毒死蜱/改性膨潤(rùn)土/海藻酸鈉復(fù)合微球的制備及其緩釋性能

周紅軍　+周新華　吳樹鴻

摘要：采用鹽酸處理膨潤(rùn)土原土得到酸化膨潤(rùn)土，再用十六烷基三甲基溴化銨進(jìn)行有機(jī)化改性，制備有機(jī)膨潤(rùn)土。利用擠出-外源凝膠法制備毒死蜱/膨潤(rùn)土/海藻酸鈉微球，研究改性膨潤(rùn)土對(duì)載藥微球的載藥量、包封率、溶脹性能及緩釋性能的影響。結(jié)果表明，有機(jī)膨潤(rùn)土復(fù)合微球的載藥量和包封率均高于相應(yīng)的酸化膨潤(rùn)土微球；加入膨潤(rùn)土有利于降低復(fù)合微球溶脹率和提高微球緩釋性能，有機(jī)膨潤(rùn)土在抑制微球溶脹和增強(qiáng)緩釋效果方面優(yōu)于酸化膨潤(rùn)土。

關(guān)鍵詞：緩釋農(nóng)藥；海藻酸鈉；膨潤(rùn)土；有機(jī)化改性；毒死蜱；緩釋性能

中圖分類號(hào)： TQ450.1+4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）01-0150-03

收稿日期：2014-06-23

基金項(xiàng)目：廣東省自然科學(xué)基金（編號(hào)：S2012010008979）。

作者簡(jiǎn)介：周紅軍（1975—），男，副教授，從事緩釋農(nóng)藥的研究。E-mail：hongjunzhou@163.com。

通信作者：周新華（1974—），男，副教授，從事農(nóng)藥新劑型開發(fā)研究。E-mail：cexinhuazhou@163.com。海藻酸鈉因其無毒、成本低、可生物降解及生物相容性良好等特點(diǎn)被廣泛用作藥物緩釋的載體材料[1-3]，但其與二價(jià)金屬離子絡(luò)合形成的多孔網(wǎng)絡(luò)微球因絡(luò)合作用力較弱，造成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)較疏松，所包埋藥物易在釋放初期“突釋”，通過改性的方法可以有效解決這個(gè)問題[4-5]，層狀黏土與海藻酸鈉共混是一種常用改性方法[6-7]。膨潤(rùn)土是一種在聚合物改性中廣泛應(yīng)用的黏土[8-9]，天然膨潤(rùn)土晶體間和自然孔道內(nèi)有碳酸鹽類膠結(jié)物，使晶體顆粒團(tuán)聚，導(dǎo)致其孔道結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)以及晶體堆積狀態(tài)都處于無規(guī)則狀態(tài)，為提高其在緩釋領(lǐng)域的應(yīng)用效果，有必要對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行處理。膨潤(rùn)土的酸化處理，使孔道內(nèi)碳酸鹽類膠結(jié)物溶出，除去膨潤(rùn)土孔道中的雜質(zhì)，疏通孔道；同時(shí)，由于膨潤(rùn)土的陽離子可交換性，H+置換出層間部分K+、Na+、Ca2+、Mg2+等，從而增大孔容積，提高其吸附能力；膨潤(rùn)土的有機(jī)化處理，使得膨潤(rùn)土層間可交換陽離子較多，可通過離子交換實(shí)現(xiàn)帶長(zhǎng)碳鏈基團(tuán)季銨鹽的插層，一方面增大層間距，增加吸附空間，另一方面增強(qiáng)疏水性，提高對(duì)有機(jī)農(nóng)藥的吸附效果[10]。本研究以海藻酸鈉/改性膨潤(rùn)土作為藥物的緩釋載體，制備毒死蜱/改性膨潤(rùn)土/海藻酸鈉復(fù)合微球，通過研究復(fù)合微球的溶脹行為和緩釋性能以揭示膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)與微球性能間的關(guān)系，并為價(jià)廉、環(huán)境友好的緩釋農(nóng)藥新劑的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

海藻酸鈉（AR，天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司）；毒死蜱（AR，江蘇景宏化工有限公司）；氯化鈣（AR，天津市福晨化學(xué)試劑廠）；膨潤(rùn)土（安徽省明美礦物化工有限公司）；無水乙醇（AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠）；十六烷基三甲基溴化銨（CTAB，AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；鹽酸（AR，廣州化學(xué)試劑廠）。

1.2儀器與設(shè)備

85-2型恒溫磁力攪拌器（江蘇常州澳華儀器有限公司）；KH-250型超聲波清洗器（江蘇昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司）；UV-2550型紫外-可見分光光度計(jì)[島津國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司]；Spectrum 100型傅立葉變換紅外光譜儀（美國(guó)Perkin Elmer公司）。

1.3方法

1.3.1酸化膨潤(rùn)土的制備配制1 mol/L鹽酸溶液，稱取一定量的膨潤(rùn)土加入鹽酸溶液中，超聲處理30 min，在30 ℃下攪拌活化24 h后用去離子水進(jìn)行反復(fù)沖洗，抽濾，直到用硝酸銀溶液檢測(cè)不出Cl-為止，得到酸化膨潤(rùn)土，在105 ℃下真空干燥6 h，最后研磨過200 目篩，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2有機(jī)改性膨潤(rùn)土的制備稱取一定量的陽離子表面活性劑（十六烷基三甲基溴化銨），使其完全溶于50 mL水中，然后加入5 g酸化膨潤(rùn)土，稍加攪拌，超聲30 min后，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)24 h，離心、洗滌至無Cl-，得到有機(jī)膨潤(rùn)土，105 ℃真空干燥8 h，過200目篩，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3毒死蜱/改性膨潤(rùn)土/海藻酸鈉微球的制備先稱取0.75 g海藻酸鈉加入30 mL蒸餾水中，緩慢加熱溶解；再稱取一定量（為海藻酸鈉質(zhì)量的0、10%、20%、30%、40%）的酸化或有機(jī)膨潤(rùn)土分散于10 mL的無水乙醇中，然后加入075 g毒死蜱，攪拌，使膨潤(rùn)土充分吸附毒死蜱。將上述2種溶液混合并攪拌均勻，超聲分散30 min，另配制5% CaCl2溶液 100 mL，再將上述混合液用10 mL皮下注射器在30 cm高處逐滴加入到CaCl2溶液中并恒速攪拌，交聯(lián)30 min后過濾，反復(fù)用蒸餾水沖洗，最后在 40 ℃下干燥至恒重。

1.4毒死蜱/改性膨潤(rùn)土/海藻酸鈉微球的表征

1.4.1傅立葉紅外（FTIR）表征利用紅外光譜對(duì)膨潤(rùn)土原土、酸化膨潤(rùn)土、有機(jī)膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，采用溴化鉀壓片法制樣。

1.4.2復(fù)合微球溶脹率的測(cè)定取0.1 g樣品置于pH值為5、7、9的50%乙醇溶液中，每隔一段時(shí)間從上述介質(zhì)中取出微球，用濾紙吸干表面水分，快速稱重后繼續(xù)加入同種介質(zhì)，重復(fù)上述步驟，直至微球不再溶脹。吸水溶脹率（SR）由公式（1）計(jì)算：

溶脹率（SR）=（濕球質(zhì)量-干球質(zhì)量）/干球質(zhì)量×100%。（1）

1.4.3毒死蜱溶液濃度與吸光度關(guān)系曲線的測(cè)定 用紫外光譜儀對(duì)毒死蜱-50%乙醇溶液進(jìn)行測(cè)試，掃描波長(zhǎng) 200～400 nm，確定 292 nm為農(nóng)藥的紫外吸收特征波長(zhǎng)，配制不同濃度的毒死蜱-50%乙醇溶液，以50%乙醇作為參比液，在292 nm處測(cè)定吸光度，根據(jù)溶液濃度與吸光度得出毒死蜱標(biāo)準(zhǔn)濃度方程：y=16.793x+0.000 8，r=0.999 6，式中x為毒死蜱溶液濃度，mg/mL；y為吸光度。

1.4.4復(fù)合微球載藥率和包封率的測(cè)定將0.1 g載藥微球加入到100 mL 50%乙醇溶液中，充分溶脹后，將微球破壞，再超聲30min破壞微球結(jié)構(gòu)，完全浸提出模型藥物，取樣，在292 nm處測(cè)定吸光度，結(jié)合毒死蜱的標(biāo)準(zhǔn)濃度曲線，由公式（2）、公式（3）求載藥量和包封率：

載藥率=（微球中含藥量/微球質(zhì)量）×100%；（2）

包封率=（微球中含藥量/投藥量）×100%。（3）

1.4.5復(fù)合微球的緩釋性能取60 mg載藥微球，加入到100 mL 50%乙醇溶液中，每隔一段時(shí)間用移液管從容量瓶中取出1 mL毒死蜱緩釋溶液，同時(shí)向原體系補(bǔ)加1 mL 50%乙醇，置于10 mL容量瓶中，用50%乙醇溶液定容到刻度，搖勻，在292 nm處測(cè)定吸光度，并計(jì)算累計(jì)釋放度。

2結(jié)果與分析

2.1 紅外光譜分析

由圖1可知，3 630、3 448 cm-1處的吸收峰是由膨潤(rùn)土中結(jié)構(gòu)水和吸附水的—OH伸縮振動(dòng)峰，1 498、1 390、927 cm-1處的吸收峰分別為膨潤(rùn)土中Al—O—Al、Si—O—Si、Al—O—Si的振動(dòng)峰。酸化膨潤(rùn)土在3 630、3 448 cm-1處的吸收峰明顯減弱，這是由于H+與膨潤(rùn)土中—OH相互作用，導(dǎo)致—OH數(shù)量減少。膨潤(rùn)土經(jīng)過CTAB改性后，在2 915、2 847 cm-1處出現(xiàn)2個(gè)明顯的特征吸收峰，這是烷烴的C—H鍵（CH2、CH3）的伸縮振動(dòng)峰，表明CTAB成功負(fù)載到膨潤(rùn)土中。

2.2復(fù)合微球的載藥量和包藥率

由圖2-a可以看出，隨酸化膨潤(rùn)土的增加，載藥率和包封率均下降，這是因?yàn)樗峄驖?rùn)土親水性強(qiáng)，其對(duì)疏水性農(nóng)藥的負(fù)載率低，同時(shí)膨潤(rùn)土的加入使微球的結(jié)構(gòu)緊密，可容納毒死蜱的空間減少，造成微球的載藥率、包封率降低。再比較圖2-b和圖2-a可以發(fā)現(xiàn)，在相同膨潤(rùn)土含量時(shí)，有機(jī)膨潤(rùn)土復(fù)合微球的載藥率和包封率均高于相應(yīng)的酸化膨潤(rùn)土微球，當(dāng)膨潤(rùn)土質(zhì)量為海藻酸鈉的30%時(shí)，有機(jī)膨潤(rùn)土復(fù)合微球、酸化膨潤(rùn)土復(fù)合微球的載藥率分別為37.43%、14.98%，包封率分別為86.09%、34.47%，而相應(yīng)的海藻酸鈉微球則為34.20%、68.41%，說明膨潤(rùn)土通過有機(jī)化改性后對(duì)毒死蜱的吸附作用增強(qiáng)，從而使微球的載藥率和包封率提高。

2.3復(fù)合微球的溶脹性

2.3.1不同pH值緩釋介質(zhì)對(duì)微球溶脹的影響由圖3可以看出，各種微球在前50 min由于海藻酸鈣的強(qiáng)吸水性，微球迅速溶脹；150 min后溶脹基本平衡，且微球的溶脹行為與介質(zhì)pH值密切相關(guān)。當(dāng)緩釋介質(zhì)的pH值=5時(shí)，海藻酸鈉微球、酸化膨潤(rùn)土復(fù)合微球、有機(jī)膨潤(rùn)土復(fù)合微球的平衡溶脹率分別為129%、99%、85%；當(dāng)緩釋介質(zhì)的pH值=7時(shí)，上述3種微球的平衡溶脹率分別為132%、100%、86%；而當(dāng)緩釋介質(zhì)的pH值=9時(shí)，三者平衡溶脹率則分別增大到298%、130%、100%。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在弱酸性和中性的緩釋介質(zhì)中，同種微球的平衡溶脹率變化不大，但是在堿性緩釋介質(zhì)（pH值=9）中微球的平衡溶脹率明顯增大，特別是海藻酸鈉微球，由pH值=5時(shí)的129%突增到298%，可能是因?yàn)閴A性條件下，Na+置換了部分起絡(luò)合作用的Ca2+，使微球網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松弛，微球出現(xiàn)溶蝕，從而導(dǎo)致微球的微孔道變大，吸水能力增強(qiáng)，平衡溶脹率升高。再比較膨潤(rùn)土的影響發(fā)現(xiàn)，添加膨潤(rùn)土的微球在各種緩釋環(huán)境中抑制溶脹的效果明顯，這是因?yàn)榧兒Ｔ逅徕c微球存在大量親水基團(tuán)，遇水極易溶脹；加入膨潤(rùn)土，使海藻酸鈉微球密實(shí)度提高，同時(shí)膨潤(rùn)土中還含有羥基，能與海藻酸鈉形成氫鍵，有效抑制微球的溶脹；由此還可以看出，有機(jī)膨潤(rùn)土抑制微球溶脹的效果更顯著，這是因?yàn)橐环矫嬗袡C(jī)膨潤(rùn)土提高了微球疏水性，抑制其吸水，另一方面有機(jī)膨潤(rùn)土中含有銨基，它可以與海藻酸鈉的羧基形成—O…H—N—型氫鍵，進(jìn)一步抑制微球的溶脹。

2.3.2有機(jī)膨潤(rùn)土用量對(duì)微球溶脹率的影響由圖4可以看出，有機(jī)膨潤(rùn)土的加入顯著降低了海藻酸鈉微球的溶脹率，且復(fù)合微球的溶脹率隨有機(jī)膨潤(rùn)土含量的增加而降低，當(dāng)有機(jī)膨潤(rùn)土用量為0、40%時(shí)，微球的溶脹率分別為298%、85%。這是因?yàn)殡S著有機(jī)膨潤(rùn)土的含量增加，海藻酸鈉的含量相應(yīng)降低，親水基團(tuán)減少；有機(jī)膨潤(rùn)土增加，微球的疏水性增強(qiáng)；同時(shí)，膨潤(rùn)土與海藻酸鈉間的氫鍵作用也使微球更緊密，這些因素均削弱了微球的溶脹性，從而抑制微球溶脹。

2.4微球緩釋性能分析

圖5是pH值=9緩釋介質(zhì)中海藻酸鈉微球和膨潤(rùn)土復(fù)合微球的藥物累計(jì)緩釋曲線，其中膨潤(rùn)土的含量為海藻酸鈉質(zhì)量的30%。由圖5可以看出，加入膨潤(rùn)土可使復(fù)合微球的緩釋性能提高，有機(jī)膨潤(rùn)土的緩釋性能更好，這是因?yàn)榕驖?rùn)土加入后，復(fù)合微球的密實(shí)度提高，農(nóng)藥的擴(kuò)散變得困難，因而釋放較慢，對(duì)于有機(jī)膨潤(rùn)土，則還因其親脂性，與農(nóng)藥毒死蜱的親和力強(qiáng)，也使其釋放變緩。

3結(jié)論

酸化膨潤(rùn)土的加入使復(fù)合海藻酸鈉載藥微球的載藥率與包封率下降，與之相比，有機(jī)膨潤(rùn)土復(fù)合微球的載藥率與包封率均明顯提高，甚至高于純海藻酸鈉微球。載藥微球的溶脹性能受pH值的影響，堿性環(huán)境使溶脹率增大，加入膨潤(rùn)土能抑制載藥微球的溶脹，使載藥微球的溶脹率下降，有機(jī)膨潤(rùn)土抑制溶脹的性能更顯著。膨潤(rùn)土的加入有利于提高微球的緩釋性能，有機(jī)膨潤(rùn)土體系具有更好的緩釋效果。

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