CN112120021B - 一种复配型缓释灭藻微胶囊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微胶囊技术领域，为解决香榧绿藻病的防治问题，本发明提供一种复配型缓释灭藻微胶囊及其制备方法，复配型缓释灭藻微胶囊以聚乳酸‑赖氨酸互穿网络聚合物为囊壁，以咪鲜胺与抑霉唑组合而成的灭藻剂为囊芯，对于延长灭藻剂的使用周期、提高药物的稳定性，以及环境保护等都具有十分重要的作用。
Description
技术领域
本发明涉及微胶囊技术领域，具体涉及一种复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法。
背景技术
香榧是我国珍稀经济树种极富营养价值和药用价值，主要分布在浙江，是浙江省的特色林产业，如今更是成为浙江增效、山区农民增收的主导产业之一。但近年来，香榧病害不断爆发，造成大量的经济损失，严重影响到了该产业的健康发展。而其中绿藻病是危害最为严重的，迫切需要开展针对香榧绿藻病的灭藻剂的研发工作，为香榧产业的健康发展提供技术支持。如今，主要应用石硫合剂等对香榧绿藻进行防治，但是石硫合剂存在着残留大、药效短，对环境危害大等多方面的问题。而灭藻效率高的氧化型杀藻剂和絮凝型杀藻剂则存在着对人类危害大等缺点。因此急需一种高效、安全并且对环境友好的灭藻剂。
缓释微胶囊是以高分子材料包裹活性成分而形成的，其中高分子材料作为囊壁材料，即囊壁；活性分子作为芯材，即囊芯。缓释微胶囊在使用过程中具有控制活性成分释放、保护活性成分等作用。以天然高分子材料作为囊壁材料具有原料来源广泛、价格低廉、环境相容性好等优点，但是存在制备难度大，制备出来的微胶囊力学性能不足等问题。以半合成的高分子材料作为囊壁具有易水解、环境适应性差等缺点。而以全合成高分子材料作为囊壁，虽然力学性能好，也具有稳定的性质，但是价格昂贵、不可自主降解，对环境有较大危害等。且缓释微胶囊大多以单一的药物作为囊芯，在使用过程中具有一定的局限性，且药效较差。若能制备出一种环境友好、高效的缓释灭藻微胶囊，对于香榧绿藻病的防治有着十分重要的意义。
发明内容
为解决香榧绿藻病的防治问题，本发明提供一种复配型缓释灭藻微胶囊及其制备方法，对于延长灭藻剂的使用周期、提高药物的稳定性，以及环境保护等都具有十分重要的作用。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种复配型缓释灭藻微胶囊以聚乳酸- 赖氨酸互穿网络聚合物为囊壁，以咪鲜胺与抑霉唑组合而成的灭藻剂为囊芯。
咪鲜胺是一种广谱，高效的杀菌剂，可用于防止香榧的病害。然而由于咪鲜胺在光照、碱和强酸条件下容易发生分解，限制了其工业应用。同时，单一药物的施用在作用过程中有一些局限性，例如产生耐药性、高毒性和药效有限。抑霉唑是内吸性广谱杀菌剂，该药影响细胞膜的渗透性、生理功能和脂类合成代谢，从而破坏霉菌的细胞膜，同时抑制霉菌孢子的形成，可作为第二组分与咪鲜胺共同作为芯材。两种药物结合使用不仅克服了咪鲜胺使用的局限性，而且提高了药效和减少耐药性产生。
聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物具有来源广泛、价格低廉、无毒可降、可再生等优点，作为合成高分子材料常被用在微胶囊技术领域作为制备微胶囊的壁材，制备的微胶囊囊壁具有良好的生物相容性及可降解性。
本发明以杀菌剂抑霉唑与咪鲜胺复配共同形成囊芯，扩大药物的杀菌谱子，同时以聚乳酸-赖氨酸作为囊壁，通过组装形成的缓释灭藻微胶囊解决了单剂型灭藻剂易使有害藻类产生抗药性等问题，制备的一种环境友好的、高效的复配型缓释灭藻微胶囊，对于香榧的病害防治具有十分重要的意义。
所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法为以下步骤：
(1)复配型缓释灭藻剂的制备
咪鲜胺、抑霉唑在反应容器中，加热至流动状态，混合后制成咪鲜胺-抑霉唑乳油，即得到咪鲜胺与抑霉唑的复配型灭藻剂；
其中，咪鲜胺与抑霉唑的质量比为3.5～4.5∶1。
作为优选，咪鲜胺与抑霉唑在50℃烘箱加热10min呈流动状态使两者充分混合形成咪鲜胺-抑霉唑乳油。
(2)聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物的制备
本发明以可降解的生物质材料赖氨酸与聚乳酸为原料，以戊二醛为交联剂，制备新型三维网络生物基分子胶囊壁材；赖氨酸小分子利用甲醛合成线性大分子，为了得到三维网络结构的分子胶囊壁材，利用Eschweiler-Clarke反应 (Eschweiler-Clarkereaction)，又称Eschweiler-Clarke甲基化反应，连接分子之间的胺基与羟基，形成连接分子之间的桥梁，通过逐步聚合形成新型生物质材料。反应结构式如图1所示，网状结构示意图如图2所示，聚乳酸-赖氨酸链通过与甲醛发生缩合反应，分子链间形成网状结构，解决了以聚乳酸-赖氨酸作为囊壁其力学性能差的问题。
(2.1)将赖氨酸溶于去离子水中，加入甲醛溶液，调节pH至7-8，升温至85-95℃，搅拌反应至白色沉淀不再产生为止。
所述的赖氨酸与甲醛溶液的质量比1∶1～1.2，其中，甲醛质量分数35％～40％。
作为优选，选用质量分数为5％的NaOH调节溶液的pH值。
(2.2)将聚乳酸溶于二氯甲烷中，依次加入马来酸酐、过氧化苯甲酰，搅拌溶解，室温下恒温回流18-22h，然后滴加四氢呋喃直到黄色沉淀生成，然后调节溶液的pH至8.5-9.5，加入戊二醇，85-95℃反应2-4h，得到淡黄色沉淀；
所述聚乳酸与二氯甲烷的质量体积比为1g∶43～47mL，聚乳酸、马来酸酐、过氧化苯甲酰的质量比为1∶0.7～0.9∶0.03～0.05。
戊二醇的添加量与聚乳酸的体积质量比为4～5mL∶1g。
所述黄色沉淀为改性后的聚乳酸，然后与戊二醇交联生成淡黄色沉淀。
(2.3)将白色沉淀与淡黄色沉淀溶于二氯甲烷中，加入戊二醛，60-80℃反应 18-22h，得到聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物；
白色沉淀、淡黄色沉淀、戊二醛的质量体积比1g∶0.45～0.55g∶3.5～4.5mL。
常规制备的聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物形成的囊壁存在力学性能差的缺点。本发明通过上述化学方法解决其力学性能差的问题。
(3)复配型缓释灭藻微胶囊的制备
将咪鲜胺-抑霉唑乳油溶于甲苯中作为油相，加入到以聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物为水相中乳化8-15min，然后将乳液移至反应瓶中，并将甲醛加入到反应瓶中，搅拌并升温至50-60℃反应3-5h，反应结束后冷却到室温，调节至 pH＝6.5-7.5，得到复配型缓释灭藻微胶囊。
所述油相、水相与甲醛溶液的质量比为1∶1～1.5∶0.50～0.55，其中，所述油相中复配型灭藻剂的质量浓度为38％～40％，甲醛质量分数35％～40％。
作为优选，用型号为HR-500的高速剪切乳化机在乳化转速为11000r/min 的条件下乳化8-15min。
作为优选，将乳液用型号为BT100-2J的蠕动泵将甲醛溶液以1.1mL/min的速度缓慢加入到反应瓶中，并将搅拌转速设定为300r/min。
作为优选，选用质量分数为2.5％NaOH溶液调节pH。
本发明以来源广泛、价格低廉的天然高分子材料聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物为原材料，将其溶入含表面活性剂的水溶液作为水相，将咪鲜胺与抑霉唑复配而成的灭藻剂溶于甲苯作为油相，在乳化剂的作用下乳化制备得到水包油型乳液后缓慢滴加甲醛，利用原位聚合反应制备的复配型缓释灭藻微胶囊。解决了聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物作为囊壁的力学性能差以及单一药物易使作物产生耐药性等问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本方法制得的复配型缓释灭藻胶囊能够有效的防治香榧的绿藻病，相对于传统的缓释灭藻微胶囊，其杀菌谱广。并且通过聚乳酸-赖氨酸和甲醛之间的缩合反应制得的囊壁其表面光滑，圆整度好，力学性能好，具有降低药剂毒性、控制药剂的释放、减少施药次数等作用。利用咪鲜胺和抑霉唑复配形成的囊芯具有反应条件温和，方法易于操作等优点，制备成的缓释灭藻胶囊具有高药效，高稳定性以及高环境适应性等优点。
附图说明
图1为聚乳酸-赖氨酸在甲醛作用下的反应结构式；
图2为聚乳酸-赖氨酸分子链间通过甲醛键合形成的网状结构示意图；
图3为聚乳酸-赖氨酸和互穿网络聚合物产品的红外光谱图及产品的核磁氢谱图；
其中，图A为聚乳酸-赖氨酸和互穿网络聚合物产品的红外谱图；图B为互穿网络聚合物产品的核磁氢谱图；
图4为复配型缓释灭藻微胶囊中咪鲜胺的光解曲线图；
图5为复配型缓释灭藻微胶囊中抑霉唑的光解曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步详细说明，实施例中所用原料均可市购或采用常规方法制备。
实施例1
(1)复配型缓释灭藻剂的制备
取4g咪鲜胺和1g抑霉唑于30mL玻璃样品瓶中，在50℃烘箱加热10min 至流动状态使两者充分混合形成咪鲜胺-抑霉唑乳油，即得到咪鲜胺与抑霉唑的复配型灭藻剂。
(2)聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物的制备
(2.1)将5.5g赖氨酸溶于40mL去离子水中，加入6g 37％的甲醛溶液，用质量分数为5％的NaOH调节溶液的pH至8，90℃下搅拌反应3h，得到白色沉淀。
(2.2)将3g聚乳酸溶于去130mL二氯甲烷中，依次加入3g马来酸酐和0.15g 和过氧化苯甲酰，搅拌使其充分溶解，室温下恒温回流20h，然后滴加120mL四氢呋喃，有黄色沉淀生成。然后用质量分数为5％的NaOH调节溶液的pH至8.5，然后加入15mL戊二醇，90℃下反应3h，得到淡黄色沉淀。
(2.3)将白色沉淀10g与淡黄色沉淀5g溶于二氯甲烷中，加入40mL戊二醛， 70℃下反应20h，得到聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物，作为复配型缓释灭藻囊壁。
(3)复配型缓释灭藻微胶囊的制备
将咪鲜胺-抑霉唑乳油5.25g溶于7.5g甲苯中制成质量浓度40％甲苯溶液作为油相，加入到水相中，用型号为HR-500的高速剪切乳化机在乳化转速为11000 r/min的条件下乳化10min。然后将烧杯中的乳液转移至250mL三口烧瓶中，并用型号为BT100-2J的蠕动泵将6.75g质量分数为37％的甲醛溶液以1.1 mL/min的速度缓慢加入到反应瓶中，并将搅拌转速设定为300r/min。最后，升温至55℃后反应4h。反应结束后冷却到室温，并用质量浓度2.5％NaOH将溶液调节至pH＝7，得到复配型缓释灭藻微胶囊1。
实施例2
(1)复配型缓释灭藻剂的制备
取3.5g咪鲜胺和1g抑霉唑于30mL玻璃样品瓶中，在50℃烘箱加热10 min至流动状态使两者充分混合形成咪鲜胺-抑霉唑乳油，即得到咪鲜胺与抑霉唑的复配型灭藻剂。
(2)聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物的制备
(2.1)将6g赖氨酸溶于60mL去离子水中，加入6g 35％的甲醛溶液，用质量分数为5％的NaOH调节溶液的pH至7.5，85℃下搅拌反应3.5h，得到白色沉淀。
(2.2)将3g聚乳酸溶于去135mL二氯甲烷中，依次加入2.0g马来酸酐和0.09 g和过氧化苯甲酰，搅拌使其充分溶解，室温下恒温回流18h，然后滴加90mL 四氢呋喃，有黄色沉淀生成。然后用质量分数为5％的NaOH调节溶液的pH至 9，然后加入12mL戊二醇，85℃下反应2h，得到淡黄色沉淀。
(2.3)将白色沉淀10g与淡黄色沉淀4.5g溶于二氯甲烷中，加入35mL戊二醛， 60℃下反应18h，得到聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物，作为复配型缓释灭藻囊壁。
(3)复配型缓释灭藻微胶囊的制备
将咪鲜胺-抑霉唑乳油4.8g溶于7.5g甲苯中制成质量浓度38％甲苯溶液作为油相，加入到水相中，用型号为HR-500的高速剪切乳化机在乳化转速为11000 r/min的条件下乳化10min。然后将烧杯中的乳液转移至250mL三口烧瓶中，并用型号为BT100-2J的蠕动泵将6.4g质量分数为35％的甲醛溶液以1.1mL/min 的速度缓慢加入到反应瓶中，并将搅拌转速设定为300r/min。最后，升温至50℃后反应3h。反应结束后冷却到室温，并用质量浓度2.5％NaOH将溶液调节至 pH＝6.5，得到复配型缓释灭藻微胶囊2。
实施例3
(1)复配型缓释灭藻剂的制备
取4.5g咪鲜胺和1g抑霉唑于30mL玻璃样品瓶中，在50℃烘箱加热10 min至流动状态使两者充分混合形成咪鲜胺-抑霉唑乳油，即得到咪鲜胺与抑霉唑的复配型灭藻剂。
(2)聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物的制备
(2.1)将5g赖氨酸溶于40mL去离子水中，加入6g 40％的甲醛溶液，用质量分数为5％的NaOH调节溶液的pH至7，95℃下搅拌反应3h，得到白色沉淀。
(2.2)将3g聚乳酸溶于去140mL二氯甲烷中，依次加入2.5g马来酸酐和0.12 g和过氧化苯甲酰，搅拌使其充分溶解，室温下恒温回流20h，然后滴加150mL 四氢呋喃，有黄色沉淀生成，然后用质量分数为5％的NaOH调节溶液的pH至 9.5，然后加入13mL戊二醇，95℃下反应4h，得到淡黄色沉淀。
(2.3)将白色沉淀10与淡黄色沉淀5.5g溶于二氯甲烷中，加入45mL戊二醛， 80℃下反应22h，得到聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物，作为复配型缓释灭藻囊壁。
(3)复配型缓释灭藻微胶囊的制备
将咪鲜胺-抑霉唑乳油5.0g溶于7.5g甲苯中制成质量浓度39％甲苯溶液作为油相，加入到水相中，用型号为HR-500的高速剪切乳化机在乳化转速为11000 r/min的条件下乳化10min。然后将烧杯中的乳液转移至250mL三口烧瓶中，并用型号为BT100-2J的蠕动泵将7.0g质量分数为40％的甲醛溶液以1.1mL/min 的速度缓慢加入到反应瓶中，并将搅拌转速设定为300r/min。最后，升温至60℃后反应4h。反应结束后冷却到室温，并用2.5％NaOH将溶液调节至pH＝7.5，得到复配型缓释灭藻微胶囊3。
测试例1
实施例1-3制备的聚乳酸-赖氨酸和互穿网络聚合物的红外谱图如图3(A) 所示，互穿网络聚合物的核磁氢谱图如图3(B)所示，其中，3019.7cm-1处的强而宽的吸收是由N-H伸缩振动引起，酰胺I谱带和酰胺II谱带分别位于1683.6 cm-1和1540cm-1处。
测试例2：抗光解性能的测定
(a)将实施例2制备的复配型缓释灭藻微胶囊、咪鲜胺标准品(咪鲜胺含量≥99％)和抑霉唑标准品(抑霉唑含量≥99％)等量分装在6个6cm培养皿中，通过冷冻干燥使微胶囊在培养皿底部形成均匀的一层膜，方便后续操作。
(b)将培养皿放在250W的紫外灯下光照，培养皿于紫外灯均距离20cm.
(c)每隔10h取出一个样品，用25mL的甲醇溶解，通过液相色谱检测光解剩余的咪鲜胺和抑霉唑的含量。
复配型缓释灭藻微胶囊中咪鲜胺的光解曲线图如图4所示，咪鲜胺具有见光易分解的缺点，在相同的紫外光照射下，产品中的咪鲜胺的剩余量仍有80％左右，而没有囊壁保护的咪鲜胺只剩下了百分之40％左右，说明了产品对咪鲜有较大的保护作用，提高了其抗光解性。
复配型缓释灭藻微胶囊中抑霉唑的光解曲线图如图5所示，在相同的紫外光照射下，产品中的抑霉唑的剩余量有50％左右，而没有囊壁保护的抑霉唑只剩下了百分之40％左右，说明了产品对药剂中的抑霉唑有一定的保护作用。
图4、图5说明了本发明以聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物作为壁材对囊芯有较大的保护作用，使缓释胶囊具有较优的抗光解性能。
测试例3：对香榧绿藻防治性能的测试
将含等量的复配型缓释灭藻胶囊、传统药剂石硫合剂稀释为1L药液，再把药液均匀喷洒在受害香榧枝条中。每种药液用7条枝条重复实验，以去离子水喷洒香榧纸条作为对照组。通过观察药后受害率来判断对香榧绿藻防治性能的测试，如表1所示。
表1香榧绿藻药剂防治实验
由表1可知，实施例1制得的复配型缓释灭藻微胶囊1对于香榧的绿藻防治对比传统的石硫合剂有较大的应用潜力。
Claims (10)
1.一种复配型缓释灭藻微胶囊，其特征在于：所述的复配型缓释灭藻微胶囊以聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物为囊壁，以咪鲜胺与抑霉唑组合而成的灭藻剂为囊芯；
所述复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法为以下步骤：
（1）复配型缓释灭藻剂的制备
咪鲜胺、抑霉唑在反应容器中，加热至流动状态，混合后制成咪鲜胺-抑霉唑乳油，即得到咪鲜胺与抑霉唑的复配型灭藻剂；
（2）聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物的制备
（2.1）将赖氨酸溶于去离子水中，加入甲醛溶液， 调节pH至7-8，升温至85-95℃，搅拌反应至白色沉淀不再产生；
（2.2）将聚乳酸溶于二氯甲烷中，依次加入马来酸酐、过氧化苯甲酰，搅拌溶解，室温下恒温回流18-22 h，然后滴加四氢呋喃直到黄色沉淀生成，然后调节溶液的pH至8.5-9.5，加入戊二醇，85-95℃反应2-4 h，得到淡黄色沉淀；
（2.3）将白色沉淀与淡黄色沉淀溶于二氯甲烷中，加入戊二醛，60-80℃反应18-22h，得到聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物；
（3）复配型缓释灭藻微胶囊的制备
将咪鲜胺-抑霉唑乳油溶于甲苯中作为油相，加入到以聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物为水相中乳化8-15 min，然后将乳液移至反应瓶中，并将甲醛加入到反应瓶中，搅拌并升温至50-60 ℃后反应3-5h，反应结束后冷却到室温，调节至pH=6.5-7.5，得到复配型缓释灭藻微胶囊。
2.一种根据权利要求1所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为以下步骤：
（1）复配型缓释灭藻剂的制备
咪鲜胺、抑霉唑在反应容器中，加热至流动状态，混合后制成咪鲜胺-抑霉唑乳油，即得到咪鲜胺与抑霉唑的复配型灭藻剂；
（2）聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物的制备
（2.1）将赖氨酸溶于去离子水中，加入甲醛溶液， 调节pH至7-8，升温至85-95℃，搅拌反应至白色沉淀不再产生；
（2.2）将聚乳酸溶于二氯甲烷中，依次加入马来酸酐、过氧化苯甲酰，搅拌溶解，室温下恒温回流18-22 h，然后滴加四氢呋喃直到黄色沉淀生成，然后调节溶液的pH至8.5-9.5，加入戊二醇，85-95℃反应2-4 h，得到淡黄色沉淀；
（2.3）将白色沉淀与淡黄色沉淀溶于二氯甲烷中，加入戊二醛，60-80℃反应18-22h，得到聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物；
（3）复配型缓释灭藻微胶囊的制备
将咪鲜胺-抑霉唑乳油溶于甲苯中作为油相，加入到以聚乳酸-赖氨酸互穿网络聚合物为水相中乳化8-15 min，然后将乳液移至反应瓶中，并将甲醛加入到反应瓶中，搅拌并升温至50-60 ℃后反应3-5h，反应结束后冷却到室温，调节至pH=6.5-7.5，得到复配型缓释灭藻微胶囊。
3.根据权利要求2所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤（1）中咪鲜胺与抑霉唑的质量比为3.5~4.5：1。
4.根据权利要求2所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤（2.1）中赖氨酸与甲醛溶液的质量比1：1~1.2。
5.根据权利要求2所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤（2.2）中聚乳酸与二氯甲烷的质量体积比为1g：43~47mL， 聚乳酸、马来酸酐、过氧化苯甲酰的质量比为1：0.7~0.9：0.03~0.05。
6.根据权利要求2所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤（2.2）中四氢呋喃的添加量为与聚乳酸的体积质量比为30~50mL：1g，戊二醇的添加量与聚乳酸的体积质量比为4~5mL：1g。
7.根据权利要求2所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤（2.3）中白色沉淀、淡黄色沉淀、戊二醛的质量体积比1g：0.45~0.55g：3.5~4.5mL。
8.根据权利要求2所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤（3）油相中复配型灭藻剂的质量浓度为38%~40%。
9.根据权利要求2所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤（3）中油相、水相与甲醛溶液的质量比为1：1~1.5：0.50~0.55。
10.根据权利要求4或9所述的复配型缓释灭藻微胶囊的制备方法，其特征在于：甲醛质量分数35%~40%。
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