Adv. Sci.亮点成果！中国农大借助亚微米红外拉曼显微技术，实现农药 “高效 - 安全” 协同突破

近日，中国农业大学王洪亮教授团队在知名期刊《Advanced Science》上发表重要成果，成功开发基于工业副产物木质素的全生物基农药递送系统。该系统巧妙破解了传统农药利用率低、环境污染与食品安全隐患并存的行业痛点，文中采用基于OPTIR光学光热红外技术的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage，凭借其超高分辨的微观分析能力，为解析“智能农药胶囊”的组装机制与结构特性提供了核心技术支撑，成为科研创新的关键驱动力。

绿色农业革新：当农药穿上“智能”且“可降解”的盔甲

传统农药应用中，仅不足1%的有效成分能作用于目标虫害、其余大部分通过挥发、流失造成严重的环境污染，或残留于农产品中威胁食品安全。中国农大团队创新性地以来源广泛，成本低廉的工业木质素为原料，通过化学修饰制备两种带相反电荷的木质素衍生物——胺化碱性木质素（AAL）和木质素磺酸钠（SL）。这两种衍生物在水溶液中可自发组装成微小的“凝聚层液滴”，高效包裹疏水农药阿维菌素，构建成兼具多重优势的天然 "智能胶囊"。该胶囊具备超卓的叶面附着、抗雨水冲刷和抵御紫外线降解的能力，更搭载了环境响应型“智能开关”：在害虫碱性肠道环境中可快速分解并精准释放农药，实现“定点清除”；采收后经家常淘米水或小苏打水简单冲洗，胶囊残骸便可轻松脱落，从源头保障食品安全，构建起从田间到餐桌的全程绿色防护体系。

微观机制揭秘：mIRage "看见" 分子自组装过程

材料的宏观性能源于微观结构的精妙设计，该木质素基胶囊的稳定性与智能响应特性，核心依赖于 AAL 与 SL 分子间通过静电吸引及疏水相互作用实现的高效自组装。为直观证实这一微观机制，研究团队借助非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage的亚微米分辨能力，成功捕获到分子相互作用的关键证据。

在该设备表征的高清化学成像图中，如下图a和b，直径约12 μm的球形液滴清晰可见。通过特征光谱信号：代表胺化木质素（AAL₈）中烷氨基团的信号（1630 cm⁻¹） 与 代表木质素磺酸钠（SL）中磺酸基团的信号（1024 cm⁻¹）在球形空间内均匀重叠，形成特征鲜明的 "化学成分分布图"。这一可视化结果直接证实了 AAL 与 SL 并非简单物理混合，而是形成了分子级均匀的杂化凝聚相，为自组装机制提供了无可辩驳的光谱学与成像证据，夯实了该农药递送系统的理论基础。

技术优势凸显：mIRage多模态分析能力引领科研前沿

非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage之所以能成为此次研究的 "关键利器"，源于其突破了传统红外技术局限的核心优势：其一，采用光热诱导共振原理，以绿光可见光作为红外光热反应 "光源探针"，成功突破衍射极限，实现 500 纳米级的亚微米空间分辨率，且无散射伪影，可清晰解析微观样品的精细结构与化学组成；其二，特有的同步红外 - 拉曼联用技术（IR+Raman），可在同一位点进行互补分析，同步获取化学组成与结构信息，提供更为全面的分子数据；其三，具备 50 纳米像素的单波数红外成像能力，能够快速生成成分分布精细图谱，实现从 "点分析" 到 "面成像" 的多维度表征。

这些技术优势不仅助力中国农大团队顺利破解智能胶囊的微观奥秘，更在环境微塑料分析、高分子材料表征、半导体缺陷检测、地球化学研究、生命科学探索及文物鉴定等多个领域展现出广泛应用前景，为跨学科科研创新提供强大技术支撑。

其他应用领域（部分）

1.  环境微塑料

微塑料颗粒（~600 nm）的O-PTIR光谱及成像分析

(引自Microscopy Today, 2022, 17, 3, 76-85)

2. 高分子材料

1210 cm^-1处采集的PP/PTFE的O-PTIR光谱和显微图像

(引自Materials & Design, 211 (2021), 17, 110157)

3. 半导体

薄膜晶体管显示器中污染物的O-PTIR分析

器件表面缺陷的红外和拉曼光谱同步（同时间、同位置）分析

(引自Microscopy Today, 2020, 28, 3, 26-36)

4. 地球化学

无损石油包裹体测试

（引自Analytical chemistry：Molecular Fractionation of Ancient Organic Compounds in Deeply Buried Halite Crystals，doi.org/10.1021/acs.analchem.4c02956）

5. 生命科学

脑组织的明场显微图像、O-PTIR光谱及成像分析

6. 文物鉴定

柯罗19世纪绘画作品中锌皂异质性的O-PTIR显微光谱及成像分析

(引自Anal. Chem. 2022, 94, 7, 3103–3110)

样机体验：

为满足国内日益增长的新型红外表征需求，更好的为国内科研工作者提供专业技术支持和服务，QD中国科学实验中心引进了非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统——mIRage，为您提供样品测试、样机体验等机会，期待与您的合作！ 欢迎您通过电话：010-85120277/78、邮箱：info@qd-china.com或扫码下方二维码联系我们。

参考文献

[1]. Toward Sustainable Pesticide Application: Bridging Efficacy and Food Safety. Advanced Science. 202516248.