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中農(nóng)立華生物科技股份有限公司研發(fā)中心主任 張小軍博士
個(gè)人簡介：張小軍，博士，高級工程師，中農(nóng)立華生物科技股份有限公司研發(fā)中心主任，主要從事農(nóng)藥制劑、工藝研究及應(yīng)用技術(shù)。
毫無疑問，作為農(nóng)藥創(chuàng)新的重要組成部分之一，農(nóng)藥劑型的研發(fā)至關(guān)重要。我國農(nóng)藥劑型加工近年來獲得了長足的發(fā)展，歸納起來主要經(jīng)歷以下三個(gè)階段：（1）新中國成立至20世紀(jì)80年代，這是我國農(nóng)藥劑型加工發(fā)展的起步階段，主要制劑以粉劑、可濕性粉劑等為主；（2）20世紀(jì)80年代至20世紀(jì)末，這20年是我國農(nóng)藥劑型加工迅速發(fā)展的階段，形成了以乳油等液體制劑為主的格局；（3）21世紀(jì)以來，環(huán)境友好型新劑型引領(lǐng)我國農(nóng)藥劑型加工的主要發(fā)展方向，農(nóng)藥劑型加工水基化、精細(xì)化成為發(fā)展主流，懸浮劑、水分散粒劑等大批新劑型逐漸占據(jù)主流并被廣泛應(yīng)用。
黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)納入中國特色社會(huì)主義事業(yè)“五位一體”總布局，十八屆三中全會(huì)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了生態(tài)農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)中國夢的重要發(fā)展方式，綠色發(fā)展、農(nóng)藥減量（零增長）是新形勢下國家意志對我國農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的必然要求。國家相關(guān)農(nóng)藥政策法規(guī)的日益規(guī)范以及對環(huán)保問題的逐漸重視，這對農(nóng)藥劑型提出了越來越高的要求。作為提高農(nóng)藥利用率諸多因素中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，農(nóng)藥制劑優(yōu)化與內(nèi)涵提升對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)品功能提升的作用顯得尤為重要。
1 背景與農(nóng)藥制劑的發(fā)展——時(shí)代促進(jìn)農(nóng)藥制劑的發(fā)展
國家政策不斷出臺(tái)：新修訂的《農(nóng)藥管理?xiàng)l例》2017年6月1日正式頒布實(shí)施；農(nóng)業(yè)部發(fā)布12種高毒農(nóng)藥5年內(nèi)全部禁用，降低安全風(fēng)險(xiǎn)；到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動(dòng)方案；《農(nóng)藥乳油中有害溶劑限量標(biāo)準(zhǔn)》（HG/T4576-2013）；農(nóng)藥助劑禁限用名單（征求稿意見）等，以上政策將促使農(nóng)藥制劑向提高性能、注重綠色安全等方向發(fā)展，這也是農(nóng)藥制劑今后發(fā)展的必然之路。
綠色已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展最重要的理念和導(dǎo)向，農(nóng)藥減施增效正成為行業(yè)上下的自覺行動(dòng)；種植業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)調(diào)整，農(nóng)藥零增長行動(dòng)深入推進(jìn)，取得了農(nóng)藥用量連續(xù)三年負(fù)增長的顯著成效；以綠色防控為代表的綠色生產(chǎn)方式得到越來越多的應(yīng)用，病蟲害防治專業(yè)化服務(wù)全面推進(jìn)，高效施藥機(jī)械加快推廣，尤其是植保無人機(jī)飛防發(fā)展突飛猛進(jìn)，進(jìn)入百萬畝規(guī)模化作業(yè)時(shí)代，這些都將對行業(yè)走向產(chǎn)生深刻的影響。農(nóng)藥制劑產(chǎn)品更安全、產(chǎn)業(yè)更集約、利用更高效、發(fā)展可持續(xù)，農(nóng)藥行業(yè)正沿著這一方向不斷前行。
一個(gè)農(nóng)藥的成功，一半在于劑型，這是大家的共識(shí)，而劑型與制劑的研究在大背景下需要在深度和廣度上去融合�！稗r(nóng)藥劑型與制劑精細(xì)化”、“農(nóng)藥有效利用率提高”已經(jīng)成為制劑工作者目前及未來相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)的主要研究與實(shí)踐方向，時(shí)代在推動(dòng)著農(nóng)藥制劑的發(fā)展，我們需要了解農(nóng)藥制劑發(fā)展的思路與方向，探討農(nóng)藥制劑優(yōu)化與提高利用率的具體方法及措施，這是非常重要的和符合當(dāng)下及未來需求的。
2 農(nóng)藥制劑的作用與重要性——農(nóng)藥活性成分的傳送技術(shù)
農(nóng)藥原藥是初級產(chǎn)品是原料，農(nóng)藥制劑是最終產(chǎn)品是商品，原藥與制劑開發(fā)同等重要，不應(yīng)該有孰重孰輕之談。劑型與制劑研究在農(nóng)藥開發(fā)過程中扮演了很重要的角色，隨著超高效農(nóng)藥的誕生和人們對保護(hù)環(huán)境的重視以及可持續(xù)發(fā)展的需要，對農(nóng)藥劑型提出了更高的要求。通過對農(nóng)藥制劑加工，可使農(nóng)藥達(dá)到以下目的：
（1）滿足農(nóng)藥可以使用的基本條件；
（2）把藥劑均勻地分布在防治靶標(biāo)；
（3）最大限度發(fā)揮農(nóng)藥的防治效果；
（4）克服農(nóng)藥的不足之處和缺陷；
（5）提高使用者的安全性；
（6）降低對環(huán)境的壓力；
（7）改善操作性能，做到省力化；
（8）提升現(xiàn)有藥劑的功能，提升效果及擴(kuò)大用途；
（9）通過劑型改造以延長其使用壽命。
農(nóng)業(yè)的所有領(lǐng)域都需要持續(xù)創(chuàng)新，包括新化合物和新制劑。新的傳送系統(tǒng)（包括制劑）在一個(gè)健康的研發(fā)體系中是至關(guān)重要的，近10多年來，世界農(nóng)藥制劑研究的思路發(fā)生了質(zhì)的變化，提出了“New delivery technology ”的理念。各大公司都先后轉(zhuǎn)向中低含量的制劑產(chǎn)品的研發(fā)，以使產(chǎn)品具有優(yōu)秀的傳送功能。這些尤其集中在SC、WG和OD等環(huán)境友好新劑型產(chǎn)品的開發(fā)上，成為農(nóng)藥制劑技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向。傳送系統(tǒng)的技術(shù)突破可以顯著改變活性成分的監(jiān)管屬性，例如通過限制非靶標(biāo)移動(dòng)，提高藥效以減少使用量等，可以通過制劑創(chuàng)新設(shè)計(jì)新的解決方案，如開發(fā)傳統(tǒng)農(nóng)藥的新劑型新制劑新用途，一個(gè)產(chǎn)品中使用2或者3個(gè)有效成分，擴(kuò)大防治譜和提升產(chǎn)品功能，通過不同助劑組合和功能性助劑復(fù)配添加，提升制劑稀釋液的界面性能等，從而達(dá)到提高產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用性能，以實(shí)現(xiàn)有效成分的生物活性最大化。
農(nóng)藥制劑的作用在農(nóng)藥研究開發(fā)過程中非常重要。什么是農(nóng)藥傳送系統(tǒng)？如表1所示，其包括的內(nèi)容不僅僅是劑型研發(fā)，還有很多內(nèi)容需要我們研究。農(nóng)藥研發(fā)是個(gè)大系統(tǒng)工程，而農(nóng)藥劑型的研發(fā)本身又是其中的一個(gè)系統(tǒng)工程，圖表中組成部分都是一個(gè)個(gè)具體的研究方向，且又相互關(guān)聯(lián)。
表1 農(nóng)藥傳送系統(tǒng)（What is PesticideDelivery Systems?）
農(nóng)藥制劑研發(fā)的目標(biāo)
Pesticide Formulation
農(nóng)藥傳送系統(tǒng)基本構(gòu)成
Pesticide Delivery System Is
生物活性的改性及方便安全使用（Modification of a biologically active ingredient to process it into a form that customers can conveniently and safely apply）
劑型研發(fā)（Formulations R&D）
過程開發(fā)與放大（Process Development and Scale-Up）
生物活性最大化（Maximize Biological Efficacy）
少量活性成分應(yīng)用最大化（Delivers small amount of active material evenly over a large area）
包裝（Packaging）
應(yīng)用技術(shù)（Application Technology）
綠色、安全與環(huán)保（“Clean and Green”）
3 農(nóng)藥劑型發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢——增效、安全、省力化是當(dāng)下及未來的方向
2017年登記產(chǎn)品3919個(gè)，按劑型統(tǒng)計(jì)，懸浮劑：981個(gè)；水劑：413個(gè)；水分散粒劑：386個(gè)；可濕性粉劑：300個(gè)；可分散油懸浮劑：292個(gè)；乳油：206個(gè)；顆粒劑：136個(gè)；水乳劑：134個(gè)；懸浮種衣劑：116個(gè)；微乳劑：97個(gè)；懸乳劑：60個(gè)；可溶粒劑：55個(gè)；微囊懸浮劑：33個(gè)；可溶粉劑：28個(gè)；其他：264個(gè)，見圖1。
圖1 2017年農(nóng)藥登記制劑分布情況
從以上登記情況分析，懸浮劑（SC）、水分散粒劑（WG）、可分散油懸浮劑（OD）等環(huán)境友好型劑型已經(jīng)成為登記及研發(fā)的主要方向，這與2000年以前（EC與WP為絕對主體）發(fā)生了很大的變化。制劑水基化（SC），制劑顆�；╓G），有效成分控制釋放（CS），使用更加簡單和方便（GR），劑型的多樣化和功能化（FS），已經(jīng)是目前農(nóng)藥劑型發(fā)展的現(xiàn)狀，增效、安全、省力化是未來發(fā)展的方向。目前國內(nèi)對SC、WG、OD的研發(fā)已經(jīng)放在了重點(diǎn)與常態(tài)化位置，但這些研究多數(shù)是集中在“點(diǎn)”上的研究，也就是具體問題如配方篩選等上的研究，今后將要更加注重“點(diǎn)面結(jié)合”，建立更加全面的評價(jià)體系，系統(tǒng)考慮制劑型開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合，做到精細(xì)化才能做好制劑，才能不斷提高農(nóng)藥制劑產(chǎn)品的利用率。
農(nóng)藥生產(chǎn)量大，農(nóng)藥使用量高，農(nóng)藥利用率低。農(nóng)藥折百生產(chǎn)量約140萬噸，占全球農(nóng)藥折百使用量的約50%；農(nóng)藥制劑年生產(chǎn)近250萬噸，國內(nèi)種植業(yè)使用120萬噸（折合原藥30~35萬噸）；2017年中國的農(nóng)藥利用率為38.8%（農(nóng)業(yè)部2017年公布數(shù)據(jù)，2015年為36.6%，2013年為35%）。農(nóng)藥使用者不講究用藥技術(shù)、過量使用農(nóng)藥、使用禁藥或者限制農(nóng)藥等行為會(huì)加重農(nóng)藥在環(huán)境中的殘留，提高農(nóng)藥利用效率真的刻不容緩。
農(nóng)藥劑型技術(shù)是一個(gè)應(yīng)用技術(shù)，劑型研究圍繞著農(nóng)戶施用省力、安全；對施用作物生長安全；確保農(nóng)產(chǎn)品食用安全；對需要防除的病、蟲、草害具有高效性等幾個(gè)要點(diǎn)展開。農(nóng)藥劑型正向增效、安全、省力化的方向發(fā)展。表2為農(nóng)藥劑型加工中增效、提高安全性及省力化的有關(guān)技術(shù)進(jìn)展。
表2 農(nóng)藥制劑“新技術(shù)”---精細(xì)化（增效、安全、省力化）
名稱
升級方向
案例與分析
微囊懸浮劑
應(yīng)用大田作物---精準(zhǔn)、安全
吡唑醚菌酯創(chuàng)新劑型---智能微膠囊產(chǎn)品9%，吡唑醚菌酯微囊懸浮劑（稻清），實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、定向、迅速釋放；450g/L二甲戊靈CS（寶囊-薄殼速釋型），薄殼、速釋，更適合大田使用等
水分散粒劑
干懸浮劑---性能提升、增效
60%吡唑·代森聯(lián)WG（DF，百泰）；70%吡蟲啉WG （DF，艾美樂）等
懸浮劑
粒徑與藥效-穩(wěn)定、可控、增效
43%氰霜唑·百菌清SC（碧凈）；240g/L噻呋酰胺SC（滿穗）、30%二甲戊靈SC（好鞍）等
可分散油懸浮劑
除草、殺菌、殺蟲---進(jìn)步很快，品種多，問題多
25g/L五氟磺草胺OD（稻杰）、10%氟噻唑吡乙酮OD（增威贏綠）、12%噻苯隆·敵草隆OD（碧落）等
顆粒劑延伸
漂浮粒劑、泡騰片---省力化
16.5%丙草胺·吡嘧磺隆漂浮大粒劑（埂上拋），16.5%吡嘧·丙草胺泡騰片（易拋樂）；省工省力劑型：緩釋顆粒劑、藥肥顆粒劑、Jumbo granule、油劑、展膜油劑、誘餌劑等
飛防制劑
與無人機(jī)施藥相結(jié)合---省力、增效
稀釋穩(wěn)定性、物化性能評價(jià)、泡沫、相容性；制劑組成及與常規(guī)制劑性能檢測的區(qū)別
納米農(nóng)藥制劑
工藝、實(shí)際應(yīng)用還需論證---增效
納米微乳、納米顆粒、納米微囊、納米微球、納米溶膠、納米混懸劑、固體納米分散體等
復(fù)配制劑
創(chuàng)新劑型---緩釋、持效、增效
懸乳劑SE、微囊懸浮-懸浮劑ZC、微囊懸浮-水乳劑ZW、微囊懸浮-懸乳劑ZE等
雖然SC、WG、OD等是目前農(nóng)藥制劑研發(fā)的重點(diǎn)，但如果說EC、WP、ME等老劑型會(huì)淘汰也是不科學(xué)的，存在即是合理，劑型的多樣化與活性成分的性質(zhì)、應(yīng)用對象、應(yīng)用效果等有著密切的關(guān)系。老劑型優(yōu)化改進(jìn)、改變劑型研究、環(huán)保溶劑應(yīng)用、助劑環(huán)境友好等同樣也是今后農(nóng)藥制劑研究開發(fā)的重點(diǎn)。例如12.5%烯禾啶EC，如何從劑型角度考慮其體系的環(huán)境友好（包括有效成分的純度）、對敏感作物（如谷物）的安全性，都是值得研究和探索的。農(nóng)藥制劑的設(shè)計(jì)與研發(fā)需要更加細(xì)化：從劑型、配方、加工方法、理化性能、生物活性的傳遞等各方面充分予以考慮。
下期內(nèi)容將針對精細(xì)化與評價(jià)方法升級、農(nóng)藥制劑研發(fā)精細(xì)化目標(biāo)、農(nóng)藥劑型與制劑研發(fā)啟示進(jìn)行綜述，敬請關(guān)注！
來源《中國農(nóng)藥》第四期 |
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