近日，大连理工大学生物工程学院刘田教授团队在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上发表了研究论文。该研究聚焦于商品化杀菌剂polyoxin B，其作用靶标为真菌和昆虫体内共有的几丁质合成酶。然而，由于昆虫体内存在表皮和围食膜等保护屏障，阻碍了polyoxin B的吸收，导致其杀虫活性较弱。为了解决这一问题，该团队通过纳米化改造，使polyoxin B能够突破昆虫的生理屏障，成功增强了递送效率。这一创新不仅保留了其原有的抗菌特性，还显著提升了其杀虫效果，实现了“一石二鸟”的目标，为农业病虫害的综合防治提供了一种全新的解决方案。
图1. (a) 农业副产物及简单工艺制备，成本低廉且绿色环保；(b) 两亲性分子实现亲水原药包载于疏水载体；(c) 保留杀菌活性的同时显著提升杀虫活性。
随着全球绿色农业的快速发展，如何通过科技创新提高农药的效能，同时减少对环境的负面影响，成为了科研领域的重要课题。传统的农药大多具有单一的功能，如杀菌或杀虫，但由于这些农药的作用面有限，且随着现代农业追求绿色发展的需求加大，亟需开发具有多重作用的新型多功能农药。Polyoxin B是一种广泛用于农业领域的商品化杀菌剂，其全球市场规模在 2022 年达到 13.1 亿美元，预计到 2028 年将达到 17.6 亿美元，显示出强大的市场潜力。作为一种低毒的真菌抑制剂，polyoxin B通过抑制真菌几丁质合成酶，破坏其细胞壁中的几丁质合成，达到杀菌效果。虽然几丁质合成酶在昆虫生长发育过程中也发挥重要作用，但由于昆虫的保护屏障（包括表皮和围食膜）阻碍了化合物的吸收，使得polyoxin B的杀虫活性较弱，限制了其在综合害虫防治中的应用。
刘田教授团队开发了一种创新的纳米制剂——polyoxin B@ZTS，将玉米醇溶蛋白（Zein）和茶皂素（TS）两种天然副产物材料通过反溶剂纳米沉淀法制备，为商业化杀菌剂polyoxin B赋予了卓越的杀虫活性和增强的抗真菌特性。该纳米农药具有纳米级粒径、良好的叶面沉积效率和优异的药物递送效果。其中TS的两亲特性和刚性结构起到了关键作用，其亲水端与亲水性药物polyoxin B结合，疏水端则与Zein结合，形成疏水核心。实验表明，当使用齐墩果酸（OA）替代TS时，无法与polyoxin B组装成纳米颗粒，验证了TS在组装过程中的重要性。傅里叶变换红外光谱分析显示，氢键和疏水相互作用促进了polyoxin B的有效封装和递送，无需化学修饰即可实现疏水蛋白对亲水药物的包封递送。
在杀虫效果上，polyoxin B@ZTS的创新之处不仅在于其能够通过响应昆虫细胞内的还原环境，实现药物的精确释放，还在于其能够改善药物的生物利用度，使得polyoxin B@ZTS纳米制剂能够突破昆虫的生理屏障，破坏昆虫中肠及围食膜的组织结构，增强其杀虫效果。在杀菌效果上，polyoxin B@ZTS纳米颗粒能够显著增强其活性成分的抗菌活性，且能够通过改善药物的稳定性和生物可用性，提供更强的抑制效果。
此外，使用农业副产物（如茶皂素和玉米醇溶蛋白）作为纳米载体，降低了天然纳米农药的生产成本。这些农业副产物既可以从农民手中收购（为农户实现第一次创收），循环再利用，以此为原料制备纳米农药，再反馈给广大农户，实现农药施用过程中的减量增效（为农户实现第二次创收），符合可持续发展的理念，展现了该天然环保纳米制剂独特的“取之于农，用之于农”的创新举措。
本工作受到了国家高层次人才特殊支持计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。大连理工大学生物工程学院硕士生黄冬冬和博士后祁惠棠为该论文的共同第一作者。大连理工大学生物工程学院刘田教授为该论文的通讯作者。