王 婭, 王 寧, 齊 麟, 李曉剛*

(1. 南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心/湖南農業(yè)大學植物保護學院, 長沙 410128; 2. 湖南省生物農藥與制劑加工工程技術研究中心, 長沙 410128)

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嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球的結構表征與釋放性能

王 婭1,2, 王 寧1,2, 齊 麟1,2, 李曉剛1,2*

(1. 南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心/湖南農業(yè)大學植物保護學院, 長沙 410128; 2. 湖南省生物農藥與制劑加工工程技術研究中心, 長沙 410128)

以PBS/PLA共混物為復合載體,嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑為包埋有效成分,聚乙烯醇(PVA-1788)為分散劑,采用溶劑揮發(fā)法制備了嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球。通過光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、Nicolet 6700型傅立葉變換紅外光譜儀、高效液相色譜(HPLC)等表征復配農藥微球的性質,采用透析袋法測定其緩釋性能。結果表明,所得的嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球中嘧菌酯的載藥量和包埋率分別為14.30%、85.06%,苯醚甲環(huán)唑的載藥量和包埋率為9.47%、90.18%,且微球球形規(guī)整,平均粒徑為7.20 μm。嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球具有良好的緩釋性能,并且2種活性成分的釋放量之比與其最佳復配比接近,可以達到增效目的。

嘧菌酯; 苯醚甲環(huán)唑; 微球; 溶劑揮發(fā)法; 聚丁二酸丁二醇酯

農藥緩釋制劑具有提高農藥穩(wěn)定性、降低對非靶標生物毒性以及延長持效期等優(yōu)點[1],目前農藥緩釋制劑主要聚焦于單一有效成分的包覆,兩種有效成分的農藥緩釋制劑研究相對較少。制備雙組分農藥緩釋制劑不僅可以實現兩元復配增效,擴大防治譜,還可以降低生產成本,受到研究者的關注。以聚碳酸亞丙酯為載體的噻蟲嗪·高效氯氰菊酯復配微膠囊不僅具有良好的緩釋性能,活性成分的釋放濃度比例與其最佳復配比1∶2接近,可以實現增效的目的[2]。

嘧菌酯(azoxystrobin)屬于甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑,具有高效、廣譜以及內吸性的殺菌活性[3]。苯醚甲環(huán)唑(difenoconazole)屬于三唑類內吸性殺菌劑,具有良好的內吸性,同時兼具很強的預防、治療兼保護作用[4-5]。由于嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑殺菌機制完全不同,兩者合理混用可以提高防治效果、減少用藥量和防治成本、降低殺菌劑抗藥性風險[6-7]。但是,兩種殺菌劑對水生生物均表現較高的毒性,而且其目前的主要劑型為懸浮劑,其有效利用率低,持效期短[8-10],因此將嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑加工為微球復配緩釋劑型,實現低毒化是很有必要的。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一種環(huán)境友好型生物降解高分子材料,具有良好的生物可降解性和生物相容性[11]。由于PBS在土壤、淡水等環(huán)境條件下的降解速度快,且成囊后微膠囊的表面會形成部分微孔,導致PBS單獨用作藥物微膠囊的壁材時釋藥速度過快,而采用與其他高分子材料共聚、共混的方法則可控制壁材的降解速率,實現對藥物的控制釋放[12],如以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/聚碳酸亞丙酯(PPC)為載體的噻蟲嗪微膠囊載藥量和包封率比純PBS載體微膠囊高,具有良好的成球性和緩釋性能[13]。聚乳酸(PLA)是性能優(yōu)良的可降解材料,其降解速度相對緩慢,用PLA和PBS共混可以有效調節(jié)PBS的降解速率,從而進一步改善農藥緩釋劑的緩釋性能。對于嘧菌酯、苯醚甲環(huán)唑等用于瓜果、蔬菜等收獲期短或直接食用的作物上的殺菌劑而言,其農藥微球或微膠囊對有害生物的防治關鍵時期在2個月內最為適宜[14-15],而且使用可降解的載藥材料對環(huán)境更為友好。因此,PBS/PLA共混材料可作為農藥緩釋制劑良好的載體[16]。

本文以PBS/PLA共混物為復合載體,采用乳化溶劑揮發(fā)法制備嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球。對所制備的微球進行表征,并以32.5%苯醚甲環(huán)唑·嘧菌酯懸浮劑作為參比,研究微球的緩釋行為。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

聚丁二酸丁二醇酯(PBS),工業(yè)級,安慶和興化工有限公司;聚乳酸(PLA),美國Nature Works公司;嘧菌酯(azoxystrobin)原藥,純度96%,江蘇蘇濱生物農化有限公司;苯醚甲環(huán)唑(difenoconazole)原藥,純度95%,江蘇豐登作物保護股份有限公司;32.5%苯醚甲環(huán)唑·嘧菌酯懸浮劑,先正達(蘇州)作物保護有限公司;聚乙烯醇(PVA-1788),分析純,成都西亞化工股份有限公司;其他試劑均為國產分析純。

Motic光學顯微鏡(OM),麥克奧迪實業(yè)集團有限公司;C-MAG可控加熱磁力攪拌器;T25-digital高速剪切機,德國IKA公司;5804R高速臺式大容量離心機,德國Eppendorf公司;Rise-2006型激光粒度分析儀,濟南潤之科技有限公司;JSM-6360型掃描電子顯微鏡,日本JEOL公司;Nicolet 6700型傅立葉變換紅外光譜儀,美國Thermo Nicolet公司;Agilent1260高效液相色譜儀,美國安捷倫科技有限公司。

1.2 微球的制備方法

采用乳化溶劑揮發(fā)法制備嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球[17]。分別準確稱取一定質量的嘧菌酯原藥、苯醚甲環(huán)唑原藥和PBS/PLA共混物溶于一定體積的二氯甲烷中作為有機相,配制一定濃度和體積的PVA-1788作為水相。將有機相與水相混合后在高速剪切機下高速剪切乳化,形成穩(wěn)定的水包油(O/W)混合乳液,在室溫下以600 r/min攪拌6～8 h,直至二氯甲烷完全揮發(fā),使微球固化。將固化形成的微球懸浮液離心、洗滌、干燥,得到嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球。

1.3 微球的表征

1.3.1 微球外觀形貌觀察

采用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡分別觀察微球的外觀形貌特征,并選取有代表性的區(qū)域拍照。

1.3.2 微球粒徑分布測定

采用激光粒度分布儀測定嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球的粒徑大小及分布,并按照公式(1)計算跨距(Span)。

(1)

公式(1)中D90表示微球累積的粒度分布百分數達到90%時所對應的粒徑;D50表示微球累積的粒度分布百分數達到50%時所對應的粒徑;D10表示微球累積的粒度分布百分數達到10%時所對應的粒徑。

1.3.3 微球紅外光譜測定

采用Nicolet 6700型傅立葉變換紅外光譜儀測試微球的紅外吸收光譜,定性分析有效成分的包埋情況。

1.3.4 微球載藥量與包埋率測定

總有效成分的測定:準確稱取一定質量的以PBS/PLA共混物為載體的嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球試樣,加入少量二氯甲烷中進行溶解,待二氯甲烷揮發(fā)完全后,加入適量的甲醇超聲振蕩溶解,將所得溶液用甲醇定容至50 mL容量瓶中,用于HPLC測定。

微球外有效成分的測定:準確稱取一定質量的以PBS/PLA共混物為載體的嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球試樣用適量甲醇萃取,將所得的萃取液用甲醇定容至50 mL容量瓶中,用于HPLC測定。

嘧菌酯色譜條件:色譜柱為Agilent TC-C18不銹鋼色譜柱(4.6 mm×250 mm, 5μm);流動相為V(甲醇)∶V(水)=65∶35;流速1.0 mL/min;檢測波長230 nm;進樣量10 μL;柱溫30℃。

苯醚甲環(huán)唑色譜條件:色譜柱為Agilent TC-C18不銹鋼色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);流動相為V(甲醇)∶V(水)=80∶20;流速0.9 mL/min;檢測波長254 nm;進樣量20 μL;柱溫30℃。

用標準溶液測定嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑的標準曲線,分別為:y=-38.46+26.606x(R2=0.998 1)和y=-8.58+7.88x(R2=0.999 7),根據標準曲線計算總有效成分含量和球外有效成分含量。微球的載藥量和包埋率分別按照公式(2)和公式(3)計算:

載藥量(%)=

(2)

包埋率(%)=

(3)

1.3.5 嘧菌酯/苯醚甲環(huán)唑微球緩釋性能評價

采用透析袋法[18]對以PBS/PLA共混物為載體的嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球的緩釋性能進行測定。室溫下,準確稱取300mg嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球于透析袋中,將其浸入盛有500mL緩釋介質(甲醇和水,體積比為1∶1)的燒杯中,每隔一段時間取1mL上清液 (每次取樣后立即補充1mL緩釋介質),采用HPLC測定嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑的含量,研究微球的緩釋行為。同時,以32.5%苯醚甲環(huán)唑·嘧菌酯SC在相同條件下進行對照試驗。并按照公式(4)計算累積釋放率。

(4)

2 結果與討論

2.1 嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球外觀形貌及粒徑分布

圖1、圖2分別為嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球的光學顯微鏡照片和掃描電子顯微鏡照片。光學顯微鏡和掃描電鏡下觀察結果顯示,以PBS/PLA共混物為載體的微球粒徑分布較均一、球形規(guī)整,而以脲醛樹脂為載體的微膠囊存在明顯的粘連現象,干燥后球形不規(guī)整。

圖1 光學顯微鏡下的微球Fig.1 Optical microscope photo of microsphere

圖2 掃描電鏡下的微球Fig.2 SEM photo of microsphere

圖3 微球樣品粒徑分布Fig.3 Size distribution profile of microsphere samples

圖3為嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球的粒徑分布圖。由圖3可知,以PBS/PLA共混物為載體所制備微球粒徑大小呈正態(tài)分布,分布范圍較窄,平均粒徑為7.20μm,跨距為1.36。

2.2 嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑微球載藥量、包埋率

采用HPLC法測得以PBS/PLA為復合載體的嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球的載藥量和包埋率,其中嘧菌酯的載藥量為14.30%,包埋率為85.06%;苯醚甲環(huán)唑的載藥量為9.47%,包埋率為90.18%。

2.3 嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑微球及FTIR測定結果

FTIR測試結果見圖4和圖5。包埋有嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑的PBS/PLA微球的組成可以通過微球和微球載體的紅外光譜得到。圖4中,在微球的紅外光譜中的1 446.35cm-1處出現了C-N的特征峰,748.24cm-1處出現了C-Cl的特征峰(苯醚甲環(huán)唑的C-N和C-Cl特征峰),在2 231.23cm-1處出現了C≡N的特征峰(嘧菌酯的C≡N特征峰),同時微球載體在這3處均沒有峰,證明了嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑均被包埋到微球里。

圖4 微球的紅外光譜圖Fig.4 FTIR spectra of microsphere

圖5 微球載體的紅外光譜圖Fig.5 FTIR spectra of microsphere delivery

2.4 嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑微球的緩釋性能

由以PBS/PLA共混物為復合載體的嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球的累積釋放曲線(見圖6)可知:懸浮劑和微球中嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑的釋放量之比在1.60～1.93∶1之間,與其最佳復配比(8∶5)接近,但是懸浮劑中嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑的累積釋放率在第7天就都已經達到80%以上,而與其相比,微球則具有明顯的緩釋效果,并且釋放分為突釋和緩釋2個階段。微球表層及淺層附著部分活性成分導致在初期(0～5d)釋放較快,與文獻報道的“突釋效應”相符[19]。在緩釋階段釋放的活性成分主要是來自微球的內部,釋放速度較慢,活性成分釋放25d后均達到85%以上。

圖6 微球的累積釋放曲線Fig.6 Cumulative release curves of microsphere

3 結論

以可降解高分子材料PBS為載體,通過PLA對其進行改性,采用乳化溶劑揮發(fā)法成功制備了嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球。所制備的微球粒徑均一,球形規(guī)整,平均粒徑為7.2μm,且嘧菌酯載藥量為14.30%,包埋率為85.06%,苯醚甲環(huán)唑的載藥量為9.47%,包埋率為90.18%。FTIR-ATR測試結果顯示,嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑均被充分包埋在微球中。

以PBS/PLA共混物為復合載體的嘧菌酯·苯醚甲環(huán)唑PBS/PLA微球具有明顯的緩釋效應,且兩種活性成分的釋放量之比為1.60～1.93∶1。研究表明,嘧菌酯和苯醚甲環(huán)唑按照有效成分質量比8∶5(1.6∶1)混配時具有明顯增效作用,防治效果最佳[20]。因此,所制備的復配農藥微球兩種活性成分釋放量接近最佳復配劑量比,能夠達到增效和持效的目的。

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(責任編輯：田 喆)

Structure characterization and release properties of azoxystrobin and difenoconazole compound pesticide microspheres

Wang Ya1,2, Wang Ning1,2, Qi Lin1,2, Li Xiaogang1,2

(1.SouthernRegionalCollaborativeInnovationCenterforGrainandOilCrops,CollegeofPlantProtection,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China; 2.HunanProvincialEngineering,TechnologyResearchCenterforBiopesticidesandFormulatingProcessing,Changsha410128,China)

The microspheres containing azoxystrobin and difenoconazole were prepared by emulsion solvent evaporation method using PBS/PLA blends as microsphere delivery, azoxystrobin and difenoconazole as core materials and PVA-1788 as disperser. The compound pesticide microsphere was characterized by scanning electron microscope (SEM), optical microscope (OM), Nicolet 6700 FTIR spectroradiometer (FTIR Spectrometer) and high-performance liquid chromatography (HPLC), and the performance of its controlled release was studied by dialysis bag method. The results showed that the entrapment efficiency and drug loading of microsphere were 85.06%, 14.30% for azoxystrobin and 90.18%, 9.47% for difenoconazole. The microsphere dispersed as individual particles with a well-defined spherical shape and the average particle size of microsphere were 7.20 μm. The results also showed that the microsphere had a significant effect on controlled release; in addition, the concentration ratio of active ingredients was close to the optimum compound stoichiometry, which can achieve the purpose of improving the efficacy of the pesticides.

azoxystrobin; difenoconazole; microsphere; solvent evaporation method; poly (butylene succinate)

2016-10-29

2017-01-04

化學肥料和農藥減施增效綜合技術研發(fā)專項(2016YFD0201200);中國煙草總公司科技重點項目(110201302014);湖南省高校重點實驗室平臺開放基金(15K064);湖南省研究生科研創(chuàng)新項目(CX2016B304)

TQ 450.6

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.04.010

* 通信作者 E-mail: lxgang@hunau.edu.cn