《Current Opinion in Colloid & Interface Science》：Flash Nanoprecipitation for Nanoemulsion Fabrication: Principles, Features, and Agricultural Applications
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纳米乳剂作为功能性材料在生物医学、食品和农业等领域应用广泛，但其制备面临能耗高、稳定性差等问题。Flash纳米沉淀（FNP）技术通过毫秒级湍流混合实现快速纳米颗粒成核与界面稳定，具有粒径精准（PDI≤0.2）、高载量（20-50wt%）和连续化生产潜力，特别适用于农药载体等农业纳米制剂的绿色制备。本文系统评述FNP原理、设备、与传统高/低能法制备纳米乳剂的性能对比，重点探讨其在农业应用中的技术突破与产业化路径，并展望了绿色配方开发、生态兼容性及规模化生产的前沿方向。
王明伟|李莉|沈佳怡|郝强兵|郭旭红
华东科技大学化学工程学院，化学工程国家重点实验室，多相材料化学工程上海重点实验室，中国上海市梅龙路130号，200237
摘要
纳米乳液是一种动力学稳定的胶体液滴，具有出色的活性化合物封装能力和提高其生物利用度的特性，因此在生物医学、功能性食品、化妆品和农业等领域具有极高的应用价值。除了传统的高能和低能乳化技术外，闪速纳米沉淀（Flash Nanoprecipitation，FNP）作为一种用于制备纳米分散体的方法也展现出了良好的前景和高效性。FNP具有可控的液滴尺寸和狭窄的尺寸分布、较高的负载能力、由于动力学冻结状态而增强的稳定性以及连续生产的能力等优点。本文总结了FNP的原理和设备，将其性能与传统的乳化方法进行了比较，并重点介绍了FNP在纳米乳液制备方面的最新进展，特别是在农药载体和功能性输送系统等农业应用中的应用。最后，我们探讨了FNP在纳米乳液制备和应用方面的未来研究方向，包括纳米液滴成核动力学、天然稳定剂的设计、应用驱动的评估以及工业化生产的放大等问题。本文提供了理论上的见解和技术框架，以进一步推动纳米乳液及其在可持续农业中的应用。
引言
2024年，全球纳米乳液市场的规模已超过125亿美元，并预计到2033年将达到236亿美元，复合年增长率为7.3% [1]。纳米乳液是一种胶体分散体，其中油相分散在水相中（O/W）或水相分散在油相中（W/O），液滴直径通常小于200纳米（部分研究将定义扩展到小于500纳米）[2, 3]。它们通常是光学透明的或略微浑浊的，并且具有显著的活性化合物封装能力和提高生物利用度的特性，因此广泛应用于功能性食品、化妆品、生物医学和农业等领域[4, 5, 6, 7]。需要注意的是，“纳米乳液”和“微乳液”这两个术语经常被混淆[8]。微乳液最早由Hoar和Schulman在1943年提出，是一种热力学稳定的自组装系统，其吉布斯自由能低于相分离状态[9]。相比之下，“纳米乳液”这一术语出现于1996年，描述的是动力学稳定的系统[10]，其结构由动力学屏障维持，但仍可能发生凝聚和相分离[8]。两者在稳定性机制、液滴尺寸分布和表面活性剂要求方面存在根本差异[11, 12]。
目前制备纳米乳液的主要方法包括高能和低能方法[13]。高能方法（如高压均质化、超声处理和微流控技术）利用强烈的剪切力将液滴破碎成纳米级别。然而，这些方法通常需要大量的能量输入，可能对敏感成分造成热降解，并且在放大生产时存在批次间差异[14]。低能方法（如相变温度（PIT）和相变组成（PIC）通过改变配方（油/表面活性剂/水比例、共溶剂）或环境因素（如温度、离子强度/pH值、稀释/添加方案）来诱导乳化[15]。虽然这些方法温和且节能，但需要较高的表面活性剂浓度，且往往生成的纳米乳液尺寸分布较宽，稳定性有限[16]。因此，这两种方法在控制尺寸分布、确保长期稳定性、放大生产以及配方灵活性等方面都存在固有的局限性[16]。
为了解决这些问题，本文介绍了闪速纳米沉淀（FNP）作为一种有前景的替代方法。FNP通过“毫秒级湍流混合 → 瞬时过饱和和成核 → 快速界面稳定（动力学冻结）”的机制运作，实现了低能耗、超快速（毫秒级时间尺度）制备纳米分散体，具有可调的粒径、狭窄的尺寸分布（多分散指数PDI ≤ 0.2）、较高的负载能力以及适合连续和规模化生产的优点[17, 18]。尽管FNP已在药物递送、荧光成像和疫苗等领域得到广泛应用，但在液滴型纳米乳液（尤其是农业配方）中的应用仍处于早期阶段[19, 20, 21, 22, 23]。本文对FNP在纳米乳液制备中的应用进行了全面评估，特别关注其在农业领域的潜力。首先回顾了FNP方法的发展历程、相关设备和提出的机制，然后总结了基于FNP的纳米乳液，并将其与传统制备方法进行了对比。接下来讨论了FNP在功能性农业纳米材料中的潜在应用，最后展望了绿色配方、生态兼容性和工业化放大等方面的未来研究方向。本文旨在提供理论上的见解和技术框架，以推动纳米乳液及其在可持续农业中的应用。
FNP概述
纳米分散体的制备策略大致可分为自上而下和自下而上的方法。自上而下的方法通过机械手段将较大结构破碎到纳米级别（如高压均质化、超声处理、微流控技术），而自下而上的方法则通过成核、自组装或沉淀作用从分子或离子物种构建颗粒（如PIT/PIC乳化技术）。FNP是一种新兴的自下而上方法，通过毫秒级的微观混合生成高
FNP在纳米乳液制备中的应用及与传统方法的比较
如上所述，目前大多数关于FNP的研究集中在固体活性物质的封装上，例如药物、荧光染料或农药等。相比之下，利用FNP将液体物质封装到纳米乳液液滴中的研究较少。这一限制可能源于稳定高度动态的液体核心的挑战，这需要比固体核心更复杂和独特的稳定系统。这些稳定剂必须具备优异的界面
FNP在农业应用中的潜力
尽管相关研究较少（如Yagmur等人[54]的研究），但FNP在农业应用中的制备已经显示出可行性和巨大潜力。本节介绍了目前利用FNP制备农业相关纳米分散体的研究，由于其高封装效率和负载能力，这些研究引起了越来越多研究人员的关注
结论与未来展望
总体而言，与传统的高能乳化或低能相变方法相比，FNP技术具有以下显著优势：i. 能耗低，表面活性剂用量少；ii. 微混合过程可控；iii. 粒径可调（通常为30-500纳米），尺寸分布狭窄（PDI ≤ 0.2），负载能力高（通常为20-50 wt%）；iv. 适合连续生产和放大生产。这些优势得益于FNP的独特原理
作者声明
王明伟：概念构思、研究设计、撰写初稿、资金筹集、资源协调；李莉：撰写、审稿和编辑、资金筹集、资源协调；沈佳怡：研究工作；郝强兵：数据可视化；郭旭红：概念构思、撰写、审稿和编辑、资金筹集、资源协调。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本项工作得到了上海市浦江计划（23PJD024）、河南省科学技术厅重点研发项目（241111313400）以及化学工程与低碳技术国家重点实验室（编号SKL-ChE-24C01）的资助。
