文献速读：

该研究针对除草剂2,4-D因高水溶性导致的严重土壤淋溶（>99%流失）问题，创新性地将晶体工程与油析球形结晶技术相结合，制备了2,4-D–L-薄荷醇共晶球形颗粒（D₅₀ = 100–600 μm）。该共晶颗粒将溶解度降低21.6%、溶出速率降低>50%，土壤淋溶最高减少93%，且无需载体、避免二次污染。释放机制涉及多尺度扩散限制过程：增强的氢键网络提升晶格能，而溶液介导的重结晶将纳米纤维微结构转变为扩散限制的片层结构。生物验证显示对苦苣菜和荠菜具有优异的除草效果，且对非靶标生物安全。

正文导读：

研究背景与挑战

2,4-D作为全球应用最广泛的合成激素类除草剂，因水溶性高，在田间施用后超过99%的有效成分因淋溶而流失，不仅导致药效低下、重复施药，还引发地下水污染和非靶标生态风险。传统载体依赖型缓释体系（如多孔材料、微胶囊等）虽能缓解这一问题，但普遍存在合成复杂、载药量低及二次微塑料污染等弊端。如何在无需载体的前提下实现除草剂的高效控释与淋溶削减，是绿色农药制剂领域的前沿难题。

创新策略：共晶工程与油析球形结晶的耦合

本研究基于晶体工程原理，以天然单萜化合物L-薄荷醇为共晶配体，通过分子静电势（MEP）指导氢键供体–受体匹配，成功设计出2,4-D–L-薄荷醇共晶。单晶结构解析显示，二者通过R₄⁴(12)四聚体氢键基序连接，形成比纯2,4-DR₂²(8)二聚体更致密的二维片层与三维网络结构。在此基础上，研究团队引入绿色油析结晶策略——利用L-薄荷醇在水中加热时自发油析的特性，使2,4-D共油析于油滴中，再经快速降温诱导晶核生成与聚集，一步合成球形共晶颗粒。该过程无需有机溶剂和模板剂，仅通过调控搅拌速度即可精准控制粒径（100、360、600 μm），工艺简单、成本低廉、环境友好。

控释机制的多尺度阐释

研究从分子、微观和宏观三个层面系统揭示了控释机制：（1）分子层面--共晶中L-薄荷醇的引入构建了更强、更密的氢键网络，晶格能由–133.36 kcal·mol^-1显著提升至–152.25 kcal·mol^-1，氢键蓝移（1584→1589 cm^-1）确证了分子间相互作用的增强，从而从根本上降低溶解度；（2）微观结构演化——球形颗粒内部初始为95 nm纳米纤维，在溶出过程中经溶液介导重结晶（类似Ostwald熟化），粗化为9.6 μm的片层微晶，形成物理扩散屏障；（3）释放动力学——Korsmeyer-Peppas模型拟合显示释放机制随粒径增大从Fickian扩散（n = 0.30–0.41）向受限扩散（n = 0.02–0.14）转变，实现长达14 h以上的持续释放。

环境效益与生物活性

土壤柱淋溶实验表明，D₅₀=600 μm的共晶颗粒在第4天累计淋溶率仅为纯药的6.7%（纯药为68.6%），最高削减率达93%。温室模拟降雨条件下，共晶颗粒对苦苣菜（600 g·ha^-1）和荠菜（300 g·ha^-1）的鲜重抑制率分别达94.45%和77.89%，显著高于纯药的84.97%和22.93%，证明控释减少了雨水冲刷损失。安全性评价表明，该共晶对小麦、玉米生长无抑制效应，对斑马鱼在400 mg·L^-1下96 h存活率为100%，未增加非靶标毒性风险。

研究意义

该研究首次将共晶工程与油析球形结晶进行系统性耦合，为高水溶性农药的可持续利用提供了无载体、无有机溶剂的解决方案。其揭示的多尺度扩散限制机制为缓释农药的理性设计奠定了理论与方法学基础，对推动绿色农业投入品开发具有重要参考价值。

论文信息：

题目：Controlled-Release Herbicide Spheres: Co-crystallization of 2,4-D with L-Menthol via Green Oiling-Out Process for Low Leaching and High Activity

作者：Xuzhao Zhang, a Lan Fang, *a Haiting Wang, a Yuntian Xiao, b Dongyue Wang, a Zongying Hao, c and Junbo Gong*d

期刊：Pest Management Science

DOI: 10.1002/ps.71011

原文链接：

https://scijournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ps.71011

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期刊介绍：

Pest Management Science (PMS) 是作物保护与害虫防治领域前沿研究、发现与创新的全球标杆期刊，深受农学家、生物学家、化学家及环境科学家的信赖，致力于推动可持续害虫防治的发展、保障粮食生产体系安全，并助力全球生态环境保护，是害虫治理与作物保护领域的重要国际学术交流平台。

2025 JIF：4.2 ｜ CiteScore：7.2

https://scijournals.onlinelibrary.wiley.com/journal/15264998

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