近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所资源创新中心汪国忠研究员团队在纳米农药叶面高效递送研究方面取得重要进展。团队受肠道定植细菌粘附机制启发，创新性提出粗糙界面硅基载体的纳米-生物界面互锁策略，通过纳米载体表面菌毛状刺突结构实现与叶片表面机械互锁，同时结合氢键相互作用增强多尺度界面协同黏附，有效解决传统农药喷施过程中液滴反弹、雨水冲刷流失导致农药利用率低这一关键问题。相关研究成果以“Nano-biointerface interlocking strategy based on bacteriomorphic silica nanocarriers for high‑performance foliar delivery of imidacloprid”为题发表在Journal of Controlled Release（J. Control. Release, 2026, doi.org/10.1016/j.jconrel.2026.115301）上。

随着全球人口增长和农业集约化发展，作物病虫害防治对粮食安全的重要性日益凸显。传统农药喷施后易受叶面蜡质层疏水性、液滴反弹、雨水冲刷、紫外光降解及挥发等因素影响，大量活性成分无法有效沉积于叶片表面，非靶向损失可高达90%，导致需要反复施药，不仅增加生产成本，还加剧环境污染和生态风险。尽管纳米载体的出现能够提高农药负载和缓释性能，但现有纳米农药仍存在叶面附着力不足、抗雨水冲刷性能有限、纳米颗粒易团聚以及长期环境累积等问题，难以兼顾高效递送与实际田间应用需求。因此，如何构建兼具高效叶面黏附、强抗冲刷能力和良好生物安全性的纳米递送体系，突破农药在叶面的低沉积、易流失等瓶颈，已成为提高农药利用效率和推动绿色农业发展的关键科学挑战。

鉴于此，研究人员受肠道定植细菌菌毛黏附机制启发，设计并构建了具有粗糙表面的球形和棒状中空二氧化硅仿生纳米载体（SRHS和RRHS），并采用真空浸渍法负载吡虫啉，制备出新型仿生纳米农药（SRHSIS/RRHSIS）。与传统光滑纳米载体相比，所构建的仿生粗糙结构具有丰富的刺状纳米突起和中空储药空间，在保证较高载药量的同时维持了良好的颗粒分散性。结构表征显示，SRHSIS和RRHSIS完整保留了粗糙表面形貌，能谱、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱及拉曼光谱分析进一步证实了吡虫啉和蔗糖在载体中的成功负载。仿生刺状结构能够模拟细菌菌毛的黏附行为，通过与叶片蜡质层形成机械互锁并建立氢键相互作用，显著增强农药在叶面的附着能力和抗雨水冲刷性能，同时赋予载体优异的缓释性能和紫外稳定性，从而有效提高农药利用率，为高效叶面递送体系的构建提供了新的设计策略。

在此基础上，团队系统评估了仿生纳米农药的叶面沉积性能、生物活性及田间应用潜力。实验结果表明，SRHSIS和RRHSIS能够在棉花、大豆、番茄等多种作物叶片表面形成均匀稳定的沉积层，即使经历模拟降雨冲刷后仍保持较高的叶面滞留量，其叶面残留量分别达到商业吡虫啉制剂的4.8倍和5.2倍。得益于优异的叶面黏附和持续释放特性，两种纳米农药显著提高了吡虫啉对蚜虫的防治效果，最低致死浓度（LC₅₀）降低至1.6 mg/L，并在10 mg/L浓度下实现对白菜蚜虫的近乎完全防控。同时，植物安全性和斑马鱼毒性评价表明，该仿生纳米农药未表现出明显的植物毒性和短期生物毒性，展现出良好的生物安全性，为低剂量、高效率、绿色农药制剂的开发提供了重要参考。

上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、中国博士后科学基金博士后资助计划、中国科学院合肥物质科学研究院院长基金等项目的支持。固体所博士生唐琪为第一作者，博士后李文超和汪国忠研究员为通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2026.115301

图1. （a）SRHSIS与RRHSIS合成路线示意图；（b）SRHSIS与RRHSIS在蚜虫防治中的应用。

图2. 不同吡虫啉农药制剂的缓释性能（a），抗光解效果（b），叶片附着效果（c-d）及附着机理探究（e-f）。

图3. 不同吡虫啉制剂对小白菜蚜虫的治疗效果（a-b）与预防效果（c-d）。