CN110037031B - 一种pH/温度双敏型多杀菌素控释颗粒剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种pH/温度双敏型多杀菌素控释颗粒剂及制备方法。以多杀菌素为原药，以海藻酸钠和羧甲基壳聚糖（3:1～5:1，m:m）为载体材料，二者质量比为1:2～1:5，采用交联法制备上述颗粒剂。产品外观淡黄色，粒径均匀（0.6～1.2 mm），包封率近100%，载药量可达15～40%。颗粒溶胀度随着pH的升高呈现先升高后降低的趋势，在pH=7.4时溶胀度最高，但释药速率在pH＞7.4后基本保持不变；颗粒溶胀度随着温度的升高（20～55℃）而逐渐增大，释药速率亦逐渐加快。本发明颗粒剂具有明显的pH/温度双敏性，能响应鳞翅目有害昆虫中肠液pH，提高了多杀菌素的靶向性和环境相容性。

Description

一种pH/温度双敏型多杀菌素控释颗粒剂的制备方法

技术领域

本发明属于农药制剂技术领域，涉及一种控释杀虫剂，具体地讲，涉及一种pH/温度双响应型多杀菌素控释颗粒制剂及其制备方法。

背景技术

农药对于防治作物病虫草害、保障粮食安全发挥了重要作用，我国每年农药使用量高达百万吨，但有效利用率不足30%。大量农药通过挥发、径流、渗漏等方式流失进入环境，不仅造成严重的环境污染，而且危及人畜健康。如何提高农药利用率、降低农药用量已经成为我国乃至世界农业和环境领域亟待解决的关键问题。环保高效农药控释制剂的开发是解决该问题快速且有效的主要手段之一。温度和pH是昆虫生理中两个重要的因素，制备出可自动响应环境pH和温度的农药制剂，可通过pH和温度调控农药释放，使释放与需求同步，有效提高农药利用率，实现农药的靶向性和环境相容性。

多杀菌素（spinosad），又名多杀霉素，是陶氏益农公司开发的一种大环内酯类杀虫剂，具有低毒、低残留、作用模式独特、自然分解快、对昆虫天敌安全等优点。多杀菌素专利期已过，作为一种高效安全的生物杀虫剂，无疑将在国内有巨大的市场和广阔的应用前景。目前已商品化的多杀菌素大多是传统的悬浮剂（SC），存在田间施用时降解为非活性物质，造成药效不能充分发挥和药剂浪费的问题。

羧甲基壳聚糖是壳聚糖的重要水溶性衍生物之一，具有良好的保湿性，乳化性，成膜性，抗菌性，络合性和安全无毒性等优点，是一种在工业、农业、食品、环保、医药等领域有广泛应用前景的重要两性醚聚合物。羧甲基壳聚糖同时含有-NH₂和-COOH，在溶液中表现出两性聚电解质性质，和蛋白质类似，存在一特定等电点，在等电点时分子更易聚集，表现出明显的pH敏感性，通过调整羧甲基壳聚糖分子中-NH₂和-COOH的含量即可调整其pH敏感区域。因此，羧甲基壳聚糖适用于pH敏感型药物包封材料。

海藻酸钠分子由β-D-甘露糖醛酸（β-D-mannuronic，M）和α-L-古洛糖醛酸（α-L-guluronic，G）按（1→4）键连接而成。海藻酸钠含有大量的-COO^－基团，在水溶液中可表现出聚阴离子行为，具有一定的黏附性，适用于药物载体。在酸性条件下，-COO^－转变成-COOH，电离度降低，亲水性降低，分子链收缩，pH值增加时，-COOH基团不断地解离，亲水性增加，分子链伸展，表现出明显的pH敏感性。当有Ca²⁺、Sr²⁺等二价阳离子存在时，G单元上的Na⁺与阳离子发生离子交换反应，G单元堆积形成交联网络结构，海藻酸钠形成水凝胶。海藻酸钠形成凝胶的条件温和，这可以避免敏感性药物、蛋白质、细胞和酶等活性物质的失活。因此，海藻酸钠适于作为释放或包埋药物、蛋白及细胞的载体材料。

虽然目前已有聚乳酸、壳聚糖做包封材料的多杀菌素缓控释制剂的报道，但尚未见pH/温度双响应型多杀菌素控释制剂的报道。本发明基于羧甲基壳聚糖的pH敏感性和海藻酸钠易与Ca²⁺形成凝胶的结构特点，以其混合体系为包封材料，以Ca²⁺为交联剂，制备pH/温度双响应型多杀菌素控释颗粒制剂。制剂能响应鳞翅目有害昆虫中肠液pH，提高了多杀菌素的靶向性和环境相容性，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种pH/温度双响应型多杀菌素控释颗粒制剂及其制备方法，使其能响应鳞翅目有害昆虫中肠液pH，提高多杀菌素的药效和安全性，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下具体实验步骤：

将海藻酸钠和羧甲基壳聚糖的混合溶液与多杀菌素的有机溶液混合，加入乳化剂，用高速分散均质机高速剪切分散均匀，用保鲜膜封口静置消泡。在低速搅拌下，将上述乳化液滴加到氯化钙水溶液中交联，滴完后继续低速搅拌交联一定时间，然后恒温放置一定时间，过滤或离心、洗涤、干燥得多杀菌素颗粒制剂。

作为本发明进一步的方案：所述包封材料海藻酸钠和羧甲基壳聚糖的质量比为3:1～5:1，所述多杀菌素与载体材料质量比为1:2～1:5。

作为本发明进一步的方案：所述溶解多杀菌素有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷或三氯甲烷中的一种或几种的混合物，其浓度为0.5%～4%。

作为本发明进一步的方案：所述乳化剂为吐温80或吐温80和槐糖脂，其中槐糖脂为助乳化剂，其浓度30～100 mg/L。

作为作为本发明进一步的方案：所述氯化钙水溶液浓度为3%～10%。本发明进一步的方案：所述高速分散均质机乳化转速为10000～18000 rpm。

本发明多杀菌素控释颗粒载体材料为海藻酸钠和羧甲基壳聚糖，载体材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，对细胞组织无毒性。交联剂为Ca²⁺，亦具有良好的生物相容性和对细胞组织无毒性。

本发明制备方法简单，得到的多杀菌素控释颗粒剂外观淡黄色，形态好，粒径均匀（0.6～1.2 mm），包封率近100%，载药量15～40%。本发明颗粒制剂具有明显的pH/温度双响应性，能响应鳞翅目有害昆虫中肠液pH，提高了多杀菌素的靶向性和环境相容性，具有一定的推广应用前景。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

一种pH/温度双敏型多杀菌素控释颗粒剂的制备方法，包括如下步骤︰

颗粒剂的制备

将10 mL 2%的羧甲基壳聚糖溶液和20 mL 3%的海藻酸钠溶液混合，然后将15mL3.5%的多杀菌素甲醇溶液加到上述混合溶液中，加入2 mL吐温80和3 μL槐糖脂，15000rpm 剪切乳化3 min混匀，用保鲜膜封口静置消泡。在低速磁力搅拌下，用带有7#针头的注射器将混合溶液逐滴滴加到5%氯化钙的水溶液中，滴加过程保持针尖与液面保持15 cm的距离。滴完后继续在磁力搅拌器上交联30 min，然后放入40℃的恒温水浴锅中静置50 min，过滤、干燥得颗粒剂。产品外观淡黄色，形态好，用游标卡尺测得粒径0.6～1.2 mm。红外光谱分析结果表明，颗粒剂制备过程中，多杀菌素的结构没有发生变化。HPLC-MS分析结果表明，颗粒剂制备过程中，多杀菌素的有效成分和组成均没变。颗粒剂溶胀后呈晶莹透明的球形，干燥过程中开始塌陷，完全干燥后呈黄色的扁平状。羧甲基壳聚糖/海藻酸钠包封多杀菌素的颗粒制剂可以反复溶胀，在晶莹透明的球形和扁平状间转换，说明其具有控制释放多杀菌素的潜力。

药物含量及包封率测定

准确称取烘干至恒重的多杀菌素颗粒剂适量，玛瑙研钵研碎，加适量甲醇，在不断搅拌下浸提4 h，以空白颗粒浸提液为参比溶液，采用紫外可见分光光度计在250 nm下测吸光度，根据标准曲线求得多杀菌素的质量。

公式（1）

公式（2）

式中，理论载药量为原料多杀菌素占颗粒总质量的百分含量。

由此计算出微球的载药量近40%，包封率近100%，载药效果好。

颗粒剂体外释药的pH和温度敏感性

准确多份称取0.01～0.02 g烘干至恒重的多杀菌素控释颗粒剂，分别浸入20 mL一定pH的缓冲溶液中，恒温体外释药，每隔一定时间取三份试样，测定溶胀度和累积释药率，未取样的样品更换同体积的新鲜缓冲溶液，待下一取样点取样。按同样操作处理空白颗粒, 以空白颗粒浸提液为参比溶液，按公式（1）计算载药量，按下面公式计算溶胀度和累积释药率。

公式（3）

公式（4）

式中，释放药物质量等于颗粒初始载药质量减去释药后颗粒载药量。

在所研究的pH（1.2～10.0）范围内，多杀菌素控释颗粒的溶胀度随着pH的升高表现出先升高后降低的趋势，在pH=7.4时溶胀度最高，溶胀6 h溶胀度为73，相应地释药速率亦表现出先升高后降低的趋势，但当pH＞7.4后基本保持不变，24 h累积释药率均在90%以上，基本能响应鳞翅目有害昆虫的pH，表现出明显的pH敏感性。在20～55℃之间，控释颗粒具有温度敏感性，随着温度的升高，颗粒的溶胀度逐渐增大，释药速率逐渐加快。在所研究的pH（1.2～10.0）和温度（20～55 ℃）范围内，多杀菌素控释颗粒的释药行为明显分为两个阶段，第一阶段为突释期（＜2 h），该阶段颗粒迅速溶胀，颗粒吸水将与羧甲基壳聚糖和海藻酸钠结合不紧密的多杀菌素排出，累积释药率在50%以上；第二阶段为时滞期，多杀菌素在浓度差的作用下缓慢释放。

实施例2

将10 mL 2%的羧甲基壳聚糖溶液和25 mL 3%的海藻酸钠溶液混合，然后将10mL3%的多杀菌素甲醇溶液加到上述混合溶液中，加入2 mL吐温80和3 μL槐糖脂，15000 rpm剪切乳化3 min混匀，用保鲜膜封口静置消泡。其他步骤同实施例1。

产品外观淡黄色，粒径0.6～1.2 mm，载药量高于15%，包封率在95%以上，载药效果好。与实施例1类似，颗粒剂体外释药亦表现出明显地pH/温度双敏性。在pH为1.2的缓冲溶液中，时滞期基本不再释药；在pH≥6.8的缓冲溶液中，在所研究的温度（20～55 ℃）范围内，时滞期继续稳定释放药物，且随着温度的升高，释药速率逐渐加快，24 h内，时滞期累计释药率在15～25%之间，总累计释药率均在90%以上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，但是本专利并不限于上述实施方式，任何熟悉本专业的技术人员均有可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种pH/温度双敏型多杀菌素控释颗粒制剂，其特征在于由多杀菌素、海藻酸钠、羧甲基壳聚糖和钙组成，所述海藻酸钠和羧甲基壳聚糖为载体材料，所述Ca²⁺离子为交联剂；

其制备方法由如下步骤组成：

1)按照质量比为3:1～5:1的比例称取海藻酸钠和羧甲基壳聚糖，分别溶于水后混匀；将多杀菌素溶于有机溶剂，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷或三氯甲烷中的一种或几种的混合物；

2)将海藻酸钠和羧甲基壳聚糖的溶液与多杀菌素的有机溶液混合，多杀菌素与载体材料质量比为1:2～1:5，加入乳化剂吐温80和槐糖脂，用高速分散均质机高速剪切分散均匀，用保鲜膜封口静置消泡；

3)在低速搅拌下，将上述乳化液滴加到氯化钙水溶液中，滴完后继续低速搅拌交联一定时间，然后恒温放置一定时间；

4)过滤或离心，洗涤，干燥后得多杀菌素颗粒制剂；

在步骤1)中所述海藻酸钠水溶液浓度范围为1％～3％，羧甲基壳聚糖溶液浓度范围为1％～4％，二者按海藻酸钠和羧甲基壳聚糖质量比3:1～5:1混合；所述多杀菌素有机溶液的浓度为0.5％～4％；在步骤2)中槐糖脂为助乳化分散剂，其最终浓度30～100mg/L；在步骤3)中氯化钙水溶液浓度为3％～10％。

2.根据权利要求1所述的多杀菌素控释颗粒制剂，其特征在于体外释药具有明显的pH/温度双敏性，在pH≥7.4时释药速度快，能响应鳞翅目有害昆虫中肠液pH，具有一定的靶向性。

3.根据权利要求1所述的多杀菌素控释颗粒制剂，其特征在于：在步骤2)中高速分散均质机乳化转速为10000～18000rpm。