DOI: 10.1038/s41598-021-84460-x

在现代农业中，肥料对于提高植物生长、作物产量和产品质量至关重要。近期的研究主要集中在延长肥料释放的输送系统的开发上。本文介绍了一种使用多层电纺纳米纤维作为载体来包封和释放肥料分子的新技术。采用静电纺丝法制备了负载尿素的单层聚L-乳酸（PLLA）纳米纤维。由静电纺丝制备的三层纳米纤维结构以聚羟基丁酸酯（PHB）纳米纤维为外层，浸渍尿素的PLLA纳米纤维为中间层。采用扫描电子显微镜（SEM）和傅立叶变换红外分光光度法（FTIR）对电纺纳米纤维的形态进行了表征。使用全氮仪（TNM-1）分析尿素的释放动力学。结果表明，尿素浸渍的三层纳米纤维结构具有较低的初始氮释放速率和较慢的累积氮释放速率，其持续时间超过三个月。综上，该三层纳米纤维结构有望实现肥料的缓慢释放。

图1.尿素浓度为0％*（A，B），10％**（C，D），20％*（E，F）和40％*的尿素浸渍PLLA电纺纳米纤维的SEM图像和相关的直径直方图（G，H）。7％PHB电纺纳米纤维的SEM图像和直径分布（I，J）。含10％尿素的PHB/PLLA/PHB三层纳米纤维结构在（K）1000放大倍率和（L）2000放大倍率下的横截面SEM图像。*金涂层**碳涂层。

图2.尿素以及负载尿素的单层和三层PLLA纳米纤维的FTIR光谱。纯尿素（尿素），含10％尿素的PLLA纳米纤维（*S+10％尿素），含20％尿素的PLLA纳米纤维（*S+20％尿素），含40％尿素的PLLA纳米纤维（*S+40％尿素），含10％尿素的PHB/PLLA/PHB纳米纤维（**T+10％尿素），含20％尿素的PHB/PLLA/PHB纳米纤维（**T+20％尿素），含40％尿素的PHB/PLLA/PHB纳米纤维（**T+40％尿素）。*S：单层PLLA纳米纤维垫，**T：三层PHB/PLLA/PHB纳米纤维结构。

图3.（A）从第1小时到3000小时，单层和三层纳米纤维结构的累积氮释放，以及（B）从第1小时到12小时，浸渍尿素溶液的纳米纤维以及含10％尿素的单层和三层纳米纤维结构的累积氮释放。S单层PLLA纳米纤维垫，T三层PHB/PLLA/PHB纳米纤维结构。

图4.静电纺丝设备的示意图。