二氯喹啉酸是一类激素型喹啉羧酸类除草剂，主要用于防除水稻田恶性杂草——稗草。二氯喹啉酸在水中的溶解性非常差，目前市场上存在的二氯喹啉酸的制剂配方主要为乳油、可湿性粉剂及悬浮剂等。这些制剂存在利用率低和药效持续时间短等缺点。另一方面，随着作物对二氯喹啉酸抗性增加，高剂量喷雾和重复喷洒二氯喹啉酸相关制剂势必会导致水稻田中大量农药残留量和有机溶剂的积累。正因如此，二氯喹啉酸在水稻田间的进一步应用受到了限制。创造全新的二氯喹啉酸剂型成为破解二氯喹啉酸应用限制的关键。

近日，化工期刊Chemical Engineering Journal（影响因子为10.652）在线发表了湖南省农业生物技术研究所杂草生物学及安全防控湖南省重点实验室柏连阳教授研究团队题为Excellent sustained-release efficacy of herbicide quinclorac with cationic covalent organic frameworks的研究论文。该研究发现，将二氯喹啉酸负载在有机共价材料纳米片上，能够极大地提高二氯喹啉酸在水中的分散性，并且使得二氯喹啉酸具有了持续释放的特性，有效地提高了二氯喹啉酸对稗草的防治效果。该研究首次证明了有机共价材料作为农药载药材料可提高除草剂药效，用于杂草防控。

该研究基于拓扑结构设计得到结构稳定、含有正电阳离子的COFs，并利用其内部丰富的孔道所提供吸附位点来实现药物的可控吸附及缓释。研究采用机械剥离、自剥离联合的方法，将有机溴化乙锭共价材料制备成纳米薄片，再利用二氯喹啉酸与纳米片彼此间的静电作用，极大地提高了有机共价材料在水中的分散性以及载药量，使得原本几乎不能载药的有机共价材料实现了载药方面的突破。

该研究还对载药和控制释放的作用机理进行了研究。结果表明，二氯喹啉酸通过离子键与带有正电荷的有机溴化乙锭共价材料骨架中的N+离子相互作用，从而吸附在有机溴化乙锭共价材料中，达到载药的效果。此外，将二氯喹啉酸负载的该类材料置于水中，在水的作用下二氯喹啉酸会进行自主扩散，而正是这种材料与水之间的推拉效应使得该类材料在载药后具有缓释的效果。

研究还发现，制备的纳米尺度的二氯喹啉酸载药材料较微米尺度的二氯喹啉酸原药粒径更小，因而喷洒时滑出叶片所造成的有效成分损失量也会相应减少，且二氯喹啉酸载药材料较原药相比更容易被叶片吸收进入稗草体内。此外，研究表明，制备的载药材料与原药相比能够持续释放二氯喹啉酸，因而具有控释缓释给药的效果。生测结果也证明了制备的二氯喹啉酸载药材料可以通过上述作用提高二氯喹啉酸对稗草的防治效果。

新型农药载药材料的应用对开发新型药物的控释缓释技术以提高农药的利用率及减少农药的使用量方面具有重要的指导意义，是精准农药施用技术研究的新突破。

柏连阳教授课题组的邓希乐助理研究员为论文的第一作者，柏连阳教授为论文的通讯作者，中国农业科学院植物保护研究所赵鹏跃副研究员为该论文的共同通讯作者。该论文得到了杂交水稻国家重点实验室、国家重点研究计划及国家自然科学基金项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126979