CN115176808A - 一种环境敏感型氯虫苯甲酰胺缓释剂的制备方法及应用 - Google Patents
一种环境敏感型氯虫苯甲酰胺缓释剂的制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种工艺简单、环境友好的氯虫苯甲酰胺(CAP)缓释悬浮剂及其制备方法与应用。将壳聚糖溶液和CAP的DMF溶液混匀，通过添加碱性溶液共沉淀制得上述缓释剂。产品外观乳白色，悬浮微粒中粒径小于70μm，载药量可达15～35％，包封率大于70％，贮存稳定性好，药物释放表现出明显的pH和温度敏感性。鉴于鳞翅目害虫中肠液呈碱性，而CAP在pH为9.0的溶液中释放速率快、缓释时间长(>10d)，累积释药率高(>90％)，相对传统商品剂对小菜蛾具有更长的持效期，说明本发明对鳞翅目害虫具有潜在的靶向性，在防治鳞翅目害虫方面具有良好的应用潜力。另外，本发明对花卉滋生白粉蚧展现出良好的防治效果。
Description
技术领域
本发明属于农药制剂技术领域，涉及一种缓释杀虫剂，具体地讲，涉及一种环境敏感型氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂及其制备方法与应用。
背景技术
农药在防治农作物病虫草害、保障粮食安全和促进农业经济发展方面发挥了重要作用。然而，由于传统农药剂型存在利用率低、非靶向施用等问题，90％以上的农药通过挥发、喷雾漂移、径流、光解、微生物降解等途径进入环境或残留在农产品中，需要重复施药或增加施药量以保证药效，这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、降低农药污染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。将缓/控制释放技术应用于农药制剂，则可以减少环境中光、空气、水和微生物对农药的分解，减少有效成分的挥发和流失等损失，并且能够根据防治目标的要求，将活性成分按照设计的浓度和时间持续靶向释放出来，从而达到延长持效期、提高农药利用率、降低成本和减少环境污染的目的。
氯虫苯甲酰胺(chlorantraniliprole)是美国杜邦公司开发的第一个具有新型邻甲酰胺基苯甲酰胺类化学结构的广谱杀虫剂，研究发现它对鳞翅目害虫毒杀作用极强，对非靶标节肢动物具有良好的选择性，对哺乳动物、鱼类和鸟类的毒性极低，而且与其他杀虫剂不存在交互抗性。氯虫苯甲酰胺化合物专利即将到期(2022年8月13日)，作为一种高效安全杀虫剂，无疑将在国内拥有更大的市场。虽然目前已有少量关于氯虫苯甲酰胺缓/控释制剂的报道，但由于存在制备工艺复杂、成本高、难于平衡速效性和持效期等问题，从而限制了其商业化应用。因此，开发一种工艺简单且兼具速效性和持效性的氯虫苯甲酰胺缓释剂具有重要的现实意义。
壳聚糖，聚β-(1，4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，是甲壳素的脱乙酰产物，属于天然均态直链多糖，具有来源广泛、无毒、可生物降解、生物相容性好和抑菌活性等优点，在促进农业可持续发展方面展现出巨大的应用潜力。壳聚糖含有-NH2，结合H+形成-NH3 +，易溶于酸性溶液，不溶于中性和碱性溶液。本发明基于壳聚糖的溶解特性及氯虫苯甲酰胺不溶于水的性质，将壳聚糖酸性溶液和氯虫苯甲酰胺的DMF溶液剪切或超声混匀，通过滴加或喷雾碱性溶液共沉淀制备pH/温度双敏型氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂。本发明制备工艺简单，制剂活性成分在鳞翅目有害昆虫中肠液碱性pH环境下释放速率快、缓释时间长(>10d)，累积释放率高(>90％)；制剂在叶片上的滞留量高于商品悬浮剂；制剂相对商品悬浮剂在防治小菜蛾等农作物及果树上的鳞翅目害虫方面具有更长的持效期。综上可见，本发明提高了氯虫苯甲酰胺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/温度双敏型氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂及其制备方法，提高氯虫苯甲酰胺的靶向性、持效性和安全性，并以小菜蛾幼虫和花卉滋生白粉蚧为靶标检验制剂的杀虫活性，从而解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种环境敏感型氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂的制备方法，具体步骤如下：
将氯虫苯甲酰胺的DMF溶液与壳聚糖酸性水溶液按一定比例混合，加入吐温80或OP-10等常用乳化剂，用高速分散均质机剪切分散成均匀的乳化液，用保鲜膜封口静置消泡。在不断搅拌下，将碱性沉淀剂滴加或喷雾到上述乳状液中，得到氯虫苯甲酰胺/壳聚糖微粒悬浮液，继续低速搅拌一定时间，为防止氯虫苯甲酰胺在强碱性条件下分解，调pH值8.0～9.0得到氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释悬浮剂。将悬浮液过滤或离心、洗涤得沉淀，然后将其经湿法研磨或超声分散或剪切分散到水溶液中，得到另一种更为环保的氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释悬浮剂。
作为本发明进一步的方案：所述氯虫苯甲酰胺和载体材料质量比为2:3～1:5。
作为本发明进一步的方案：所述高速分散均质机乳化转速高于8000rpm。
作为本发明进一步的方案：所述碱性沉淀剂为氨水、碳酸钠等弱碱水溶液，或氢氧化钠、氢氧化钾等强碱稀溶液，或碱性水溶液与异丙醇的混合溶液。
作为本发明进一步的方案：所述湿法研磨方法为常规水悬浮剂的制备方法。
本发明制备方法简单，产品外观乳白色或淡黄色，悬浮微粒中粒径小于70μm，载药量可达15～35％，包封率在70％以上，贮存稳定性好，载体材料壳聚糖具有良好的生物相容性、可生物降解性、对细胞组织无毒性和环境友好性。鉴于鳞翅目害虫中肠液呈碱性，而氯虫苯甲酰胺在pH为9.0的缓冲溶液中释放速率快、缓释时间长(>10d)，累积释放率高(>90％)，说明本发明对鳞翅目害虫具有潜在的靶向性。本发明在叶片上的滞留量高于商品悬浮剂，相对商品悬浮剂对小菜蛾具有更长的持效期，说明本发明在防治农作物及果树上的鳞翅目害虫方面具有良好的应用潜力。另外，本发明对花卉滋生白粉蚧展现出良好的防治效果。综上可以看出本发明提高了氯虫苯甲酰胺的靶向性和环境相容性，具有一定的推广应用前景。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明实施例提供的温度对贮存氯虫苯甲酰胺缓释剂包封率的影响(本发明所提供附图的误差棒均为三次平行实验的标准偏差)。
图2是本发明实施例提供的氯虫苯甲酰胺缓释剂在30℃不同pH(a)和pH6.8不同温度(b)下的累积释药率。
图3是本发明实施例提供的不同浓度的氯虫苯甲酰胺缓释剂和商品剂喷洒白菜叶喂食小菜蛾幼虫48h后的死亡率(白菜叶分别在喷洒农药后2h(a)，1d(b)，3d(c)和7d(d)采摘)。
图4是本发明实施例提供的氯虫苯甲酰胺缓释剂防治花卉滋生白粉蚧和白助朱顶红的生长过程。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1：
一种环境敏感型氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂的制备方法及应用，包括如下步骤：
1)缓释悬浮剂的制备
将10mL1.5％的氯虫苯甲酰胺DMF溶液与30mL 0.9％的壳聚糖盐酸(0.1M)溶液混合，加入1mL吐温80，立刻用高速分散均质机在16000rpm下剪切乳化5min混匀，用保鲜膜封口静置消泡。在不断搅拌下，将30mL 3％的氨水与异丙醇的混合溶液(体积比3:1)滴加到上述乳状液中，均匀析出氯虫苯甲酰胺/壳聚糖微粒，继续低速搅拌30min，调pH值8.0得氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释悬浮剂。产品外观乳白色，悬浮微粒中粒径65μm左右。红外光谱、扫描电镜和热重差热等仪器分析和分子动力学模拟结果表明，悬浮剂制备过程中，氯虫苯甲酰胺的结构没有发生变化，且其被壳聚糖成功包封，两者之间主要的相互作用为物理吸附、粘附及氢键的形成。
2)药物含量及包封率测定
将缓释悬浮剂和空白微粒悬浮剂减压过滤得到氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释微粒和空白微粒，50℃下干燥至恒重。准确称取载药微粒适量并用玛瑙研钵研细，加入适量DMF，在不断搅拌下浸提4h，以空白颗粒浸提液为参比，采用高效液相色谱法测定氯虫苯甲酰胺的含量，按以下公式计算缓释微粒的载药量(LC)和包封率(EE)。
LC＝W/Wt×100％ 公式(1)
EE＝W/W0×100％ 公式(2)
式中，W是微粒中的氯虫苯甲酰胺总质量，Wt是微粒的总质量，W0是氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释剂制备中加入的氯虫苯甲酰胺的初始质量。
由此计算出缓释微粒的载药量约25％，包封率约72％，载药效果好。
3)贮存稳定性
将氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释悬浮剂分别放置于0℃、25℃和54℃的恒温环境中，在贮存7d和14d后观察外观变化，并用高效液相色谱法测定缓释微粒中氯虫苯甲酰胺的含量，根据包封率变化判断缓释剂的贮存稳定性。
附图1为氯虫苯甲酰胺缓释剂在不同温度下放置不同时间的包封率。缓释剂于室温25℃存放7d和14d，包封率基本保持不变，体现出缓释微粒的载药稳定性。缓释剂于0℃冷贮7d，包封率略有上升，继续冷贮至14d，包封率几乎保持不变。缓释剂于54℃热贮7d，包封率上升12.12％至83.86％，继续热贮至14d，包封率下降至78.14％，但仍比初始包封率高6.40％。综上可以看出，无论是冷贮还是热贮，缓释微粒包封率均有所上升，表现出悬浮剂中缓释微粒的载药稳定性。另外，在缓释剂贮存过程中，缓释剂的颜色没有发生变化，始终保持为乳白色，冷贮和常温贮存均无沉淀、无分层现象，虽然热贮出现分层现象，但摇晃后具有良好的再分散性，说明缓释剂具有良好的贮存稳定性。
4)缓释悬浮剂在叶面上的滞留量
用直径为3cm的打孔器将新鲜白菜叶打成圆片，然后将其垂直浸入氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂和商品剂(美国富美实公司，产地：新加坡)不同浓度的稀释溶液中30s，分别称量浸泡前后圆白菜叶的质量，按以下公式计算溶液在白菜叶面上的滞留量(R,mg/cm2)。
R＝(W2–W1)/S 公式(3)
式中，W1和W2分别是白菜叶浸泡前后的质量(mg)，S为白菜圆片的表面积(cm2)。
在有效成分含量分别为20，60，100，150和200mg/L时，缓释悬浮剂的滞留量分别为9.86，12.22，14.85，15.04和15.52mg/cm2，而商品水悬浮剂的滞留量分别为7.67，9.76，10.93，12.37和12.53mg/cm2，缓释悬浮剂在叶面上的滞留量均高于商品水悬浮剂，说明本发明对靶标叶面具有良好的沉积性能。
5)体外释药的pH和温度敏感性
取氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释剂5mL分散于透析袋中，分别浸入200mL不同pH(1.2、4.0、6.8、7.4、9.0)的DMF与水的混合溶液(VDMF:V水＝3:7)中，恒温30℃低速搅拌体外释药，考察pH对缓释剂释药行为的影响。将含5mL缓释剂的透析袋浸入200mL温度分别为20℃、30℃、37℃、45℃和50℃的pH为6.8缓冲溶液中，考察温度对缓释剂释药行为的影响。在一定的时间间隔内，取出50mL缓冲液，并加入同体积的新鲜缓冲溶液保持总体积不变。用高效液相色谱法测定取出缓冲溶液氯虫苯甲酰胺的含量以计算累积释药率，从而确定氯虫苯甲酰胺缓释剂的体外释药动力学曲线。氯虫苯甲酰胺缓释剂的累积释药率(CRR)按以下公式计算。
式中，m为透析袋中氯虫苯甲酰胺的初始质量(mg)，Ve为不同时间间隔取样的体积(L)，V0(L)为DMF与水混合缓释溶液的体积，Cn(mg/L)为第n次取样(n>1)氯虫苯甲酰胺的浓度。
附图2为氯虫苯甲酰胺缓释剂在不同pH和不同温度下的累积释药率。可以看出，氯虫苯甲酰胺在中性(pH为6.8和7.4时)条件下释放慢，在碱性(pH＝9.0)和酸性(pH＝4.0)条件下释放快，且其释放速度随着温度的升高而升高，表现出明显的pH和温度敏感性。鉴于鳞翅目害虫中肠液呈碱性，氯虫苯甲酰胺在pH为9.0的碱性缓冲溶液中释放速率快、缓释时间长(>10d)，累积释放率高(>90％)，说明氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释剂可能在防治鳞翅目害虫方面具有一定的靶向性。
6)缓释悬浮剂的杀虫活性
①对小菜蛾的防治
采用饲喂有毒叶片法测定氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂和商品水悬浮剂对小菜蛾幼虫的防治效果。将两种制剂分别稀释至不同浓度(氯虫苯甲酰胺活性成分含量分别为10，20，30，50，80mg/L)，喷洒于实验室培育40d的白菜幼苗上，并控制两种制剂喷洒的量一致。以清水为对照，分别在施药不同天数后(2h，1d，3d，7d)采摘白菜叶片并放入覆盖有湿滤纸的培养皿中。挑选20头长势相同的小菜蛾3龄幼虫置于培养皿中，并将培养皿置于恒温恒湿的培养箱中培养。记录喂食48h后小菜蛾幼虫的死亡数量，按以下公式计算小菜蛾幼虫的校正死亡率(CMR)。
利用Microsoft Excel软件中的NORMSINV函数对杀虫活性数据进行统计分析，按以下公式计算氯虫苯甲酰胺的半致死浓度(LC50)。
y＝ax+b 公式(6)
式中，y＝NORMSINV(CMR)+5，为校正死亡率的概率机值；x为氯虫苯甲酰胺浓度(mg/L)的对数值；a和b分别为线性回归曲线的斜率和截距。
附图3为不同浓度的氯虫苯甲酰胺缓释剂和商品剂喷洒白菜叶一定时间喂食小菜蛾幼虫48h后的死亡率。白菜叶喷洒农药2h和1d喂食小菜蛾幼虫，缓释剂的致死率与商品剂相当，表现出与商品剂相当的速效性。白菜叶喷洒农药3d和7d喂食小菜蛾幼虫，由于缓释剂降低了农药的挥发、飘逸并提高了农药的靶向性，缓释剂的致死率明显高于商品剂，表现出更好的持效性。
对杀虫活性数据进行统计分析，毒性回归方程和回归系数见表1。白菜叶喷洒农药2h后喂食小菜蛾幼虫，缓释剂的LC50为18.69mg/L，略高于商品剂的17.86mg/L，但当白菜叶喷洒农药1d后喂食小菜蛾幼虫，缓释剂的LC50为26.75mg/L，已稍低于商品剂的29.43mg/L，表明缓释剂相对商品剂具有相当的速效性。当白菜叶喷洒农药3d和7d喂食小菜蛾幼虫，缓释剂的LC50分别为43.61mg/L和57.02mg/L，均低于商品水悬浮剂的51.81mg/L和65.67mg/L，说明在喷药时间较长的情况下，缓释剂相对商品剂具有更好的杀虫效果，具有更长的持效期。
表1喷洒氯虫苯甲酰胺不同时间的白菜叶片喂食小菜蛾幼虫48h后的杀虫活性
②对花卉滋生白粉蚧的防治
白助朱顶红、球兰和多肉等花卉滋生了白粉蚧，采用100mg/L的氯虫苯甲酰胺缓释剂对白粉蚧进行防治。附图4为氯虫苯甲酰胺缓释剂对白粉蚧的防治和白助朱顶红的生长过程。2021年7月15日白粉蚧虫害爆发多日，在叶片上可以看到近百只白粉蚧附着在叶片表面和嫩芽处(图4a)，叶片出现发黄脱水现象，白助朱顶红几乎停止生长，第一次喷药；7月16日虽然白粉蚧虫口没有明显减退，但白粉蚧身体出现明显脱水发僵现象；7月17日白粉蚧虫口减退率70％以上，部分白粉蚧掉落下来，失去取食能力；7月18日叶面上白粉蚧虫口减退率80％以上，大量白粉蚧爬到花盆壁上(图4b)，出现明显拒食现象，白助朱顶红开始生长；7月23日白粉蚧虫口减退率90％以上，花盆四周出现大量白粉蚧的尸体，但白助朱顶红上仍有少量白粉蚧(图4c)，第二次喷药；7月26日白助朱顶红上仅存在个别白粉蚧(图4d)，仍然有白粉蚧爬到花盆壁上，花盆四周存在大量白粉蚧的尸体，白助朱顶红开始快速生长。可能由于氯虫苯甲酰胺不能杀死白粉蚧虫卵，后面陆续出现个别白粉蚧，为彻底消灭之，8月6日第三次喷药，8月23日第四次喷药，白粉蚧完全消失，11月17日白助朱顶红开始开花(图4e)，11月24日完全绽放出美丽的花朵(图4f)。同样经过四次喷药，球兰和多肉等花卉上的白粉蚧也被完全防治，说明本发明对花卉滋生白粉蚧具有良好的防治效果。
实施例2：
将10mL2.0％的氯虫苯甲酰胺DMF溶液与40mL 1.0％的壳聚糖溶液混合，加入2mL吐温80，18000rpm剪切乳化3min混匀，用保鲜膜封口静置消泡。在不断搅拌下，将30mL 5％的碳酸钠与异丙醇的混合溶液(体积比4:1)滴加到上述乳状液中，均匀析出氯虫苯甲酰胺/壳聚糖微粒，继续低速搅拌20min，调pH值9.0得氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释悬浮剂。其他步骤同实施例1。
产品外观乳白色，悬浮微粒中粒径60μm左右，载药量约23％，包封率大于70％，载药效果好，贮存稳定性好。与实施例1类似，载体材料壳聚糖和活性成分氯虫苯甲酰胺之间的主要作用力为物理吸附、粘附和氢键；缓释悬浮剂在叶面上的滞留量高于商品水悬浮剂；缓释悬浮剂体外释药表现出明显的pH和温度敏感性，在pH为9.0的碱性缓冲溶液中释放速率快、缓释时间长(>10d)，累积释放率大于90％；在相同剂量的活性成分下，相对于商品水悬浮剂，缓释悬浮剂在防治小菜蛾等农作物及果树上的鳞翅目害虫方面表现出相当的速效性、更长的持效期。
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)
1.一种环境敏感型氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂，其特征在于由氯虫苯甲酰胺和壳聚糖组成，其在碱性条件下共沉淀，所述壳聚糖为载体材料；
其制备方法由以下步骤组成：
1)将氯虫苯甲酰胺的氮氮二甲基甲酰胺(DMF)溶液与壳聚糖酸性水溶液混合，氯虫苯甲酰胺和壳聚糖质量比为2:3～1:5，加入吐温80或OP-10等常用乳化剂，用高速分散均质机剪切分散成均匀的乳化液，用保鲜膜封口静置消泡；
2)在低速搅拌下，将碱性沉淀剂滴加或喷雾到上述乳状液中，得到氯虫苯甲酰胺/壳聚糖微粒悬浮液，继续低速搅拌一定时间，调pH值8.0～9.0得到氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释悬浮剂；
3)将悬浮液过滤或离心、洗涤得沉淀，然后将其经湿法研磨或超声或剪切分散到水溶液中，得到另一种更为环保的氯虫苯甲酰胺/壳聚糖缓释水悬浮剂；
在步骤1)中所述氯虫苯甲酰胺的浓度范围为0.5％～5.0％，壳聚糖浓度范围为0.5％～4.0％，高速分散均质机乳化转速高于8000rpm；在步骤2)中碱性沉淀剂为碱性水溶液或其与异丙醇的混合溶液；在步骤3)中湿法研磨方法为常规水悬浮剂的制备方法。
2.根据权利要求1所述的氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂，其特征在于体外释药具有明显的pH/温度双敏性，在pH为9.0的缓冲溶液中释放速率快、缓释时间长，累积释放率高，对鳞翅目有害昆虫中肠液pH敏感，相对商品悬浮剂在防治小菜蛾等农作物及果树上的鳞翅目害虫方面具有减量增效的效果，具有一定的靶向性和持效性。
3.根据权利要求1所述的氯虫苯甲酰胺缓释悬浮剂，其特征在于对花卉滋生白粉蚧具有一定的防治效果。
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