创新驱动升级，纳米农药助推农药增效减排与农业绿色发展

2024年3月30日至31日，“中国化学会第一届纳米农药学术讨论会”在北京中国职工之家隆重召开。来自全科教与企事业单位的400多名代表参加会议。这次会议以纳米农药与农业绿色发展为主题，发表与交流纳米农药理论与应用创新成果，研讨“产学研用”协同创新机制，共谋纳米农药产业化发展大计。同时发起成立了中国农药工业协会纳米农药专业委员会。会议由中国化学会主办，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、中国农药工业协会等单位协办，中国化学会农业化学专业委员会副主任崔海信研究员担任大会主席。

       华东师范大学校长钱旭红院士、中国工程院党组成员兼秘书长陈建峰院士、农业农村部种植业管理司一级巡视员朱恩林、中国农业科学院副院长刘现武、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所所长赵立欣、中国农药工业协会常务副会长李钟华、江苏扬农化工股份有限公司总经理吴孝举、中农立华生物科技股份有限公司董事长苏毅等出席会议。

       在此次会议中，钱旭红院士指出，当前“纳米农药”正在成为新一代绿色农药创新发展主流，开启了植保施药技术向靶向性与智能化方向发展的新时代，为传统化学农药的节量减排开启了新途径。陈建峰院士指出，纳米农药是面向国家粮食、食品与生态安全开展多学科交叉研究的优势领域，我国纳米农药科学阵容日益发展壮大，主导和引领了国际纳米农药学的创新发展。朱恩林巡视员指出，我国纳米农药创制理论与应用研究已经进入了世界前列，从原始创新迈向产业化发展阶段，为我国由农药大国向农药强国转型升级提供了良好机遇。与会权威专家与学者建议，政府相关主管部门将纳米农药列为农业前沿引领性技术重点培育，制定和出台相关政策与规范，引领绿色纳米农药产业健康发展与科学安全使用。

超限制造微纳技术在农药创新中意义巨大

       华东师范大学校长钱旭红院士指出，农药工业是典型的流程工业，以间歇式、批操作为主，过程不连续，迫切需要向绿色、低碳、高效转型。纳米限域化学过程，相比于通道外部和体相中过程，具有更高的选择性和转换效率。

       2018年9月，学界正式提出“超限制造”概念，是基于飞秒超快激光的变革性制造，并作为拟强化突破的15项战略前沿技术之一，被列入上海市科创中心建设“十四·五”规划。在实际应用中，应急管理部对化工反应过程风险应对的建议措施中提出，风险高但必须实施产业化的项目，要努力优先开展工艺优化或改变工艺方法降低风险，例如通过微反应、连续流完成反应；并配置常规自动控制系统，对主要反应参数进行集中监控及自动调节。由此，微纳连续流动化学或能助力化学工业换道超车。在化工、制药等流程产业，超限制造可以推动产业重大变革。

       2019年，微反应系统在全球工程开发前沿排名第四，纳米农药和流动化学被列为当年化学领域十大新兴技术。将以上几者结合的微化工、连续流合成技术在国内日益受到重视。由此，流动化学在农用化学品合成上开始应用，主要包括加氢、氰化、硝化、叠氮化、磺化和氧化等过程，并在连续制造关键中间体过程中有所突破。

       当前，传统纳米农药制备及规模化具备一定的生产瓶颈。一是工程控制：批次间差异大、难以放大；二是产能受限：专用设备缺乏、规模化受限；三是成本高昂：设备投入与维护、能耗、占地均需要一定成本；四是管理问题：安全、“三废”排放及环境问题亟需管理。超限制造具有加工精度高、可加工大尺寸芯片、可实现芯片的量产的优势，或能解决纳米农药连续化流动合成和制备方面的瓶颈。未来，“超限制造的微纳物质流芯片及器件”的远景目标是在微纳尺度水平通过大规模缩微集成颠覆性地改变传统产业的宏观形态，创造新的高新技术产业，实现产业超越并拓展。

绿色纳米农药制造增效明显

       中国工程院党组成员、秘书长陈建峰院士表示，农药是保障粮食安全的物质基础，但农药传统剂型存在有机溶剂用量大、粉尘飘移、分散性差等缺陷。用工程理念改进剂型是提高产量和技术，保障粮食安全，实现农业绿色化减量增效的重要途径。

       纳米技术是国际竞争的前沿技术。利用纳米载体的尺寸效应、界面效应、隧道效应、靶向传输与控释功能，克服生产环境与生物障碍，将药物定时、定量或动态地传递到作用靶标，为绿色农药创制开辟了新途径。当前，纳米农药处于“新的科学发现和完全商品化”之间，其增效机理主要是通过水基分散提高分散性、载体包封增加稳定性、靶向传输提高利用率、可控释放延长持效期、催化分解提高降解率，让使用过程更有效、经济、安全。

       相关方面预测，预计到2031年全球纳米农药市场规模将达16亿美元，未来复合年均增长率将达12.5%。在前沿法规和市场的烘托下，纳米农药的农业应用前景广，具有平台性，在除草剂、杀虫剂、杀菌剂、多元混配均适用，将成为优异的投资领域。然而，在产业化应用方面，纳米农药具有成本高、安全性评价、环境残留等问题，成为了制约其规模化应用的瓶颈。由此产生的关键科学与技术攻关问题主要包括低成本规模化制备纳米技术、水分散智能控释纳米农药制剂和环境安全标准化田间应用示范。

       在技术经济社会效益方面，纳米农药增效明显。在技术上，可减施增效，使农药原药用量减少50%，持效期延长30%以上；在经济上，可以减少农药使用量和施药次数，施药成本可降低25%以上，提高农产品质量与附加值，增加农民收入；在社会环境上，可从源头控制农药面源污染，农药田间投放量可减少50%，杜绝有害溶剂与助剂次生污染。

       由此，纳米农药的研发总体思路应基于农药减施增效的国家重大需求创新应用，实现智能控释材料分子设计及纳米农药研制。包括水分散、低成本、规模化的纳米智能控释材料，大吨位、新品种、智能控释的纳米农药制剂产品，主粮、经济作物、病虫草害的田间应用防效评价。保障减施增效明显、使用技术简单、农民用得起、易普及和推广的目的。此外，纳米农药的制备使用超重力强化技术-流程工业平台等，也将在未来产业中应用广阔。

纳米农药产业化发展机遇与挑战并存

       中国农业科学院环发所崔海信研究员指出，我国绿色纳米农药产业化发展面临诸多机遇与挑战。当前，中国农药年产350万吨，总产值3,000亿元，常年生产300多个原药品种，但本国创制品种数量不足10%，原药仿制品种占主导地位，绿色高端制剂产品比例不高。因此，发展高效安全的绿色纳米农药是源头控制残留污染，助推我国迈向农药强国的重要途径。

       纳米农药主要是通过纳米技术改进农药剂型加工质量，将药粒由微米降至纳米尺度，利用尺寸效应、界面效应、靶向传输与剂量响应特性，提高有效性、安全性与靶标特异性，缓解残留污染与生物抗药性，降低非靶标毒性。其发展潜力已受到国际社会高度关注，欧美等先进国家等均在制定修订纳米农药规则。

       目前，纳米农药创新仍处于由0到1的跃升发展阶段，其产业化与推广应用的关键瓶颈有以下方面：一是创制原理尚不完善和共性制备技术欠缺；二是增效减排机理不清、缺乏科学评价方法；三是制法难以工艺放大、量产专用装备空白。由此，今后的主要研究任务应该集中以下几个方面：一是高靶向与智能化纳米载药体系与新剂型创制；二是纳米农药有效性、安全性和靶标特异性解析；三是纳米农药规模化生产工艺与装备系统集成；四是纳米农药重大产品集群创制及其产业化；五是纳米农药高效精准施药技术集成。

       当前，我国纳米农药发展已经开始呈现星火燎原之势，但是仍然处于微米到亚微米的过渡发展阶段。以湿法研磨等器械破碎方法制备的亚微米尺度农药纳米效应不十分显著，而分子组装等纳米农药剂型加工技术尚未得到企业推广应用。此外，纳米农药产品登记、品牌认证和指标体系还没有完全建立。

       因此，今后应该进一步强化“产学研用”深度融合的协作创新机制，实现前沿创新、技术开发与新产品创制的无缝连接，重点突破纳米农药主流剂型关键核心制造技术，加速推动纳米农药大规模产业化，创新驱动我国农药产业转型升级，助推化学农药增效减排与农业绿色发展。