CN102823585A - 一种水溶性农药缓控释制剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水溶性农药缓控释制剂，其以海藻酸钙纳米微球为载体，以负载于载体上的水溶性农药为活性成分。所述水溶性农药优选为井冈霉素。该水溶性农药缓控释制剂可有效地控制农药释放速度，延长作用时间，减少施药次数，节约了成本，还降低了环境污染；同时能避免农药的活性成分在使用过程中的降解，提高了有效利用率；所用载体可降解、无次生污染。本发明还提供了水溶性农药缓控释制剂的制备方法。该制备方法的反应条件温和、制备工艺简单；制剂的粒径大小、孔隙结构以及药物装载量在制备过程中可控。

Description

一种水溶性农药缓控释制剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及农药制剂加工领域，具体涉及一种水溶性农药缓控释制剂及其制备方法。

背景技术

农药是防御重大生物灾害，保障国家粮食生产，促进农产品产量持续稳定增长的重要物质基础。根据联合国粮农组织(FAO)统计，全世界使用农药防治病虫害挽回的农产品损失约占粮食总产量的30％。我国的农业生物灾害发生非常频繁，对粮食安全构成了重大威胁，每年化学防治面积高达4亿公顷，已经成为世界第一农药生产和使用大国。经过多年的发展，我国已形成了较为完整的农药工业体系，对提高农作物产量，维持社会稳定，促进经济发展具有重要意义。

井冈霉素、武夷菌素等水溶性农药，在水中溶解性能好，溶解度大，但在喷洒过程中容易随着雨水冲刷而大量流失到环境中，农药持效期短、有效利用率低，而且对环境敏感，在环境中农药活性成分容易降解，影响防治效果。为了实现防治效果，必须多次、大量的喷施农药，消耗了大量的人力、物力与财力，并导致了严重的生态环境污染问题。

在当前新型农药化合物发掘与创制愈发困难的形势下，通过先进的剂型加工方法改善农药制剂的性能、延长持效期、充分发挥有效成分的生物活性与效能，已经成为提高农药防治效果、降低环境污染、节约施药成本的重要途径。

纳米技术是诞生于20世纪80年代并迅速发展起来的一种新兴科技，它已经渗透到生命科学、医药、材料、化工、农业等各个领域，给人类的生活带来了极其深远的影响。纳米技术的兴起及其在农药剂型加工方面的应用，使农药的缓控释制剂得到了一定程度的改进和发展。目前，关于农药的缓控释制剂的专利和文献报道主要集中于以阿维菌素、伊维菌素为代表的脂溶性农药。对于水溶性农药的纳米缓控释制剂，已申请的专利有例如名称为“武夷菌素可控缓释纳米微球的制备及其应用”的中国专利申请CN 101341870A和名称为“一种纳米多孔活性炭担载农用抗生素的缓控释制剂及制备方法”的中国专利申请CN102210301A；已报道的论文例如有：孙长娇，等.介孔活性炭表面改性对两种农用抗生素吸附性能的影响.农药学学报，2012，14（1）：89-94和梁旭东，等.井冈霉素载药二氧化硅空心微球的原位制备及缓释性能评价.过程工程学报，2008，6，8（3）：595-598。上述报道的专利和论文中使用的载体为活性炭、空心二氧化硅或壳聚糖，缓控释效果有限。其中活性炭、空心二氧化硅属于无机材料，不易于控制其粒径大小、孔隙结构，并且在药物释放后载体材料不能分解，残留在环境中，容易产生次生污染；以壳聚糖为原料形成的纳米微球，材料价格昂贵、合成过程复杂、制剂费用高、在经济上缺乏竞争力。

海藻酸钙纳米微球具有孔隙结构丰富、粒径大小可控、比表面积大、负载能力强、化学稳定性好等特点，近年来逐渐成为药物缓控释载体的研究热点。例如，中国专利申请CN101966157A公开了一种微米级地西他滨缓释微球，其通过在碱性条件下将海藻酸钠、地西他滨和氯化钙进行反应制得。

然而，与医药制剂相比，海藻酸钙纳米微球在农药、尤其是水溶性农药的剂型方面的研究应用，则显得相对滞后。中国专利申请CN101828555A公开了一种以海藻酸钙为包覆层，负载有农药吡草醚的硅藻土包覆于其中的缓释控释复合材料。在该复合材料中，海藻酸钙仅仅起到包覆层的作用，药物活性成分是负载于硅藻土中，该复合材料的结构及相应的制备工序稍为复杂。

发明内容

实际上，农药剂型与医药剂型虽然在制造工艺、使用方法和使用目的大不一样，但以海藻酸钙纳米微球为载体的农药和医药剂型，其本质上都是将药物包埋或镶嵌在海藻酸钙纳米微球及其孔隙中，延长药物释放作用时间；同时海藻酸钙纳米微球能有效地阻止药物与周边环境的接触，防治敏感性药物降解，提高药物稳定性。

因此，本发明的发明人借鉴了海藻酸钙纳米微球在医药制剂中所取得的成果，将海藻酸钙纳米微球应用到农药领域中，并提供了一种能够有效控制农药释放速度、延长作用时间的以海藻酸钙纳米微球为载体的水溶性农药缓控释制剂及其制备方法，为农药新剂型的研究提供了先进的思路和手段，克服了传统剂型的不足，使农药剂型越来越接近农业可持续发展的需要。

本发明提供了一种水溶性农药缓控释制剂，其以海藻酸钙纳米微球为载体，以负载于载体上的水溶性农药为活性成分。

优选地，上述制剂中的水溶性农药的含量基于制剂总重量计为5~95%，优选为10~70%。

其中，水溶性农药优选为井冈霉素和/或武夷菌素，更优选为井冈霉素。

根据本发明的水溶性农药缓控释制剂优选为多孔纳米颗粒的形式，颗粒直径为50~1000nm，优选为100~700nm，更优选为150~500nm。制剂的孔直径优选为5~200nm，还优选为10~100nm，进一步优选为20~80nm。

优选地，在如上所述的制剂中作为载体的海藻酸钙纳米微球的制备方法包括：将海藻酸钠水溶液与表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂混合并分散均匀，然后加入钙盐水溶液，使分散均匀并反应后，进行固液分离，所得固体即为海藻酸钙纳米微球。固液分离优选采用高速离心机来完成。优选将固液分离所得的固体用异丙醇清洗数次，然后干燥。

表面活性剂优选为溴化十二烷基三甲基铵、十二烷基苯磺酸钠、苯乙烯基苯酚甲醛树脂、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚、烷基苯酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯、磺酸酯类、酰胺类、有机硅类中的一种或多种；所述助表面活性剂优选为异丙醇；所述有机溶剂优选为环己烷；所述钙盐优选为氯化钙。

可见，该海藻酸钙纳米微球的制备工艺简单，反应条件温和，原料容易获得且价格低廉，因此制备成本低。

此外，本发明还提供了一种水溶性农药缓控释制剂的制备方法，包括：将海藻酸钠溶解于水溶性农药的水溶液中，加入表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂，混合使分散均匀后，加入钙盐水溶液，再混合使分散均匀并反应后，进行固液分离，所得固体即为以海藻酸钙纳米微球为载体的水溶性农药缓控释制剂。

优选通过超声波使溶液中各相分散均匀。固液分离步骤可通过高速离心机为完成。优选用异丙醇清洗离心沉淀物数次，然后将离心得到的沉淀物置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥，得到干燥的水溶性农药缓控释制剂。

也就是说，根据本发明的水溶性农药缓控释制剂是以海藻酸钠、可溶性钙盐、表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂为主要原料，通过反相微乳液的形成及其界面化学反应，将水溶性农药包埋或镶嵌在海藻酸钙纳米微球的孔隙中。

在制剂的制备方法中，表面活性剂优选为溴化十二烷基三甲基铵、十二烷基苯磺酸钠、苯乙烯基苯酚甲醛树脂、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚、烷基苯酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯、磺酸酯类、酰胺类、有机硅类中的一种或多种，尤其优选为溴化十二烷基三甲基铵。助表面活性剂优选为异丙醇，有机溶剂优选为环己烷，钙盐优选为氯化钙。

根据本发明的以海藻酸钙纳米微球为载体的水溶性农药缓控释制剂，可以有效地控制农药释放速度，延长作用时间，减少施药次数，降低了人力物力和财力成本，同时降低了环境污染；该还能避免农药的有效成分在使用过程中的降解，提高了有效利用率；此外，从多次试验结果中发现，本发明的水溶性农药缓控释制剂的活性成分在一定时间内能够几乎全部地释放出来，使活性成分得到充分利用。

本发明的水溶性农药缓控释制剂的制备方法具有反应条件温和、制备工艺简单、快速、成本低、载药量大、无有害添加剂、所合成的载体可降解、无次生污染等特点，是一种适合于产业应用的制备方法。

此外，根据本发明制备的水溶性农药-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的粒径大小、孔隙结构、药物装载量均具有可控性，能适应各种不同的喷施环境，在农药制剂领域特别是缓控释制剂领域具有可观的应用前景。

附图说明

本发明所提供的附图只是为了对本发明作进一步地说明，但不构成对本发明的限制，其中：

图1是海藻酸钙纳米微球的TEM图；

图2是海藻酸钙纳米微球的SEM图；

图3是50wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的TEM图；

图4是50wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的SEM图；

图5是50wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的缓释性能图；

图6是井冈霉素-二氧化硅载药空心微球的缓释性能图；

图7是50wt%的井冈霉素-活性炭缓控释颗粒的缓释性能图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明的范围同样不限于此。

实施例中所使用的透射电电镜为JEM-2100F场发射透射电子显微镜；扫描电镜为S-800扫描电子显微镜；紫外分光光度计的型号为岛津UV-2450；智能药物溶出仪的型号为RCZ-8A，天津大学精密仪器厂。

实施例1 海藻酸钙纳米微球的制备及结构表征

在三角瓶中加入5ml 0.1wt%的海藻酸钠水溶液，磁力搅拌下，依次加入1.15ml异丙醇和1.8ml环己烷，搅拌均匀，静置30min。然后往上述混合液中加入0.6g溴化十二烷基三甲基铵（CTAB），继续搅拌，直至完全溶解，形成稳定的反相微乳液。接着往反相微乳液中逐滴加入0.1ml 2mol/L的CaCl₂水溶液，搅拌均匀，超声分散，反应1h，即可得到均匀分散的海藻酸钙纳米微球悬浮液。将该悬浮液置于高速离心机中，以50000r/min的速率离心5min，弃去上层清液。向离心沉淀物中加入异丙醇进行清洗，再次以50000r/min的速率离心5min，反复操作三次，然后将离心沉淀物置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥，即得到海藻酸钙纳米微球。

分别用透射电镜和扫描电镜对所制备的海藻酸钙纳米微球进行结构表征。其中，图1是海藻酸钙纳米微球的TEM图；图2是海藻酸钙纳米微球的SEM图。由图1可以看出，海藻酸钙纳米微球的粒径在400nm左右，微球上存在大量的孔隙，孔径大约为10~50nm。从图2可见，海藻酸钙纳米微球均成分散的球形，粒径较均匀，大约为200~500nm。

实施例2 10wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的制备

在三角瓶中加入0.5ml 0.1wt%的井冈霉素水溶液，在磁力搅拌下，加入0.0045g海藻酸钠，充分搅拌，直至完全溶解，然后依次加入1.15ml异丙醇和1.8ml环己烷，搅拌均匀，静置30min。往上述混合液中加入0.6g CTAB，继续搅拌，直至完全溶解，形成稳定的反相微乳液。接着往反相微乳液中逐滴加入0.1ml 2mol/L的CaCl₂溶液，搅拌均匀，超声分散反应1h，得到均匀分散的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球悬浮液。将该悬浮液置于高速离心机中，在50000r/min的速率下离心5min，弃去上层清液。向离心沉淀物中加入异丙醇进行清洗，再次以50000r/min的速率离心5min，反复操作三次，然后将离心沉淀物干燥，即得10wt%（指井冈霉素基于制剂总重量计的含量，下同。）的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂。

实施例3 25wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的制备

重复实施例2的步骤，只是将井冈霉素水溶液的浓度由0.1wt%改为0.3wt%，最后得到25wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂。

实施例4 50wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的制备及结构表征

在三角瓶中加入5ml 1.0wt%的井冈霉素水溶液，在磁力搅拌下，加入0.05g海藻酸钠，充分搅拌，直至完全溶解，然后依次加入11.5ml异丙醇和18ml环己烷，搅拌均匀，静置30min。往上述混合液中加入6.0g CTAB，继续搅拌，直至完全溶解，形成稳定的反相微乳液。接着往反相微乳液中逐滴加入1ml 2mol/L的CaCl₂溶液，搅拌均匀，超声分散反应1h，得到均匀分散的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球悬浮液。将该悬浮液置于高速离心机中，在50000r/min的速率下离心5min，弃去上层清液。向离心沉淀物中加入异丙醇进行清洗，再次以50000r/min的速率离心5min，反复操作三次，然后将离心沉淀物干燥，即得50wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂。

分别用透射电镜和扫描电镜对所制备的50wt%井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂进行结构表征。其中，图3是其TEM图，图4是其SEM图。由图3可以看出，50wt%井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂成球形，粒径在600nm左右，球体上存在孔隙，孔径为10~100nm。从图4可进一步看出，该缓控释制剂呈分散的球形，粒径较均匀，大约为200~600nm。

实施例5 75wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的制备

重复实施例2的步骤，只是将井冈霉素水溶液的浓度由0.1wt%改为3.0wt％，将海藻酸钠的加入量由0.0045g改为0.005g，最后得到75wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂。

实施例6 90wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的制备

重复实施例2的步骤，只是将井冈霉素水溶液的浓度由0.1wt%改为9.0wt%，最后得到90wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂。

实施例7井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的缓释性能测试

在药物溶出仪的溶出杯中盛放5mL去离子水，以100r/min的转速搅拌，加入0.005g实施例4所制备的50wt%的井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂，保持室温，按预先设定的时间取样，离心分离测试样品。使用紫外分光光度计检测上层清液中的井冈霉素药物浓度，紫外光检测波长为210nm，计算井冈霉素的释放量，绘制井冈霉素的缓释性能图，结果见表1和图5所示。

表1 50wt%井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的缓释过程

时间(天)	1	2	3	4	5	6	7	8
									井冈霉素释放量(%)	27.6	48.3	62.5	75.9	86.1	92.7	97.8	99.5

从表1和图5中均可以看出，在50wt%井冈霉素-海藻酸钙纳米微球缓控释制剂的药物溶出过程中，初始阶段井冈霉素浓度迅速升高，有利于快速达到起始有效浓度；后一阶段持续缓和释放，在一定时期内维持药物的作用效果，有利于延长持效期，提高药效、降低用药量；同时由于井冈霉素最终接近完全释放，例如能够达到99.5%或以上，所以活性成分井冈霉素得到了充分的利用。

对比例1井冈霉素-二氧化硅载药空心微球的释放性能测试

此对比例为梁旭东等人在文献“井冈霉素载药二氧化硅空心微球的原位制备及释放性能评价，过程工程学报，2008，6，8（3）：595-598”中所报道的井冈霉素-二氧化硅载药空心微球的药物释放性能，如图6所示。

从图6中可见，上述井冈霉素-二氧化硅载药空心微球的药物释放速度较快、周期较短，尤其在前10min，药物释放速率很快，药物释放量约达到40%，在不足250min时，药物基本释放完毕，没有缓释效果。

对比例2 50wt%井冈霉素-活性炭缓控释颗粒的制备及其缓释性能测试

采用崔海信等人的专利申请CN 102210301A（名称为“一种纳米多孔活性炭担载农用抗生素的缓控释制剂及制备方法”）中的方法制备50wt%井冈霉素-活性炭缓控释颗粒，具体如下：

在三角瓶中加入5ml 1.0wt%的井冈霉素水溶液，在磁力搅拌下，加入0.05g纳米多孔活性炭（孔径在100~500nm），充分吸附24h后转移至旋转蒸发仪中，在50℃，0.02M Pa下将水蒸发掉，使井冈霉素在活性炭的孔隙中缓慢结晶，最后得到50wt%井冈霉素-活性炭缓控释颗粒，对该颗粒进行缓控释性能测试，结果见表2和图7所示。

表2 50wt%井冈霉素-活性炭缓控释颗粒的缓释过程

时间(天)	1	2	3	4	5	6	7	8
									井冈霉素释放量(%)	32.5	65.8	84.1	94.7	98.3	97.5	98.6	98.2

由表2和图7可以看出，上述50wt%井冈霉素-活性炭缓控释颗粒在前3天的释放药物速率较快，到达第5天之后停止药物释放，并且药物最终并未完全释放出来，例如只达到98.6%，导致了活性成分得不到充分的利用。

Claims (10)

1.一种水溶性农药缓控释制剂，其以海藻酸钙纳米微球为载体，以负载于载体上的水溶性农药为活性成分。

2.根据权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述制剂中的水溶性农药的含量基于制剂总重量计为5~95%。

3.根据权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述水溶性农药为井冈霉素和/或武夷菌素，优选为井冈霉素。

4.根据权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述制剂是多孔纳米颗粒形式，颗粒直径为50~1000nm，优选为100~700nm。

5.根据权利要求4所述的制剂，其特征在于，所述制剂的孔直径为5~200nm，优选为10~100nm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制剂，其中海藻酸钙纳米微球的制备方法包括：将海藻酸钠水溶液与表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂混合并分散均匀，然后加入钙盐水溶液，使分散均匀并反应后，进行固液分离，所得固体即为海藻酸钙纳米微球。

7.根据权利要求6所述的制剂，其特征在于，所述表面活性剂选自溴化十二烷基三甲基铵、十二烷基苯磺酸钠、苯乙烯基苯酚甲醛树脂、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚、烷基苯酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯、磺酸酯类、酰胺类、有机硅类中的一种或多种；所述助表面活性剂为异丙醇；所述有机溶剂为环己烷；所述钙盐为氯化钙。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的制剂的制备方法，包括：将海藻酸钠溶解于水溶性农药的水溶液中，加入表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂，混合使分散均匀后，加入钙盐水溶液，再混合使分散均匀并反应后，进行固液分离，所得固体即为以海藻酸钙纳米微球为载体的水溶性农药缓控释制剂。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自溴化十二烷基三甲基铵、十二烷基苯磺酸钠、苯乙烯基苯酚甲醛树脂、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚、烷基苯酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯、磺酸酯类、酰胺类、有机硅类中的一种或多种，并优选为溴化十二烷基三甲基铵。

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述助表面活性剂为异丙醇，所述有机溶剂为环己烷，所述钙盐为氯化钙。

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