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聆听专家们的真知灼见: 开发生物制剂

农业应用正在向传统化学产品的可持续替代品转变。生物制剂已成为行业关注的良好替代品。

生物制剂是含有生物(而非化学)有效成分的产品,是微生物(如真菌和细菌)或大分子(如肽、蛋白质和RNA)。这些有效成分可以用于开发产品,包括生物肥料(促进生长)、生物刺激素(改善植物的适应力/提高产量)或生物农药(杀死害虫)。

生物农药与化学有效成分截然不同。化学成分是实验室人工设计而成的稳定产品。生物制剂分子更大且复杂,是源自生物体内的天然物质,而且很脆弱,容易被杀死、伤害,或被高温、紫外线、水分或自然微生物或酶分解。

生物制剂需要许多常见的助剂,包括:增稠剂、分散剂、乳化剂、保护剂等。但在选择和开发这些成分时必须格外谨慎,既要保护生物有效成分不受环境影响,又要确保这些成分本身不会造成伤害。

报告中,我们探讨了一系列开发生物制剂面临的挑战。在本博客中,我们将简要介绍几种情况。

保护微生物的安全

微生物可以用作种子增强剂,也可以开发成叶面喷雾剂。

开发这类产品的首要目标是在生产过程中不能杀死微生物。许多常见的成分可能对生物体具有毒性,因此需要仔细正确选择和测试用于配方中的成分。

接下来的目标是保持微生物的惰性,要求微生物在播种前保持 "休眠"。如果有水分可促进其生长,处于休眠状态的微生物就会苏醒,微生物一旦开始生长,就会耗尽资源并死亡,除非它已经进入田间。因此,迅速干燥微生物并在干燥的环境下储存,这一点至关重要。

种子处理制剂通常涉及将活性生物制剂和辅助制剂成分整合到液体包衣中,并粘附在种子上。这种制剂的设计旨在增强对种子的保护。不过还可以采用更厚的结壳来加强保护。

有些产品可以通过土壤传输,有些产品需要停留在叶面上,这意味着要开发能粘附在叶片上并提供紫外线保护的成分。喷雾剂无法提供厚厚的保护层来安全地包裹微生物,不过可以将许多微生物开发成可溶性粉剂,并通过真空密封,创造一个安全、干燥的环境,使用时再将其溶解。

不同种类的微生物,适用剂型亦不同,具体取决于微生物的参数、所施用的靶标、施用方法以及需要保护的对象。

将RNAi技术用于大田中

大分子技术更新颖、更复杂。大分子生物制剂的重大颠覆性创新是RNA干扰(RNAi)技术。该技术将RNA送入植物或昆虫细胞中,利用自然过程使基因沉默,例如表达抗除草剂的基因,或破坏害虫生存所需的蛋白质的生产。该技术具有高度靶向性。

像许多大分子有效成分一样,RNAi也面临挑战。挑战主要来自三个方面:(1)将RNAi输送至细胞中;(2)在施用和吸收/摄取之间保持安全和有效性(例如在叶片上);(3)储存过程中保持稳定。

对于这些挑战,目前尚无现成的解决方案,因此,仍然需要研究如何将这些微生物成分开发成商业化产品。随着微生物成分的发展,其商业化可行性将取决于能否将微生物开发成可以投放到农业场景的产品 - 这是禾大和其他公司积极研究的一个领域。

测试生物制剂 

生物制剂很复杂,很难确定结合使用多种成分的效果。因此,一切都需要经过测试。

首先,需要对制剂中的每一种组分进行单独测试,评估其生物兼容性 - 即,每种成分如何影响生物活性,以及在何种浓度下可能具有毒性。

然后在制剂中一起测试所有成分。有些成分单独使用起来没有问题,但几种成分结合使用时,会对微生物的存活率产生负面影响。如果我们对所有成分分别进行严格的测试,就可以很大程度上确定各成分混合后不会造成有害影响,但这并非100%确定,所以我们还需要对最终制剂进行测试。

总结: 正确开发生物制剂

将脆弱的生物制剂开发成一种产品,且在不受控制的条件下在货架上放置数月,然后用于复杂的现实生态系统中,这是一项具有挑战性的任务。

在各种条件下成功开发制剂,意味着要全方位探索配方技术,研究具有不同特性的化学品,寻找解决方案。利用配方方面的专业知识,将这些技术组合在一起,以保护和加强生物制剂性能,使其免受环境伤害,同时满足可持续、可大规模生产和成本效益的需求。成功开发制剂还需要对制剂进行严格的测试,以确保达到理想效果。

在禾大新推出的白皮书《开发生物制剂》中,我们更详细地讨论了本博客中提出的问题,并提供相应的解决方案,同时提出需要进一步讨论和探索的问题。

禾大如何提供帮助

在农业应用环境中,我们深谙生物和化学产品递送系统的研发之道,并设立了庞大的特种化学品库,能够为新产品设计可持续制剂和传输系统,以及先进的生物制剂测试设施。

然而,禾大也正行进在这个新领域的征程中,渴望倾听正在努力开发生物制剂并寻找解决方案的同行人们的心声,让我们携手合作,共同探讨,应对挑战。欢迎联系我们获取更多信息。

发布者:

  • Steven Adams 全球研究和技术经理
incotec employee whitepaper

禾大白皮书:开发农用生物制剂

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