(xué)家）