近日，中国农业大学杜凤沛教授团队（高效绿色农药助剂与胶体界面化学研究团队）在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了同时具有高保水性和智能控释能力的载药水凝胶及其土壤施用效果的研究。省力化问题一直是农业领域备受关注的焦点，而该研究开发的载药水凝胶为农药递送体系与农业保水剂的结合提供了理论基础。该研究服务于国家绿色农业发展的战略，为农业省力化研究提供了一种新的思路。该项工作已被ACS官方微信号（ACS材料X）推送发布。

       水凝胶是一种由亲水三维网络构建的类固体材料，其优良的结构特性、保水性、缓释性、多重响应性、生物相容性等使其成为农业领域具有较大应用潜力的材料之一。然而，目前水凝胶在农业领域的应用相对比较局限，仅作为农药载体材料实现药物递送，或单独用作保水剂提升土壤保水能力。两种应用场景的结合未见报道，而在土壤农药施用过程中，土壤湿度对活性成分的扩散、迁移、内吸、传导等环节有重要影响，因此，若将水凝胶的载药能力与保水特性结合到一种农业水凝胶配方中，可有效促进绿色农业的可持续发展。

       本项工作以聚环糊精P(β-CD)和金刚烷修饰的聚丙烯酸 (PAA-Ada)分别为主体和客体分子，通过简单的物理混合，利用二者间主客体作用形成水凝胶（图1）。

图1：高保水性、智能控释的多重响应性载药水凝胶的构筑示意图

 同时，将农药活性成分负载，实现了对氟虫腈、吡虫啉和噻虫嗪等杀虫剂的均匀物理包封，载药量可达60%。该水凝胶独特的结构特性使其在不同温度（25、35、45°C）和pH值（5.0、6.8、10.0）条件下表现出不同的控释行为（图2）。此外，由于β-CD环上的α-1,4-糖苷键会受到淀粉葡糖苷酶的分解，从而赋予了该水凝胶酶响应性。凝胶网络上丰富的亲水官能团也使得该体系具有较高的保水能力和减缓水分蒸发的效果。该凝胶体系的加入，使得土壤与砂土的最大吸水率分别提高31.6%和13.9%。基于此，智能控释能力与优良保水能力的结合使得该载药体系对蚯蚓的急性毒性降低了52.4%，对蚜虫的室内防效提高了47.3%，显示出更低的非靶标生物毒性和更好的杀虫效果。

图2：载药凝胶的智能释放行为、保水性以及药效测试

本文通过主客体作用构建了一种多重响应智能水凝胶，实现对多种杀虫剂的高效负载。一方面，该农药递送体系可以在不同外界条件下智能释放活性成分；另一方面，递送体系良好的保水能力可以保持土壤的湿度。二者的结合使其显示出了良好的环境安全性和对蚜虫的药效，为水凝胶在农业可持续领域的发展提供了新的思路。

 本研究由国家自然科学基金委员会（31972315）和国家重点研发计划（2021YFA0716700）资助。中国农业大学为第一完成单位，理学院2022级博士生吴天岳为第一作者，杜凤沛教授、高玉霞博士为共同通讯作者。