CN109769809A

CN109769809A - 一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂及制备方法

Info

Publication number: CN109769809A
Application number: CN201910112990.0A
Authority: CN
Inventors: 倪利晓; 顾国秀; 荣诗怡; 胡玲玲; 刘烜瑜; 王娜; 王逸飞
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2019-05-21

Abstract

本发明公开了一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂，包括缓释微粒和包埋其中的羧酸类化感活性物质；缓释微粒由海藻酸钠聚阴离子与壳聚糖氨基阳离子通过离子交联反应结合而成。结合微纳米技术，通过用壳聚糖和海藻酸钠作为载体材料包埋羧酸类抑藻活性物质，制成粒径较小的缓释微粒抑藻剂，不易膨胀下沉，能延长羧酸类化感活性物质在水体中对铜绿微囊藻的抑制时间、降低成本，有效解决了直接向水体投加羧酸类化感活性物质而产生的活性物质投加量大、易流失、达不到抑藻浓度等问题；所用壳聚糖与海藻酸钠均为无毒、生物相容性较好、可生物降解的天然高分子材料，能有效避免抑藻过程中的二次污染，可广泛应用于池塘、水库、湖泊等自然水体。

Description

一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂及制备方法

技术领域

本发明涉及一种抑藻剂，具体涉及一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂及其制备方法，属于水体富营养化抑制藻类爆发技术领域。

背景技术

国内外藻类水华治理方式多样，其中控源截污、蓝藻打捞拦截、抑藻灭藻、生态修复等技术被灵活采用，根据湖泊区域和藻类爆发情况而采取单一或多种方式结合的形式。但，藻类水华、湖泛等现象仍旧出现在一些典型湖泊或流域中，这也成为水资源保护领域中需解决的重点问题。

近年来，水生植物化感作用得到广泛关注；但是，水生植物释放化感物质具有区域限制性、化感作用周期长、见效慢等问题。如果直接投放纯品化感物质，容易稀释降解和流失，达不到抑制浓度，在实际应用中易产生二次污染。

微胶囊技术在生态安全型抑藻剂方面得到较多学者的关注，多种用于包埋化感活性物质的缓释颗粒被研制；这类缓释颗粒抑藻剂缓释效果好，但遇水易膨胀、粒径较大、容易下沉，影响实际水体抑藻效果。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种粒径小、不易膨胀下沉、无毒的载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂，包括缓释微粒和包埋其中的羧酸类化感活性物质；

所述缓释微粒由海藻酸钠聚阴离子与壳聚糖氨基阳离子通过离子交联反应结合而成。

上述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将海藻酸钠溶于去离子水中，配置成海藻酸钠溶液，并调节其pH值；

S2、将羧酸类化感活性物质加入到CaCl2溶液中，搅拌混匀后，加入海藻酸钠溶液中，搅拌、超声处理，得到预凝胶溶液；

S3、将壳聚糖溶于冰醋酸溶液中，制得壳聚糖溶液，并调节其pH，再加入预凝胶溶液中，搅拌、超声处理，制得混悬液；

S4、离心上述混悬液，清洗离心后的缓释微粒；

S5、加入甘露醇后，冷冻干燥制得载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒。

进一步的，上述步骤S2中海藻酸钠与CaCl2的质量比为3.5:1~6.5:1，海藻酸钠与羧酸类化感活性物质的质量比为2:1~6:1。

进一步的，上述步骤S3中壳聚糖溶液的浓度为0.4mg/ml~1mg/ml，海藻酸钠与壳聚糖的质量比为3:1~6:1。

进一步的，上述步骤S1中海藻酸钠溶液的浓度为0.8mg/ml~1.2mg/ml，调节pH采用HCl溶液，调节后的pH值为4.5~5.5。

进一步的，上述步骤S2中CaCl2溶液的浓度为0.5mg/ml~0.8mg/ml，以1ml/min~3ml/min的滴速滴加入海藻酸钠溶液中；搅拌为磁力搅拌，搅拌转速为800r/min~1200r/min，搅拌时间为30min~45min，超声处理时间为5min~10min。

进一步的，上述步骤S3中冰醋酸溶液的质量浓度为1%~3%，调节pH采用NaOH溶液，调节后的pH为4.5~6，以1ml/min~3ml/min的滴速滴加入预凝胶溶液中，磁力搅拌的转速为800r/min~1200r/min，搅拌时间为30min~90min，超声处理时间为1min~3min。

进一步的，上述步骤S4中离心转速为：12000r/min，时间为30min；离心、清洗的重复次数为3次。

进一步的，上述步骤S5中甘露醇的质量浓度为3%~5%。

上述的羧酸类化感活性物质包括：水杨酸、壬二酸、乳酸。

本发明的有益之处在于：

本发明制备的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂，结合微纳米技术，通过用壳聚糖和海藻酸钠作为载体材料包埋羧酸类抑藻活性物质，制成缓释微粒抑藻剂，其粒径大小为500nm~700nm，不易膨胀下沉，能延长羧酸类化感活性物质在水体中对铜绿微囊藻的抑制时间、降低成本，有效解决了直接向水体投加羧酸类化感活性物质而产生的活性物质投加量大、易流失、达不到抑藻浓度等问题，以及前期研究所得的缓释颗粒粒径较大、易下沉等缺点。

本发明所用壳聚糖与海藻酸钠均为无毒、生物相容性较好、可生物降解的天然高分子材料，能有效避免抑藻过程中的二次污染，应用于真实水体抑藻领域，可广泛应用于池塘、水库、湖泊等自然水体，抑制藻类的爆发，为羧酸类抑藻活性物质用于自然水体抑藻提供了新的技术途径。

附图说明

图1为本发明的实施例1对铜绿微囊藻的抑制图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明的实施例所使用的化学物质皆为市购。

本发明的实施例中羧酸类化感活性物质选用乳酸。

实施例1：

S1、取0.06g海藻酸钠溶于60ml的去离子水中，配置成1mg/ml的海藻酸钠溶液，并调节其pH值为4.7；

S2、取0.02g羧酸类化感活性物质加入到18ml的0.6mg/ml的CaCl2溶液中，搅拌混匀，并以1ml/min的滴速滴加入海藻酸钠溶液中，在磁力搅拌器上以1000r/min的转速搅拌30min，并使用超声破碎仪进行超声处理10min，得到预凝胶溶液；

S3、取0.012g壳聚糖溶于20ml的 1% 的冰醋酸溶液中，并调节其pH为5.1，接着以1ml/min的滴速滴加入预凝胶溶液中，再在磁力搅拌器上以1000r/min的转速搅拌60min，使用超声破碎仪进行超声处理1min；

S4、对所制备的混悬液在12000r/min的条件下离心30min，离心后的缓释微粒用蒸馏水清洗，重复离心清洗步骤3次；

S5、加入3%的甘露醇后冷冻干燥制得载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒。

使用本实施例制备的载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂，对无菌培养的铜绿微囊藻进行急性毒性实验，设置三个平行组，24h观察一次，连续观察一周，当载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的浓度为1.6g/L时，其对铜绿微囊藻的96h抑制率达到75%，连续观察30天，铜绿微囊藻抑制率达到99%。

实施例2：

S1、取0.08g海藻酸钠溶于80ml的去离子水中，配置成1mg/ml的海藻酸钠溶液，并调节其pH值为4.7；

S2、取0.03g羧酸类化感活性物质加入到20ml的0.6mg/ml的CaCl2溶液中，搅拌混匀，并以1ml/min的滴速滴加入海藻酸钠溶液中，在磁力搅拌器上以1100r/min的转速搅拌30min，并使用超声破碎仪进行超声处理10min，得到预凝胶溶液；

S3、取0.015g壳聚糖溶于25ml的 1% 的冰醋酸溶液中，并调节其pH为5.1，接着以1ml/min的滴速滴加入预凝胶溶液中，再在磁力搅拌器上以1000r/min的转速搅拌60min，使用超声破碎仪进行超声处理1min；

使用本实施例制备的载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂，对无菌培养的铜绿微囊藻进行急性毒性实验，设置三个平行组，24h观察一次，连续观察一周，当载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的浓度为1.6g/L时，其对铜绿微囊藻的96h抑制率达到73%，连续观察30天，铜绿微囊藻抑制率达到95%。

实施例3

S1、取0.04g海藻酸钠溶于40ml的去离子水中，配置成1mg/ml的海藻酸钠溶液，并调节其pH值为4.7；

S2、取0.01g羧酸类化感活性物质加入到15ml的0.6mg/ml的CaCl2溶液中，搅拌混匀，并以1ml/min的滴速滴加入海藻酸钠溶液中，在磁力搅拌器上以900r/min的转速搅拌30min，并使用超声破碎仪进行超声处理10min，得到预凝胶溶液；

S3、取0.01g壳聚糖溶于18ml的 1% 的冰醋酸溶液中，并调节其pH为5.1，接着以1ml/min的滴速滴加入预凝胶溶液中，再在磁力搅拌器上以900r/min的转速搅拌60min，使用超声破碎仪进行超声处理1min；

使用本实施例制备的载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂，对无菌培养的铜绿微囊藻进行急性毒性实验，设置三个平行组，24h观察一次，连续观察一周，当载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的浓度为1.6g/L时，其对铜绿微囊藻的96h抑制率达到70%，连续观察30天，铜绿微囊藻抑制率达到85%。

实施例4

S1、取0.1g海藻酸钠溶于100ml的去离子水中，配置成1mg/ml的海藻酸钠溶液，并调节其pH值为4.7；

S2、取0.04g羧酸类化感活性物质加入到30ml的0.6mg/ml的CaCl2溶液中，搅拌混匀，并以1ml/min的滴速滴加入海藻酸钠溶液中，在磁力搅拌器上以1200r/min的转速搅拌30min，并使用超声破碎仪进行超声处理10min，得到预凝胶溶液；

S3、取0.03g壳聚糖溶于60ml的 1% 的冰醋酸溶液中，并调节其pH为5.1，接着以1ml/min的滴速滴加入预凝胶溶液中，再在磁力搅拌器上以1000r/min的转速搅拌60min，使用超声破碎仪进行超声处理1min；

使用本实施例制备的载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂，对无菌培养的铜绿微囊藻进行急性毒性实验，设置三个平行组，24h观察一次，连续观察一周，当载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的浓度为1.6g/L时，其对铜绿微囊藻的96h抑制率达到72%，连续观察30天，铜绿微囊藻抑制率达到95%。

通过比较实例1和空白铜绿微囊藻液的叶绿素a浓度，如图1。可以明显的发现，实例1中加入载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的铜绿微囊藻的叶绿素a浓度先升高后降低，之后藻类处于非正常生长状态，抑制效果明显。壳聚糖与海藻酸钠交联较为紧密，稳定性较好，投加入藻液后缓释微粒中活性物质释放量在前期较高，之后一直处于稳定状态。因此，实验前期抑藻效果较好，叶绿素a浓度较低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂，其特征在于，包括缓释微粒和包埋其中的羧酸类化感活性物质；

2.根据权利要求1所述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、将壳聚糖溶于冰醋酸溶液中，制得壳聚糖溶液，并调节其pH值，再加入预凝胶溶液中，搅拌、超声处理，制得混悬液；

S4、离心上述混悬液，清洗离心后的缓释微粒；

3.根据权利要求2所述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中海藻酸钠与CaCl₂的质量比为3.5:1~6.5:1，海藻酸钠与羧酸类化感活性物质的质量比为2:1~6:1。

4.根据权利要求2所述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中壳聚糖溶液的浓度为0.4mg/ml~1mg/ml，海藻酸钠与壳聚糖的质量比为3:1~6:1。

5.根据权利要求2所述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中海藻酸钠溶液的浓度为0.8mg/ml~1.2mg/ml，调节pH采用HCl溶液，调节后的pH值为4.5~5.5。

6.根据权利要求2所述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中CaCl2溶液的浓度为0.5mg/ml~0.8mg/ml，以1ml/min~3ml/min的滴速滴加入海藻酸钠溶液中；搅拌为磁力搅拌，搅拌转速为800r/min~1200r/min，搅拌时间为30min~45min，超声处理时间为5min~10min。

7.根据权利要求2所述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中冰醋酸溶液的质量浓度为1%~3%，调节pH采用NaOH溶液，调节后的pH为4.5~6，以1ml/min~3ml/min的滴速滴加入预凝胶溶液中，磁力搅拌的转速为800r/min~1200r/min，搅拌时间为30min~90min，超声处理时间为1min~3min。

8.根据权利要求2所述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中离心转速为：12000r/min，时间为30min；离心、清洗的重复次数为3次。

9.根据权利要求2所述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中甘露醇的质量浓度为3%~5%。

10.根据权利要求2所述的一种载药壳聚糖/海藻酸钠缓释微粒抑藻剂的制备方法，其特征在于，所述羧酸类化感活性物质包括：水杨酸、壬二酸、乳酸。