CN105145564B - 一种包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束，其中鳞翅目昆虫性信息素为小菜蛾性信息素、斜纹夜蛾性信息素和甜菜叶蛾性信息素中的一种，所述的两亲嵌段共聚物亲水性嵌段包含至少一种聚乙二醇(MPEG)系列聚合物单元，亲油性嵌段包含至少一种聚己内酯(PCL)系列聚合物单元。MPEG‑PCL具有良好的生物相容性，对小分子药物具有优良的药物通过性，载药量能力强、稳定性好，是生物可降解，环境友好型材料且在制备过程中有机溶剂的使用量少，从而避免在使用过程中造成环境污染，昆虫性信息素是通过壁材的孔隙缓慢的释放，从而达到持久、稳定释放的效果。

Description

一种包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束

技术领域

本发明涉及一种基于昆虫信息素的两亲嵌段共聚物胶束组合物，具体涉及一种包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束。

背景技术

小菜蛾[Plutella xylostella (L.)]属鳞翅目菜蛾科，是为害十字花科蔬菜的世界性害虫。国内外已有很多关于利用小菜蛾性信息素替代传统化学杀虫剂治理小菜蛾的报道，如利用小菜蛾性信息素进行虫口密度监测、大量诱捕和迷向。小菜蛾性信息素的主要成分包括顺-11-十六碳烯醛(Z11-16:Ald) 、顺-11-十六碳烯乙酸酯(Z11-16:Ac)和顺-11-十六碳烯醇(Z11-16:OH)。其中顺-11-十六碳烯醛在空气中不稳定，易被空气氧化。甜菜夜蛾（Spodoptera exigua Hubner）为间歇性爆发危害的多食性农业害虫，近年来随着我国农业耕作栽培制度的改变，农作物品种布局的调整，气温变暖以及化学农药抗药性的产生等，甜菜夜蛾的防控难度越来越大，已经由次要害虫上升为危害蔬菜、棉花和花卉等作物的重要害虫，在全国各地发生危害日益严重。甜菜叶蛾性信息素由（顺,反）-9,12-十四碳二烯醇醋酸酯（Z9,E12-14:Ac），（顺）-9-十四碳烯醇（Z9-14:OH）组成。斜纹夜蛾学名[Prodenialitura (Rabricius)]属鳞翅目夜蛾科，别名莲纹夜蛾，俗称夜盗虫、乌头虫等。世界性分布。中国除青海、新疆未明外，各省（自治区）都有发生。幼虫取食甘薯、棉花、芋、莲、田菁、大豆、烟草、甜菜和十字花科和茄科蔬菜等近300种植物的叶片，间歇性猖獗为害。斜纹夜蛾性信息素由（顺,反）-9,11-十四碳二烯醇醋酸酯（Z9,E11-14:Ac），（顺,反）-9,12-十四碳二烯醇醋酸酯（Z9,E12-14:Ac），（顺）-9-十四碳烯醋酸酯（Z9-14:Ac）和（反）-11-十四碳烯醋酸酯（Z9-14:Ac）组成。

空心纤维、橡胶诱芯和石蜡油是目前应用普遍的昆虫性信息素释放载体。已有利用性信息素微胶囊作为缓释剂型进行舞毒蛾、枞色夜蛾和棉铃虫等害虫迷向防治的报道，但还未见有关小菜蛾、甜菜夜蛾、斜纹夜蛾等鳞翅目昆虫性信息素微胶囊的合成及其应用效果的相关研究成果。传统的性信息素释放载体存在一定的弊端，如性信息素的持效期难以持久。选择合适的缓释材料是延长昆虫性信息素持效期、提高害虫诱捕率的关键。携带昆虫性信息素的载体多为复合橡胶(Critchley B R, Campion D G, McVeigh L J, et al.1985. Control of pink bollworm, Pectinophora gossypiella (Saunders)(Lepidoptera: Gelechiidae), in Egypt by mating disruption using hollow-fibre,laminate-flake and microencapsulated formulations of synthetic pheromone[J].Bulletin of entomological research, 75(2): 329-346.) PVC（许国庆，蔡忠杰，刘培斌. 2008.甜菜夜蛾性信息素的研究与应用[J]. 昆虫知识，45(3): 357-361.）、石蜡油（Atterholt C A, Delwiche M J, Rice R E, et al. 1999. Controlled release ofinsect sex pheromones from paraffin wax and emulsions[J]. Journal of controlled release, 57(3): 233-247.）等材料。利用这些材料制成橡胶头、毛细管诱芯、迷向丝（李庆燕，刘金龙，赵龙龙，等. 2012.缓释技术在性信息素防治害虫中的应用[J].中国生物防治学报，28(4): 589-593.），在一定程度上减少了性信息素的快速分解（陆鹏飞.2007. 利用性信息素防治豆野螟的生物学基础及应用技术研究[D]. 武汉:华中农业大学博士论文.），但在田间使用的持效期仍然有限，同时有机溶剂对诱芯制备操作人员健康也会造成一定的影响(邓建宇，杜家纬. 2004.小菜蛾性信息素剂型的研究[J].上海交通大学学报（农业科学版），21(12): 52-55.)。近年来，微胶囊技术在农业领域得到广泛应用，为昆虫性信息素微胶囊制作提供新思路。

目前，昆虫信息素微胶囊的合成方法主要为复合凝聚法和界面聚合法。醛在界面聚合的过程中以及贮存期间均能与脂肪族多胺发生化学反应, 因此，醛类信息素不能通过以脂肪族多胺作为单体的界面聚合法进行微胶囊化；而醇类信息素亦不能通过界面聚合法进行微胶囊化，因为醇能迅速的与亲电子的单体发生化学反应。考虑上述因素，我们采用两亲嵌段聚合物制备包裹了小菜蛾性信息素的胶束和固体微胶囊。

微胶囊化(Microencapsulation)过程是利用高分子载体材料在活性物质外层形成一层连续而薄的包裹层的过程(乔吉超，胡小玲，管萍，等. 2008.药用微胶囊的制备[J].化学进展，20(1): 171-180.)。通过微胶囊化可降低被包裹物受不利环境的影响程度，延长活性物质的持效期，降低其毒性，还可避免有效成分中混入杂质等。被包裹的物质称为芯材或囊芯，可以是固体、气体、液体中的一种或多种的混合物。用来包裹囊心的物质称为壁材，通常要求性质稳定，没有毒副作用，不会影响囊心生物活性，并且具备一定的强度及渗透性，能够完全包裹药物等。用作壁材的材料主要包括天然材料和人工合成高分子材料。主要天然材料有植物胶、阿拉伯胶、壳聚糖(He P, Davis S S, Illum L. 1998. In vitroevaluation of the mucoadhesive properties of chitosan microspheres[J].International Journal of Pharmaceutics, 166(1): 75-88.)、海藻酸钠、卡拉胶、琼脂、糊精、低聚糖、甲壳素、明胶、酪蛋白、大豆蛋白、蜡(虫蜡、石蜡、蜂蜡)等(郝红，梁国正.2002.微胶囊技术及其应用[J].现代化工，22(3): 60-67.)。人工合成高分子材料主要包括聚碳酸酯、聚氰基丙烯酸烷酯、聚丙烯酸树脂、聚膦腈等(谈金辉，刘文涵，单胜艳.2003.物微胶囊技术及其应用[J].天津化工，17(6): 4-7.)。此外部分无机材料也可用作微胶囊的壁材(孟锐，李晓刚，周小毛，等. 2012.药物微胶囊壁材研究进展[J].高分子通报，3: 28-37.)。

昆虫性信息素微胶囊具有良好的应用前景。可以预期，随着昆虫性信息素微胶囊应用研究的不断深入和发展，昆虫性信息素微胶囊将在昆虫的诱捕、测报、综合治理中发挥越来越大的作用，并带来显著的经济效益和社会效益(孟宪佐.1997.昆虫性信息素的应用[J].生物学通报，32(3): 46-47.)。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束。鳞翅目昆虫性信息素与两亲嵌段共聚物的亲油端作用后，亲水端通过与水的作用自组装形成一种具有疏水性内核与亲水性外壳的核-壳型结构的胶束；而亲油端能够使具有脂溶性的性信息素更容易被包裹，增加了性信息素的包封率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束，其特征在于：其是以鳞翅目昆虫性信息素、两亲嵌段共聚物、去离子水为原料，而制得的一种包含鳞翅目昆虫性信息素的核-壳型结构的胶束；其中，鳞翅目昆虫性信息素、两亲嵌段共聚物、去离子水的质量比为1~5:5~25:5~10。

所述的鳞翅目昆虫性信息素为小菜蛾性信息素、斜纹夜蛾性信息素和甜菜叶蛾性信息素中的一种。

所述的小菜蛾性信息素由顺-11-十六碳烯醛（Z11-16:Ald），顺-11-十六碳烯乙酸酯（Z11-16:Ac）和顺-11-十六碳烯醇（Z11-16:OH）组成，其质量比为5~50: 5~50: 1。

所述的斜纹夜蛾性信息素由（顺，反）-9，11-十四碳二烯醇醋酸酯（Z9，E11-14:Ac），（顺，反）-9,12-十四碳二烯醇醋酸酯（Z9,E12-14:Ac），（顺）-9-十四碳烯醋酸酯（Z9-14:Ac）和（反）-11-十四碳烯醋酸酯（E11-14:Ac）组成，其质量比为50~100:10~30:10~25:10~25。

所述的甜菜叶蛾性信息素由（顺,反）-9,12-十四碳二烯醇醋酸酯（Z9，E12-14:Ac），（顺）-9-十四碳烯醇（Z9-14:OH）组成，其质量比为1~95:1~95。

所述的两亲嵌段共聚物的亲水性嵌段包含至少一种聚乙二醇系列聚合物单元，亲油性嵌段包含至少一种聚己内酯系列聚合物单元。

优选的，所述的两亲嵌段共聚物的亲水性嵌段为聚乙二醇（MPEG），亲油性嵌段为聚己内酯（PCL）。

一种制备如上所述的包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束的方法，包括以下步骤：

（1）将鳞翅目昆虫性信息素溶于DMF中，配制成鳞翅目昆虫性信息素溶液；

（2）将鳞翅目昆虫性信息素溶液与两亲嵌段共聚物的DMF溶液混合，得到混合溶液；

（3）在搅拌条件下逐滴加入去离子水，搅拌制得胶束。

将制得的胶束二等分，第一组直接置于10ml离心管中保存，第二组用半透膜透析24h后置于10ml离心管中保存；分别用气相色谱检测2h和24h的峰面积，根据标准曲线计算得到有效成分含量。

有效成分含量%=鳞翅目昆虫性信息素浓度/理论浓度*100；

游离率%=(初始浓度-透析24h浓度)/初始浓度*100；

包封率%=有效成分含量*（1-游离率）*100。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明通过将鳞翅目昆虫性信息素与两亲嵌段共聚物混合制得胶束，鳞翅目昆虫性信息素与共聚物的亲油端作用后，亲水端则通过与水的作用自组装形成一种具有疏水性内核与亲水性外壳的核-壳型结构的胶束；而亲油端能够使具有脂溶性的性信息素更容易被包裹，增加了性信息素的包封率，提高20%；

（2）两亲嵌段共聚物（MPEG-PCL）具有良好的生物相容性，对小分子药物具有优良的药物通过性，载药量能力强、稳定性好，是生物可降解，环境友好型材料且在制备过程中有机溶剂的使用量少，从而避免在使用过程中造成环境污染，鳞翅目昆虫性信息素是通过壁材的孔隙缓慢的释放，从而达到长期、稳定释放的效果。

附图说明

图1是包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂的释放节律；

图2是包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂的有效含量、包封率和游离率;

图3是包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂的田间引诱效果。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

首先对小菜蛾性信息素三种组分配比的确定，因为小菜蛾性信息素Z11-16:Ald和Z11-16:Ac的比例在8:2到5:5之间对小菜蛾雄蛾具有较高的反应活性，而Z11-16：OH的加入量在1%会起到增效的作用。但是小菜蛾性信息素在被两亲嵌段共聚物包埋后，会有一部分组分游离在微球之外，因此性信息素三种组分的比例会发生变化，我们经过检测和试验，最终确定了对小菜蛾有较高引诱活性的配比。同时，通过大量反复试验，也确定了斜纹夜蛾和甜菜夜蛾性信息素被两亲嵌段共聚物包埋后引诱活性最佳比例。

实施例1

一种包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂的配制：

（1）将小菜蛾性信息素各组分按Ald:Ac:OH=25:25:1的比例溶于DMF配制成5mg/ml的溶液；

（2）取1 ml小菜蛾性信息素溶液加入1ml 1% (M/V) MPEG-PCL (MPEG-PCL: 10mg)DMF溶液中，得到混合溶液；

（3）在40℃、1300 r/min电磁搅拌条件下逐滴加入8ml去离子水，搅拌30min制得胶束；

（4）将制得的胶束二等分，第一组直接置于10ml离心管中保存，第二组用半透膜透析24h后置于10ml离心管中保存；

（5）分别用气相色谱检测2h和透析24h的峰面积，根据标准曲线计算得到有效成分含量、包封率及游离率。

如图1和图2所示，制备的包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂具有比较稳定的释放节律，筛选的几种壁材制备的胶束引诱剂的有效成分含量和包封率都具有良好的稳定的保留效果。

实施例2

一种包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂的配制：

（1）将小菜蛾性信息素各组分按Ald:Ac:OH=50:5:1的比例溶于DMF配制成5mg/ml的溶液；

（2）取0.8 ml小菜蛾性信息素溶液加入2ml 1% (M/V) MPEG-PCL (MPEG-PCL:20mg) DMF溶液中，得到混合溶液；

（3）在50℃、1400 r/min电磁搅拌条件下逐滴加入10ml去离子水，搅拌40min制得胶束。

实施例3

一种包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂的配制：

（1）将小菜蛾性信息素各组分按Ald:Ac:OH=5:50:1的比例溶于DMF配制成5mg/ml的溶液；

（2）取0.6 ml小菜蛾性信息素溶液加入1.5ml 1% (M/V) MPEG-PCL (MPEG-PCL:15mg) DMF溶液中，得到混合溶液；

（3）在35℃、1200 r/min电磁搅拌条件下逐滴加入5ml去离子水，搅拌35min制得胶束。

应用实施例1

将实施例1配制的一种包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂进行田间试验效果的测定：

如图3所示，将制备的胶束引诱剂在田间进行了试验，与市面上销售的橡皮头或者毛细管为载体的小菜蛾引诱剂相比，通过54天的实验数据结果表明，我们制备的胶束引诱剂对小菜蛾的引诱量在试验调查的天数内均高于市售的以橡皮头或者毛细管为载体小菜蛾引诱剂，在前25天的时间内，包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂与市售的以橡皮头或者毛细管为载体小菜蛾引诱剂对小菜蛾的引诱量无显著差异，但是在29-54天的时间内，胶束引诱剂引诱的小菜蛾数量显著高于市售的以橡皮头或者毛细管为载体的小菜蛾引诱剂；而且在25天以后市售的以橡皮头或者毛细管为载体小菜蛾引诱剂引诱的小菜蛾的数量基本不增加，说明市售的以橡皮头或者毛细管为载体小菜蛾引诱剂的持效期在25-29天，而我们制备的包埋小菜蛾性信息素的胶束引诱剂的持效期可以达到54天，远高于29天。

实施例4

一种包埋斜纹夜蛾性信息素的胶束引诱剂的配制：

（1）将斜纹夜蛾性信息素各组分Z9,E11-14:Ac，Z9,E12-14:Ac，Z9-14:Ac和Z9-14:Ac按照质量比75:30:15:15的比例溶于DMF配制成5mg/ml的溶液；

（2）取1 ml斜纹夜蛾性信息素溶液加入2.5ml 1% (M/V) MPEG-PCL (MPEG-PCL:25mg) DMF溶液中，得到混合溶液；

（3）在45℃、1200 r/min电磁搅拌条件下逐滴加入10ml去离子水，搅拌20min制得胶束；

（4）将制得的胶束二等分，第一组直接置于10ml离心管中保存，第二组用半透膜透析24h后置于10ml离心管中保存。

实施例5

一种包埋斜纹夜蛾性信息素的胶束引诱剂的配制：

（1）将斜纹夜蛾性信息素各组分Z9,E11-14:Ac，Z9,E12-14:Ac，Z9-14:Ac和Z9-14:Ac按照质量比50:10:10:25的比例溶于DMF配制成5mg/ml的溶液；

（2）取1 ml斜纹夜蛾性信息素溶液加入1ml 1% (M/V) MPEG-PCL (MPEG-PCL:10mg) DMF溶液中，得到混合溶液；

（3）在40℃、1300 r/min电磁搅拌条件下逐滴加入8ml去离子水，搅拌30min制得胶束；

（4）将制得的胶束二等分，第一组直接置于10ml离心管中保存，第二组用半透膜透析24h后置于10ml离心管中保存。

实施例6

一种包埋斜纹夜蛾性信息素的胶束引诱剂的配制：

（1）将斜纹夜蛾性信息素各组分Z9,E11-14:Ac，Z9,E12-14:Ac，Z9-14:Ac和Z9-14:Ac按照质量比100:30:25:10的比例溶于DMF配制成5mg/ml的溶液；

（2）取1 ml斜纹夜蛾性信息素溶液加入1ml 1% (M/V) MPEG-PCL (MPEG-PCL:10mg) DMF溶液中，得到混合溶液；

（3）在40℃、1300 r/min电磁搅拌条件下逐滴加入8ml去离子水，搅拌30min制得胶束；

（4）将制得的胶束二等分，第一组直接置于10ml离心管中保存，第二组用半透膜透析24h后置于10ml离心管中保存。

应用实施例2

将实施例4配制的一种包埋斜纹夜蛾性信息素的胶束引诱剂进行田间试验效果的测定：

将制备的胶束引诱剂在田间进行了试验，与市面上销售的橡皮头或者毛细管为载体的斜纹夜蛾引诱剂相比，我们制备的胶束引诱剂对斜纹夜蛾的引诱量在试验调查的天数内均高于市售的以橡皮头或者毛细管为载体斜纹夜蛾引诱剂，平均持续期在58+5天，而市售的以橡皮头或者毛细管为载体斜纹夜蛾引诱剂的持效期在25-36天，而我们制备的包埋斜纹夜蛾性信息素的胶束引诱剂的持效期最高可以63天，远高于市售的36天。

实施例7

一种包埋甜菜夜蛾性信息素的胶束引诱剂的配制：

（1）将甜菜夜蛾性信息素各组分Z9,E12-14:Ac和Z9-14:OH按照质量比95:1的比例溶于DMF配制成5mg/ml的溶液；

（2）取1 ml甜菜夜蛾性信息素溶液加入1ml 1% (M/V) MPEG-PCL (MPEG-PCL:10mg) DMF溶液中，得到混合溶液；

（3）在40℃、1300 r/min电磁搅拌条件下逐滴加入8ml去离子水，搅拌30min制得胶束；

（4）将制得的胶束二等分，第一组直接置于10ml离心管中保存，第二组用半透膜透析24h后置于10ml离心管中保存。

实施例8

一种包埋甜菜夜蛾性信息素的胶束引诱剂的配制：

（1）将甜菜夜蛾性信息素各组分Z9,E12-14:Ac和Z9-14:OH按照质量比1:95的比例溶于DMF配制成5mg/ml的溶液；

（2）取1 ml甜菜夜蛾性信息素溶液加入1ml 1% (M/V) MPEG-PCL (MPEG-PCL:10mg) DMF溶液中，得到混合溶液；

（3）在40℃、1300 r/min电磁搅拌条件下逐滴加入8ml去离子水，搅拌30min制得胶束；

（4）将制得的胶束二等分，第一组直接置于10ml离心管中保存，第二组用半透膜透析24h后置于10ml离心管中保存。

应用实施例3

将实施例7配制的一种包埋甜菜夜蛾性信息素的胶束引诱剂进行田间试验效果的测定：

将制备的胶束引诱剂在田间进行了试验，与市面上销售的橡皮头或者毛细管为载体的甜菜夜蛾引诱剂相比，我们制备的胶束引诱剂对甜菜夜蛾的引诱量在试验调查的天数内均高于市售的以橡皮头或者毛细管为载体甜菜夜蛾引诱剂，平均持续期在43+6天，而市售的以橡皮头或者毛细管为载体甜菜夜蛾引诱剂的持效期在22-28天，而我们制备的包埋甜菜夜蛾性信息素的胶束引诱剂的持效期最高可以49天，远高于市售的28天。

以上所述仅作为本发明的实施方式和例子，在本专业技术领域范围内并不脱离本发明原理的前提下，对其进行等效变换以及改进，均视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束，其特征在于：其是以鳞翅目昆虫性信息素、两亲嵌段共聚物、去离子水为原料，而制得的一种包含鳞翅目昆虫性信息素的核-壳型结构的胶束；其中，鳞翅目昆虫性信息素、两亲嵌段共聚物、去离子水的质量比为1~5:5~25:5~10；所述的鳞翅目昆虫性信息素为小菜蛾性信息素、斜纹夜蛾性信息素和甜菜叶蛾性信息素中的一种；所述的小菜蛾性信息素由顺-11-十六碳烯醛，顺-11-十六碳烯乙酸酯和顺-11-十六碳烯醇组成，其质量比为5~50: 5~50: 1；所述的斜纹夜蛾性信息素由（顺，反）-9，11-十四碳二烯醇醋酸酯，（顺，反）-9,12-十四碳二烯醇醋酸酯，（顺）-9-十四碳烯醋酸酯和（反）-11-十四碳烯醋酸酯组成，其质量比为50~100:10~30:10~25:10~25；所述的甜菜叶蛾性信息素由（顺，反）-9,12-十四碳二烯醇醋酸酯，（顺）-9-十四碳烯醇组成，其质量比为1~95:1~95。

2.根据权利要求1所述的包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束，其特征在于：所述的两亲嵌段共聚物的亲水性嵌段包含至少一种聚乙二醇系列聚合物单元，亲油性嵌段包含至少一种聚己内酯系列聚合物单元。

3.根据权利要求2所述的包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束，其特征在于：所述的两亲嵌段共聚物的亲水性嵌段为聚乙二醇，亲油性嵌段为聚己内酯。

4.一种制备如权利要求1所述的包含鳞翅目昆虫性信息素的两亲嵌段共聚物胶束的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将鳞翅目昆虫性信息素溶于DMF中，配制成鳞翅目昆虫性信息素溶液；

（2）将鳞翅目昆虫性信息素溶液与两亲嵌段共聚物的DMF溶液混合，得到混合溶液；

（3）在搅拌条件下逐滴加入去离子水，搅拌制得胶束。