納米科技與農(nóng)業(yè)有機(jī)結(jié)合

李麗穎

采用現(xiàn)代前沿科技手段，發(fā)展高效、安全的新型農(nóng)藥、獸藥、疫苗，是推動(dòng)農(nóng)業(yè)藥物提質(zhì)增效與節(jié)量減排、改善食品安全與生態(tài)環(huán)境的重大科技需求。日前，中國(guó)農(nóng)科院聯(lián)合攻關(guān)重大科研任務(wù)“農(nóng)業(yè)納米藥物靶向遞送機(jī)理研究與新產(chǎn)品創(chuàng)制”召開(kāi)啟動(dòng)會(huì)。該項(xiàng)重大科研任務(wù)是由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所牽頭，聯(lián)合三個(gè)研究所及三家企業(yè)組織實(shí)施的多學(xué)科交叉攻關(guān)項(xiàng)目，正是針對(duì)這一重大科技需求。

從2020年起，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院針對(duì)農(nóng)業(yè)農(nóng)村技術(shù)短板和“卡脖子”突出問(wèn)題等，部署和實(shí)施了一批重大科研任務(wù)。中國(guó)農(nóng)科院黨組書(shū)記張合成表示，此次任務(wù)聚焦農(nóng)業(yè)納米藥物的安全性、有效性及應(yīng)用性，就是要努力攻破國(guó)外壟斷的“卡脖子”技術(shù)，發(fā)揮農(nóng)業(yè)科研國(guó)家隊(duì)的引領(lǐng)作用，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)藥物產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

納米技術(shù)并不遙遠(yuǎn)

納米技術(shù)聽(tīng)起來(lái)“高精尖”，但實(shí)際上距離我們生活并不遙遠(yuǎn)。任務(wù)牽頭人崔海信研究員向記者進(jìn)行了淺顯易懂的解釋：“納米是一種長(zhǎng)度的度量單位，一納米等于百萬(wàn)分之一毫米。納米技術(shù)，則是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1-100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。”盡管納米用肉眼看不到，納米尺度的物質(zhì)在生活中卻隨處可見(jiàn)，比如玉米汁中的部分淀粉顆粒結(jié)構(gòu)就是100納米大小。事實(shí)上，我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X、智能手機(jī)，甚至食品、飲料中都可能應(yīng)用了納米技術(shù)。納米科技與傳統(tǒng)科技的滲透與融合正在掀起新一輪的產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命。正是因?yàn)榧{米科技，使得大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等一系列信息技術(shù)得以全面普及和應(yīng)用。

納米技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了與納米相關(guān)的很多新興學(xué)科，比如納米醫(yī)學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)等，而納米科技與農(nóng)業(yè)結(jié)合催生了納米農(nóng)業(yè)投入品的誕生。

目前，納米科技與新材料集成創(chuàng)新與應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域正孕育著顛覆性技術(shù)突破，也為發(fā)展高效、綠色與可持續(xù)農(nóng)業(yè)提供了前沿科技手段。尤其是利用納米技術(shù)創(chuàng)制高效、安全、低殘留“納米農(nóng)藥”，已成為綠色農(nóng)藥創(chuàng)新發(fā)展的主流。2019年，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)首次公布了未來(lái)將改變世界的十大化學(xué)新興技術(shù)，其中納米農(nóng)藥位居首位。

記者了解到，中國(guó)農(nóng)科院在國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展了納米科技與農(nóng)業(yè)科學(xué)的交叉研究，尤其是2014年啟動(dòng)了國(guó)家納米農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的第一個(gè)國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“利用納米材料與技術(shù)提高農(nóng)藥有效性與安全性的基礎(chǔ)研究”，通過(guò)納米科技、新材料、化工、制藥與植保等多學(xué)科交叉的協(xié)同創(chuàng)新，系統(tǒng)創(chuàng)立和發(fā)展了綠色納米藥物制備理論與技術(shù)體系，在納米藥物設(shè)計(jì)原理、增效機(jī)理、制備技術(shù)與工藝集成等方面，形成了一批具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果。

崔海信介紹，此次重大聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容為針對(duì)主要農(nóng)藥、獸藥、疫苗品種，系統(tǒng)地闡明具有靶向傳輸與智能釋放等功能的新型農(nóng)業(yè)納米藥物創(chuàng)制原理與方法；揭示其改善藥物有效性、安全性、靶標(biāo)特異性與生物抗藥性的作用機(jī)制，創(chuàng)立顛覆性的綠色農(nóng)業(yè)藥物制備技術(shù)體系。在前期既有研究工作基礎(chǔ)上進(jìn)一步推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)納米藥物產(chǎn)業(yè)化，重點(diǎn)創(chuàng)制一批高效、安全與低殘留的農(nóng)藥、獸藥、疫苗等綠色納米藥物制劑，突破其規(guī)?；闹苽涔に嚺c裝備系統(tǒng)，突破我國(guó)獸用疫苗佐劑長(zhǎng)期依賴進(jìn)口局面，滿足國(guó)家糧食安全、食品安全、生態(tài)安全等方面的重大戰(zhàn)略需求。

納米科技推動(dòng)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效

我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)藥物長(zhǎng)期低效使用，農(nóng)藥利用率不足40%，獸藥生物利用度低，疫苗缺乏靶向性，持效期較短?！凹{米材料因其尺寸小、結(jié)構(gòu)特殊，而具有許多新的理化特性，這些特性使納米科技給農(nóng)業(yè)藥物領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化?！贝藓Ｐ耪f(shuō)，利用納米載體的小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)、隧道效應(yīng)、靶向傳輸與控釋功能，可將藥物定時(shí)、定量或動(dòng)態(tài)地傳遞到作用靶標(biāo)，最大限度地提高利用度。

中國(guó)農(nóng)科院植物保護(hù)研究所黃啟良研究員說(shuō)：“利用納米技術(shù)將農(nóng)藥粒子從傳統(tǒng)的微米級(jí)別降低至納米級(jí)別，農(nóng)藥的功效會(huì)得到充分發(fā)揮，推動(dòng)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效?！?/p>

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部制定的《農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展技術(shù)導(dǎo)則（2018至2030）》，已將納米農(nóng)獸藥產(chǎn)品列入新型綠色投入品儲(chǔ)備目錄。全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心首席專家王鳳樂(lè)指出，納米農(nóng)藥有利于推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，有非常明顯的幾項(xiàng)使用優(yōu)勢(shì)：一是提高農(nóng)藥藥效。將農(nóng)藥制成納米顆粒，增加藥劑擴(kuò)散性、滲透性、傳導(dǎo)性等，必將促進(jìn)藥效提高，是實(shí)現(xiàn)減施增效的重要手段；二是減少農(nóng)藥用量。納米農(nóng)藥通過(guò)減小農(nóng)藥粒徑，增大接觸面積，有利于增強(qiáng)農(nóng)藥液滴在作物葉面和有害生物表面的親和力，進(jìn)而減少農(nóng)藥流失，一般減藥20%-30%防效不降低；三是便于航空施藥。納米農(nóng)藥制劑在溶劑中可實(shí)現(xiàn)均勻分散、性能穩(wěn)定，且在農(nóng)藥多元混配時(shí)的混合性好，做到兌水不分層、不析出、不沉淀，無(wú)須桶混，提高配藥速度3-5倍；四是延長(zhǎng)藥劑持效期。農(nóng)藥噴灑后其有效成分易受光照、氧氣、溫度影響發(fā)生降解或分解，利用納米技術(shù)控制農(nóng)藥釋放速度，對(duì)有效成分實(shí)施某種保護(hù)，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的長(zhǎng)效緩釋；五是生產(chǎn)加工環(huán)保。傳統(tǒng)乳油制劑有機(jī)溶劑含量達(dá)90%，以水取代有機(jī)溶劑，不使用高毒的苯類溶劑和助劑，可從根本上解決農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題。

在疫苗方面，納米疫苗佐劑研發(fā)至關(guān)重要。免疫佐劑作為疫苗不可或缺的重要組成，對(duì)增強(qiáng)疫苗的免疫效果具有重要影響。蘭州獸醫(yī)研究所景志忠研究員說(shuō)，長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)免疫佐劑的研制進(jìn)展緩慢，動(dòng)物疫苗佐劑為國(guó)外壟斷，已嚴(yán)重制約疫苗產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前，生物納米材料作為一種新型的疫苗載體和佐劑引起了廣泛關(guān)注。精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)制的分子免疫佐劑，為換代疫苗的研發(fā)提供了基礎(chǔ)。納米疫苗的優(yōu)勢(shì)具有緩釋和靶向作用，可提高藥物的溶解度和利用度。研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于納米技術(shù)的新佐劑，無(wú)疑將推動(dòng)我國(guó)動(dòng)物疫病防控產(chǎn)品的高效利用，進(jìn)而推動(dòng)畜牧業(yè)提質(zhì)增效。

納米農(nóng)藥已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

目前，我國(guó)納米農(nóng)藥已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，優(yōu)先產(chǎn)業(yè)化的納米農(nóng)藥類型主要為可顯著提高農(nóng)藥表觀溶解度的水性化納米農(nóng)藥，包括納米乳劑、微乳劑、納米分散劑（納米懸浮劑）等。針對(duì)納米農(nóng)藥創(chuàng)新的“定制化”生產(chǎn)及“航空植保專用藥劑”，正聯(lián)合無(wú)人機(jī)飛防進(jìn)行示范。

王鳳樂(lè)介紹說(shuō)，全國(guó)已先后在19個(gè)省區(qū)的170多個(gè)縣，以水稻、小麥、玉米、柑橘等17種作物的20種防治對(duì)象開(kāi)展了納米農(nóng)藥試驗(yàn)示范。值得一提的是，崔海信團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)農(nóng)科院植保所、中科院國(guó)家納米中心、清華大學(xué)等單位在進(jìn)行納米農(nóng)藥創(chuàng)新研究的同時(shí)，開(kāi)發(fā)了一批綠色納米農(nóng)藥新劑型，并結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)科研專項(xiàng)化肥農(nóng)藥“兩減”項(xiàng)目實(shí)施，開(kāi)展了一系列試驗(yàn)示范，實(shí)驗(yàn)效果證明納米農(nóng)藥可增強(qiáng)藥效功能、提高防效、減少農(nóng)藥用量、延長(zhǎng)持效期，具有良好的推廣應(yīng)用前景。他建議，加強(qiáng)科研單位、生產(chǎn)企業(yè)、推廣部門(mén)等對(duì)接協(xié)作，開(kāi)展納米農(nóng)藥應(yīng)用技術(shù)集成優(yōu)化，探索我國(guó)主要農(nóng)作物納米農(nóng)藥使用技術(shù)集成解決方案。

此次科研任務(wù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)引進(jìn)三家企業(yè)，正是“政產(chǎn)學(xué)研”協(xié)作機(jī)制的一次創(chuàng)新。崔海信表示，本任務(wù)將緊密結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，面向市場(chǎng)需求，探索合理的產(chǎn)學(xué)研模式，重點(diǎn)突破中試生產(chǎn)工藝與裝備系統(tǒng)，創(chuàng)制納米農(nóng)藥、獸藥、疫苗新產(chǎn)品集群，加速我國(guó)農(nóng)業(yè)藥物產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。