茚蟲威緩釋固體分散體的制備及性能研究

曹莉慧+楊華+王立升

摘要：為了制備茚蟲威不同載體固體分散體，并研究其對茚蟲威的增溶情況及溶出特性，選擇聚乙二醇（PEG）（6000、20000）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）K30作為載體，用熔融法和溶劑法制備了茚蟲威固體分散體；采用紫外可見分光光度法測定茚蟲威固體分散體的溶解度以及緩釋溶出度；利用紫外光譜、紅外光譜和掃描電鏡等表征手段對固體分散體的結(jié)構(gòu)特征進行了分析研究。結(jié)果表明固體分散體中茚蟲威的溶解度比茚蟲威及相同質(zhì)量比的物理混合物的溶解度有明顯提高，其中PVP-K30的增溶效果最好；固體分散體也表現(xiàn)出了良好的緩釋效果；物相分析結(jié)果表明藥物以非晶型高度分散在載體中。以PEG6000、PEG20000、PVP-K30為載體制備的茚蟲威固體分散體能顯著提高茚蟲威的溶解度，且緩釋效果良好，具有實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：茚蟲威；固體分散體；緩釋；聚乙二醇；聚乙烯吡咯烷酮；溶解度；玉米螟

中圖分類號： TQ450.6+8 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）11-0160-05

茚蟲威（indoxacarb）是美國杜邦公司開發(fā)的新型二嗪類（oxadiazine）殺蟲劑，它的作用機理為鈉通道抑制劑，主要是阻斷害蟲神經(jīng)細胞中的鈉通道，導(dǎo)致靶標害蟲協(xié)調(diào)麻痹、最終死亡[1-3]。藥劑通過觸殺和攝食進入蟲體，害蟲的行為迅速變化，致使害蟲迅速終止攝食，從而極好地保護了靶標作物[4-5]。茚蟲威具有廣譜、結(jié)構(gòu)新穎、用量低、對幾乎所有鱗翅目害蟲都有效，對人畜、環(huán)境、非靶標生物以及有益生物安全等特性，是替代有機磷殺蟲劑的理想品種之一，也是目前研究的熱點和受到廣泛關(guān)注的品種之一。茚蟲威無內(nèi)吸作用，因此如何提高茚蟲威的內(nèi)吸性成為近年來研究的熱點問題。針對無內(nèi)吸性原藥，通過物理或化學(xué)方法，以增加藥物水溶性并進而提高內(nèi)吸性，達到增加藥效的目的。固體分散技術(shù)可以顯著增加難溶藥物的分散度、溶解度、溶出速率，是提高藥物生物利用度的一種有效方法[6-7]。用于制備固體分散體的載體材料較多，聚乙二醇（PEG）類聚合物、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）類聚合物，因其低熔點、無毒、親水性和相溶性好等優(yōu)點而廣泛作為載體材料。常用的PEG類聚合物分子量在 1 000～20 000，PVP類聚合物常用的為PVP-K30[8-11]。

本研究在前人的研究基礎(chǔ)上[12]，針對茚蟲威這一難溶藥物，分別用PEG-6000、PEG-20000、PVP-K30作為載體材料制備相應(yīng)的固體分散體，并對增溶效果進行比較。

1 儀器與材料

1.1 儀器

FA12048電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、HH-S2s 數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市醫(yī)療儀器廠）、UV-2201紫外分光光度計（日本島津）、DF-101Z集熱式磁力攪拌器（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）、FTIR-8400S紅外光譜儀（日本島津，測試條件：波數(shù)范圍400～4 000 cm-1，精度2 cm-1，掃描次數(shù)16，KBr壓片）、SU-8020場發(fā)射電子掃描電鏡（日本）。

1.2 材料

96%茚蟲威及99%茚蟲威（常熟恒榮商貿(mào)有限公司）、聚乙二醇6000（PEG6000）（廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心）、聚乙二醇20000（PEG20000）（西隴化工股份有限公司）、聚乙烯吡咯烷酮K30（PVP-K30）、甲醇（分析純）、丙酮（分析純）和乙酸乙酯、氯仿（分析純）均購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司，蒸餾水，0.45 μm微孔濾膜和膜過濾器（上海興亞凈化材料廠）。

2 試驗方法

2.1 標準曲線的建立

采用紫外分光光度法，茚蟲威乙酸乙酯溶液在310 nm處有最大吸收，而載體PEG6000、PEG20000、PVP-K30在此幾乎無吸收，故310 nm為茚蟲威含量測定的最佳波長。

精確稱取4.0 mg茚蟲威標準品，移入100 mL的棕色容量瓶中，用乙酸乙酯定容后得到母液。準確移取20、17.5、15、12.5、10、7.5、5、2.5、0 mL母液入25 mL棕色容量瓶中，用乙酸乙酯定容、搖勻，即配成32、28、24、20、16、12、8、4、0 mg/L 的溶液。在310 nm處測定吸光度，結(jié)果以茚蟲威的質(zhì)量濃度為橫坐標，以吸光度為縱坐標繪制標準曲線。

2.2 固體分散體的制備

固體分散體Ⅰ、Ⅱ溶劑-熔融法制備固體分散體：將適量的不同相對分子質(zhì)量的聚乙二醇（PEG6000和PEG20000）分別加入到燒杯中，在恒溫水浴中加熱至60～70 ℃，其間不斷攪拌，使其完全熔化。用少量丙酮溶解茚蟲威，以引流的方式加入到熔化的PEG中，形成均一的茚蟲威-PEG共融物。繼續(xù)攪拌15 min后，揮去丙酮。立即低溫驟冷，冷凍30 min后，放于室內(nèi)自然干燥，粉碎過80目篩，得到2種質(zhì)量比（1 ∶6）相同的固體分散體，分別標記為A（PEG6000 SD）、B（PEG20000 SD）。

固體分散體Ⅰ、Ⅱ溶劑法制備固體分散體：將適量的 PVP-K30 用氯仿于60 ℃水浴加熱溶解，適量的茚蟲威用丙酮溶解，兩者混合均勻。待混合物澄清后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑。并將得到的產(chǎn)物置于干燥器中平衡數(shù)日，粉碎，過80目篩，即得到茚蟲威與PVP-K30（質(zhì)量比為1 ∶6）的固體分散體，標記為C（PVP-K30 SD）。

2.3 物理混合物的制備

將茚蟲威與不同相對分子質(zhì)量的PEG（質(zhì)量比1 ∶6）、PVP-K30（質(zhì)量比1 ∶6）混合研磨，過80目篩，密封，標記為a、b、c的樣品作為固體分散體的對照品備用。

2.4 茚蟲威及固體分散體、物理混合物溶解度的測定

取茚蟲威10.0 mg及茚蟲威-PEG6000固體分散體、茚蟲威-PEG20000固體分散體、PVP-K30-茚蟲威固體分散體（茚蟲威10.0 mg），分別精密加水100 mL配成溶液，在 25 ℃ 下攪拌30 min使溶液達到飽和，分別取樣5 mL過 0.45 μm 微孔濾膜，取濾液置于25 mL棕色容量瓶中，加入蒸餾水定容，在310 nm處測定吸光度，代入標準工作曲線計算試樣中茚蟲威的濃度。

2.5 溶出度的測定

溶出度的測定方法參照《中國藥典》2010年版附錄中規(guī)定的槳法進行[4]。轉(zhuǎn)速為50 r/min，水浴溫度為（25±5）℃，以250 mL蒸餾水為溶出介質(zhì)。精密稱取茚蟲威原料藥及茚蟲威固體分散體（A、B、C）適量（相當(dāng)于茚蟲威5 mg）。自藥物粉末接觸溶出介質(zhì)開始計時，分別于0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、12、24、36、48 h，通過0.45 μm微孔濾膜定位定時吸取 5 mL 的溶液，同時補充同溫度的溶出介質(zhì)5 mL，測定吸光度，計算不同時間溶液中茚蟲威的濃度（C，mg/L），按照累積釋放百分數(shù)的計算式（ARP）=（茚蟲威的濃度C×0.25/茚蟲威的起始有效含量）×100%，用Origin 8.0軟件對獲得的ARP對時間作圖。

2.6 固體分散體的物相鑒別

分別采用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、場發(fā)射電子掃描電鏡（SEM）法對茚蟲威原藥、物理混合物和固體分散體進行了鑒別。

2.6.1 傅里葉變換紅外光譜（FTIR） 取適量的茚蟲威原藥，茚蟲威原藥分別與PEG6000、PEG20000、PVP-K30的物理混合粉末，茚蟲威緩釋固體分散體粉末，以溴化鉀壓片法在400～4 000 cm-1范圍內(nèi)進紅外掃描，設(shè)置分離度為2 cm-1，掃描次數(shù)為16次。

2.6.2 場發(fā)射電子掃描電鏡（SEM） 場發(fā)射電子掃描電鏡（SEM）測試條件：SU-8020場發(fā)射電子掃描電鏡，高壓 10.00 kV，樣品均勻干撒于貼有導(dǎo)電膠帶樣品座上，噴金 5 min，用干凈鑷子取出，置于掃描電鏡儀器內(nèi)，打開計算機程序進行掃描測試。

2.7 茚蟲威緩釋制劑對玉米螟的田間防治試驗

在玉米上采用內(nèi)吸法測定茚蟲威-PEG6000、茚蟲威-PEG20000、茚蟲威-PVP固體分散體藥劑對玉米螟的生物活性進行田間測試。

試驗設(shè)7個處理，每個處理20頭玉米螟，4次重復(fù)，共28個小區(qū)。采用內(nèi)吸法，將玉米種子播種在底部有滲水孔的小土盆中，用沙粒種植，定量澆灌霍格蘭試劑，待發(fā)芽長至每株約有3片真葉后，停止?jié)补?，陰干盆?nèi)沙粒。然后將土盆放入一次性碗中，在碗內(nèi)灌入定量的藥液，讓玉米充分內(nèi)吸，每天定時向一次性碗內(nèi)補霍格蘭試劑，保持盆內(nèi)土壤濕潤。內(nèi)吸7 d后，采集相應(yīng)處理的玉米葉，放入培養(yǎng)皿中供試蟲取食，于觀察室內(nèi)保溫保濕飼養(yǎng)。藥后2 d觀察各處理的玉米螟取食情況及剩余活蟲數(shù)。

各藥劑和處理如表1所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 紫外光譜掃描圖及標準曲線

紫外光譜掃描圖（圖1）可知：茚蟲威在310 nm處有最大吸收，而載體PEG6000、PEG20000、PVP-K30在此幾乎無吸收，故310 nm為茚蟲威含量測定的最佳波長。

圖2顯示了在0～32 mg/L濃度范圍內(nèi)，茚蟲威濃度與溶液吸光度具有顯著的線性回歸關(guān)系，回歸方程為y=0.038 3x-0.001 0，r=1.000。

3.2 茚蟲威及固體分散體、物理混合物溶解度測定結(jié)果

由表2可知，PEG6000、PEG20000、PVP-K30均能不同程度提高物理混合物和固體分散體中茚蟲威的溶解度，增溶效果依次是PEG20000< PEG6000< PVP-K30。對于載體材料PEG，隨著分子量的增大，親水性降低，親水性大小為PEG20000

3.3 溶出度測定結(jié)果

由圖3可以看出，原藥茚蟲威的釋放速度較快，12 h時幾乎已經(jīng)達到平衡，累積釋放百分數(shù)為13.3%；而在12h緩釋固體分散體中，茚蟲威-PEG6000 SD、茚蟲威-PVP SD、茚蟲威-PEG20000 SD的累積釋放百分數(shù)分別為80.01%、83.98%、76.9%；在24 h時，緩釋固體分散體茚蟲威-PEG 20000 SD的釋放百分數(shù)達到84.40%；在48 h時，緩釋固體分散體茚蟲威-PVP SD累積釋放百分數(shù)為87.56%；在72 h時，緩釋固體分散體茚蟲威-PEG6000 SD釋放百分數(shù)為 90.37%，固體分散體均表現(xiàn)出良好的緩釋效果。用PEG6000作為載體材料制得的固體分散體緩釋效果更顯著。

3.4 固體分散體的物相表征結(jié)果

由圖4可以看出：茚蟲威原藥的特征吸收峰有 592.11 cm-1 處的CF3的變形振動及OC—N 變形振動；767.62 cm-1處的C—Cl伸縮振動峰；3 469.70 cm-1 處的O—H和1 689.53 cm-1處的—C[FY=，1]O伸縮振動峰；2 958.60 cm-1 處的C—H伸縮振動峰；1 251.715 cm-1 處的C—O—C的不對稱伸縮振動及 1 554.52 cm-1 處的的C—N伸縮振動峰（圖4-a）。茚蟲威和PEG6000的物理混合物為茚蟲威和PEG6000譜圖的疊加，其中茚蟲威的特征峰592.11 cm-1 處的CF3的變形振動及O[FY=，1]C—N 變形振動，746.4 cm-1處的C—Cl伸縮振動峰，3 463.92 cm-1處的O—H和1 689.53 cm-1處的—C[FY=，1]O伸縮振動峰；2 958.60 cm-1處的C-H伸縮振動峰，1 251.715 cm-1處的C—O—C的不對稱伸縮振動及1 550.66 cm-1的C—N伸縮振動峰都有表現(xiàn)。其中3 463.92 cm-1處的O—H為2種物質(zhì)的疊加，峰很顯著（圖4-b）。茚蟲威-PEG6000固體分散體的紅外譜圖與物理混合物的譜圖很接近，無統(tǒng)計學(xué)差異（圖4-c）。說明固體分散體的形成沒有發(fā)生化學(xué)變化，發(fā)生的是物理結(jié)合。

由圖5可以看出，茚蟲威原藥的特征吸收峰有592.11 cm-1 處的CF3的變形振動及OC—N變形振動；767.62 cm-1處的C—Cl伸縮振動峰；3 469.70 cm-1處的O—H和1 689.53 cm-1處的—CO伸縮振動峰；2 958.60 cm-1處的C—H伸縮振動峰；1 251.715 cm-1 處的C—O—C的不對稱伸縮振動及 1 554.52 cm-1 處的的C—N 伸縮振動峰（圖5-a）。茚蟲威和PEG20000的物理混合物為茚蟲威和PEG20000 譜圖的疊加，其中茚蟲威的特征峰592.11 cm-1處的CF3的變形振動及OC—N 變形振動，746.4 cm-1處的C—Cl伸縮振動峰，3 463.92 cm-1處的O—H和1 689.53cm-1 處的—CO伸縮振動峰；2 958.60 cm-1處的C—H伸縮振動峰，1 251.715 cm-1處的C—O—C的不對稱伸縮振動及1 550.66 cm-1處的C—N 伸縮振動峰都有表現(xiàn)。其中3 463.92 cm-1處的O—H為2種物質(zhì)的疊加，峰很顯著（圖5-b）。茚蟲威-PEG20000固體分散體的紅外譜圖與物理混合物的譜圖很接近，無統(tǒng)計學(xué)差異（圖5-c）。說明固體分散體的形成沒有發(fā)生化學(xué)變化，發(fā)生的是物理結(jié)合。

由圖6可以看出，茚蟲威原藥的特征吸收峰有592.11 cm-1 處的CF3的變形振動及OC—N變形振動；767.62 cm-1處的C—Cl伸縮振動峰；3 469.70 cm-1處的O—H和1 689.53 cm-1的—CO伸縮振動峰；2 958.60 cm-1處的C-H伸縮振動峰；1 251.715 cm-1 處的C—O—C的不對稱伸縮振動及 1 554.52 cm-1 處的的C—N伸縮振動峰。茚蟲威和PVP的物理混合物為茚蟲威和PVP譜圖的疊加，其中茚蟲威的特征峰592.11 cm-1處的CF3的變形振動及OC—N變形振動，742.34 cm-1處的C—Cl伸縮振動峰，3 469.70 cm-1 處的O—H和1 662.53 cm-1的—CO伸縮振動峰；2 958.60 cm-1處的C—H伸縮振動峰，1 259.43 cm-1 處的C—O—C的不對稱伸縮振動及 1 541.02 cm-1 處的C—N 伸縮振動峰都有表現(xiàn)。其中 3 469.70 cm-1 處的O—H為2種物質(zhì)的疊加，峰很顯著且寬（圖6-a）。茚蟲威-PVP固體分散體的紅外譜圖與物理混合物的譜圖很接近，1 537.16 cm-1的CN的伸縮振動峰基本消失，3 037.68～3 456.46 cm-1處的O—H的譜帶變寬且鈍（圖6-b、c），說明固體分散體的形成中形成了氫鍵。

3.3 茚蟲威掃描電鏡結(jié)果

圖7-A為原藥茚蟲威的掃描電鏡圖：茚蟲威組分中呈片狀、柱狀晶體，結(jié)晶形態(tài)清晰、立體感強，呈不規(guī)則分布。圖7-B為PEG6000的掃描電鏡圖：PEG6000片狀大小不一、無規(guī)則分布。圖7-C、圖7-D分別為茚蟲威-PEG6000的固體分散體和茚蟲威-PEG20000的固體分散體掃描電鏡圖，可以看出固體分散體中茚蟲威與 PEG6000 載體、PEG20000載體經(jīng)歷了共熔過程，茚蟲威結(jié)晶已被載體完全抑制，已不存在茚蟲威晶體，載體材料附著在茚蟲威表面。圖7-E為PVP的掃描電鏡圖，可以看出PVP的外貌形態(tài)為球形，表面有孔洞。圖7-F為茚蟲威-PVP的掃描電鏡圖，可以看出固體分散體中PVP成膜似的包覆在茚蟲威表面上，茚蟲威可能以無定型存在于固體分散體中。

3.4 緩釋固體分散體對玉米螟的田間防治試驗結(jié)果

由表3可以看出，當(dāng)用量為225 g a.i./hm2時，使用茚蟲威PEG顆粒劑和茚蟲威PVP顆粒劑，玉米螟死亡率分別是32.2%和35.1%，效果最好。當(dāng)用量為112.5 g a.i./hm2時，依然具有殺蟲效果。

4 結(jié)論

以PEG（6000、20000）、PVP-K30為載體，采用溶劑-熔融法和溶劑法制備的茚蟲威固體分散體，可以顯著地提高茚蟲威的溶解性能，而且隨著水溶性載體比例的增加，固體分散體的溶解度及溶出速率也隨之增大。比較研究發(fā)現(xiàn)，茚蟲威固體分散體、物理混合物的溶解度與原藥間均有顯著差異。其中PVP-K30的增溶效果最好，PEG6000的增溶效果好于PEG20000。

以PEG6000、PEG20000、PVP-K30為載體制備的茚蟲威固體分散體，載體材料在制備前后均以無定型態(tài)存在，藥物與PVP-K30間的相互作用（如氫鍵）能抑制藥物的結(jié)晶。IR、SEM試驗表明藥物以無定型態(tài)分散在固體分散體中，從而顯著改善了藥物的溶解度，茚蟲威從固體分散體中釋放達到了緩釋的作用。綜上所述，通過茚蟲威固體分散體解決了水溶性差、內(nèi)吸性差的難題，對茚蟲威新劑型的開發(fā)具有重要作用。

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