离子液体如何应用在除草剂中？

除草剂给农民提供了一种新的工具—“化学锄头”，它可以解放劳动力，降低农业除草成本，提高作物产量和品质。然而，除草剂的大量使用也带来了严重的环境风险。除草剂进入环境的途径多种多样，挥发和飘移是除草剂有效成分脱靶损失的主要因素，对附近的易感植物和大气环境造成负面影响。水溶性高的除草剂在土壤中具有很强的移动性，可能通过地表径流或淋溶威胁水生环境和人类健康。此外，传统的除草剂制剂涉及各种化学添加剂，如有机溶剂和表面活性剂，会对非靶标生物产生植物毒性，对生态系统构成威胁。因此，开发新型除草剂制剂以改善其理化性质并降低对环境的风险至关重要。

自组装是指药物活性分子或天然物质通过多种非共价相互作用自发组合成具有不同尺寸和形状的有序结构（纳米球、纤维、纳米棒等）的过程。采用简单、绿色的方法制备的自组装纳米粒子可成为一种新型药物制剂，具有无载体诱导毒性、药物负载量高、递送效率高的特点。通过协同非共价相互作用构建了基于2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）和支链聚乙烯亚胺的自组装纳米粒子，该纳米粒子表现出较低的挥发性、表面张力和浸出潜力，可有效降低2,4-D对环境的风险，实现可持续的杂草管理。此外，通过酸碱中和、离子交换、前药合成等方法，成功制备了一系列基于三氟羧草醚、氟虫腈、腈菌唑、多杀菌素等农药的自组装体，提高了其理化性质和生物活性。因此，自组装体因其药效的提高、理化性质的改善以及制备过程的绿色化，在农业领域有着巨大的应用前景。

作为离子液体在农业上的典型应用，将三氟羧草醚、氟磺胺草醚、草铵膦、烟嘧磺隆和毒莠定等除草阴离子与适当的反阳离子配对制备而成的疏水离子液体，有效地解决了目前使用的除草剂喷雾漂移、淋溶、径流和稳定性低等问题，已成为增强除草剂生物活性、降低环境风险的有前途的工具。成功合成了将麦草畏阴离子与四烷基季铵盐、哌啶鎓、咪唑鎓、吡啶鎓、吗啉鎓、喹啉鎓和膦阳离子配对的疏水离子液体，大大降低了麦草畏的挥发性，提高了麦草畏的药效。在之前工作中，基于各种除草剂（例如苯达松、二氯吡啶酸、甲基磺草酮）制备的HILs表现出优异的土壤吸附能力和低淋溶特性。然而，最近的研究表明，引入反阳离子对提高除草剂在土壤中的吸附能力作用不大。此外，大多数离子液体在水中分散性不好，在生产应用中，必须在离子液体中添加表面活性剂来改善其在水中的分散性。只有具有两亲结构的离子液体才能在静电和疏水相互作用的驱动下在水溶液中分散良好并自组装成纳米胶束，从而提高药物的生物利用度和渗透性，并降低毒性。因此，提出了一种离子液体自组装策略来制备稳定的离子液体纳米胶束，旨在阐明离子液体在水溶液中的结构特征与自组装行为之间的关系。

麦草畏是一种选择性出苗后除草剂，由于其选择性高、成本低、对人体毒性小等特点，在世界范围内用于防治玉米或小麦田中的一年生阔叶杂草。然而，麦草畏具有较高的蒸气压、水溶性和土壤流动性，大大增加了脱靶移动风险，导致对非靶标植物产生植物毒性并对环境产生负面影响。因此，为了提高药效并降低对环境的风险，迫切需要开发挥发性、浸出性和土壤流动性较低的麦草畏自组装纳米胶束。

季铵盐（QAS）是典型的阳离子表面活性剂，由亲水头基和疏水尾链组成，由于其结构多样、亲水亲油平衡跨度大，在医学、工业和农业领域有着广泛的应用。十二烷基、十六烷基和十八烷基三甲基氯化铵等季铵盐常与有效成分配对制成农药离子液体，可有效改善农药的理化性质。通过选择合适的疏水阳离子，可以增加离子对的疏水性，从而阻止除草阴离子迁移到土壤环境的深处。

本研究以麦草畏与含有不同烷基链长和芳香族基团的季铵盐配对，制备HILs，并通过静电作用和疏水效应自组装成球形纳米颗粒（HIL NPs）。与麦草畏相比，所制备的平均粒径为6～55 nm的HIL NPs具有较好的理化性质，包括较高的zeta电位值（+20.3～+27.8 mV）、较低的挥发率（2.4～3.9%）和表面张力（22.83～33.07 mN m−1）、较低的接触角（32.25～41.55◦）和淋溶电位（76.2～86.5%），以及较高的土壤吸附率（12.1～23.8%），对环境风险较低。不同浓度下，麦草畏与十八烷基三甲基氯化铵配伍HIL3 NPs对反枝苋菜的防效均优于麦草畏钠盐。因此，通过简便、绿色的制备方法开发的离子液体自组装体可降低农药的挥发和浸出，在可持续农业中具有巨大的潜力。