出品：科普中國(guó)
作者：滕國(guó)鵬（中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所）
監(jiān)制：中國(guó)科普博覽
編者按：為展現(xiàn)智能科技動(dòng)態(tài)，科普中國(guó)前沿科技項(xiàng)目推出“人工智能”系列文章，一窺人工智能前沿進(jìn)展，回應(yīng)種種關(guān)切與好奇。讓我們共同探究，迎接智能時(shí)代。
AI助農(nóng)小助手名片
小助手：pH響應(yīng)型智能農(nóng)藥輸送系統(tǒng)
三大法寶：高載藥量；抗紫外降解；智能遞送農(nóng)藥
兩大關(guān)鍵技術(shù)：自組裝技術(shù)；配位相互作用
能量值：5顆星
證件照：
智能所創(chuàng)新pH響應(yīng)自組裝系統(tǒng)的制備流程和作用機(jī)制
（圖片來(lái)源：作者提供）
AI助農(nóng)小助手自我介紹
很高興認(rèn)識(shí)你，我是pH響應(yīng)型智能農(nóng)藥輸送系統(tǒng)，是中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所這個(gè)大家庭的成員之一。
作為一種用于遞送疏水性農(nóng)藥的通用平臺(tái)，我具有載藥量高、可持續(xù)供應(yīng)農(nóng)藥和pH智能控釋的特性，同時(shí)，我還具有優(yōu)異的抗紫外線和耐熱性、突出的葉面親和力和優(yōu)異的土壤固存性，這些性質(zhì)保證了我在害蟲(chóng)和雜草管理中的效力。
總的來(lái)說(shuō)，我的出現(xiàn)為開(kāi)發(fā)高效和環(huán)保的農(nóng)藥制劑提供了一種很有前途的方法，極大地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
為了提高全球農(nóng)作物產(chǎn)量，人類每年都會(huì)使用數(shù)以百萬(wàn)噸的農(nóng)藥來(lái)控制雜草、蟲(chóng)害和植物病害。傳統(tǒng)農(nóng)藥的快速釋放、揮發(fā)、光解和施藥后的淋溶造成了農(nóng)藥大量的損失，對(duì)環(huán)境和非靶標(biāo)生物構(gòu)成了威脅，造成了農(nóng)藥濫用。
為了最大限度地減少農(nóng)藥的不利影響，科學(xué)家們正在加緊研究更綠色的農(nóng)藥制劑，包括更具靶向性的有效成分和控釋制劑等。與開(kāi)發(fā)成本高、耗時(shí)長(zhǎng)的新型農(nóng)藥活性成分相比，依靠目前使用的農(nóng)藥活性成分制造控釋制劑，是提高農(nóng)藥藥效和降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的更直接的策略。
基于此，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所的吳正巖和張嘉團(tuán)隊(duì)利用配位作用誘導(dǎo)的自組裝技術(shù)，制備了pH響應(yīng)型智能農(nóng)藥輸送系統(tǒng)，“我”便誕生了！與商業(yè)制劑相比，我可以實(shí)現(xiàn)從遞送平臺(tái)中靶向、智能地釋放活性成分，并延長(zhǎng)持效期，顯著提高農(nóng)藥的利用效率。
（a）用不同材料處理60小時(shí)后，甘藍(lán)葉上的小菜蛾（n=10）的照片和（b）相應(yīng)的死亡率，表明智能農(nóng)藥比原藥和商業(yè)制劑抗紫外性能更好，持效期更長(zhǎng)。（c）不同pH值（5.5、7.0和8.5）下HCEAT處理24小時(shí)后小菜蛾（n=10）的死亡率和（d）相應(yīng)的照片，表明智能農(nóng)藥具有優(yōu)異的pH響應(yīng)能力。
（圖片來(lái)源：作者提供）
（a） 經(jīng)過(guò)30天不同處理后的反枝莧的照片。注意，12mg/mL的HCEPT含有1.4mg/mL的PMT。（b）百慕大草在不同pH值（5.5、7.0和8.5）下處理7天后的照片。以上結(jié)果表明智能農(nóng)藥輸送系統(tǒng)負(fù)載不同的農(nóng)藥仍具有優(yōu)異的持續(xù)供應(yīng)和pH智能響應(yīng)的能力。
（圖片來(lái)源：作者提供）
“配位”有何妙處？
配位作用是指金屬離子與配位體通過(guò)配位鍵結(jié)合在一起，其中配位體是指能夠向金屬中心提供孤對(duì)電子的分子或離子。配位方法成本低廉、操作簡(jiǎn)單且不會(huì)引入新的有機(jī)物對(duì)環(huán)境造成影響，因此配位作用在農(nóng)藥制劑領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。
在含有金屬配位鍵的智能農(nóng)藥遞送系統(tǒng)中，不僅可以利用配位鍵和相互作用智能調(diào)節(jié)農(nóng)藥分子的釋放，還可以充分利用配位鍵中金屬離子的功能性，以提高載體的原子經(jīng)濟(jì)性（如Fe3+可作為葉面肥，Cu2+可作為殺菌劑等等）。
自組裝技術(shù)是指通過(guò)分子間的相互作用，使分子自發(fā)地組織成有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程。自組裝可以根據(jù)組成和形成的材料類型分為分子自組裝、聚合物自組裝以及納米顆粒自組裝，此技術(shù)具有簡(jiǎn)單高效、可調(diào)性和高度有序的優(yōu)勢(shì)，在納米科技、材料科學(xué)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用潛力。
ph試紙測(cè)試
（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）
pH響應(yīng)材料是一類在不同的pH條件下表現(xiàn)出不同性質(zhì)或行為的智能材料。具有可調(diào)節(jié)性、生物相容性、多功能性以及智能性的特點(diǎn)，能夠根據(jù)外部pH變化進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，廣泛用于生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測(cè)和材料科學(xué)等領(lǐng)域。
我利用了金屬-配體配位相互作用誘導(dǎo)的自組裝策略，用一種具有六個(gè)配體的螯合劑乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）通過(guò)簡(jiǎn)單易行的配位作用對(duì)鈣離子處理的埃洛石納米管（HNTs）進(jìn)行了結(jié)構(gòu)控制，從而制備了HNTs多孔微球，并將其作為疏水性農(nóng)藥負(fù)載的通用平臺(tái)。
與界面聚合等其他方法相比，配位相互作用更容易實(shí)現(xiàn)，環(huán)境友好，金屬-配體配位鍵的動(dòng)態(tài)性質(zhì)賦予了組裝結(jié)構(gòu)對(duì)pH、濕度和酶等刺激的內(nèi)在響應(yīng)。
此外，我也表現(xiàn)出更好的抗紫外線照射能力、更高的葉面親和力和更小的淋溶效果，而載體材料對(duì)作物和人的影響可以忽略不計(jì)，具有良好的生物安全性。
我的出現(xiàn)為開(kāi)發(fā)高效和環(huán)保的農(nóng)藥制劑提供了一種很有前途的方法，對(duì)農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展具有重要意義。
我如何對(duì)抗農(nóng)藥害蟲(chóng)？
小菜蛾是一種具有高度適用性和抗藥性的農(nóng)藥害蟲(chóng)，主要危害十字花科植物，如白菜、甘藍(lán)、蘿卜和薺菜等，因此在農(nóng)業(yè)中造成的危害非常廣泛。將我噴施于蔬菜之后，在平常時(shí)期，我能夠持續(xù)地給藥，起到緩釋的作用，可以達(dá)到較長(zhǎng)的防治效果。
當(dāng)病蟲(chóng)害爆發(fā)時(shí)，我可以根據(jù)周圍環(huán)境變?yōu)樗嵝缘那闆r，包膜降解，自組裝結(jié)構(gòu)發(fā)生崩塌，在短時(shí)間內(nèi)釋放大劑量的農(nóng)藥，以快速殺滅害蟲(chóng)。
通過(guò)上述策略，我可以全方位地防止蔬菜被害蟲(chóng)啃食，從而提高蔬菜產(chǎn)量。同時(shí)，我能夠負(fù)載不同類型的藥物，均能夠達(dá)到緩釋的效果，同時(shí)我的pH響應(yīng)特性可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥的調(diào)控，提高農(nóng)藥利用率，減少農(nóng)藥高施低效引發(fā)的農(nóng)藥流失，可以應(yīng)用于可持續(xù)農(nóng)業(yè)。
小助手寄語(yǔ)
我通過(guò)精準(zhǔn)、智能的藥物釋放，大大減少了農(nóng)藥的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染，降低了農(nóng)藥殘留對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的威脅。同時(shí)，我也有效提高了農(nóng)作物的生產(chǎn)效率，保障了糧食安全，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向綠色、可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型。希望社會(huì)各界重視并支持智能農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，共同推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，構(gòu)建更加環(huán)保、高效、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，造福未來(lái)社會(huì)。
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