微膠囊懸浮劑研究現(xiàn)狀與展望

王宏昆+劉秀+金晨鐘+周蕓蕓+歐曉明

隨著社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展，常規(guī)農(nóng)藥劑型如乳油、粉劑、可濕粉劑、油劑等日漸表現(xiàn)出高毒、高殘留、環(huán)境相容性差等弊端，與人們追求綠色環(huán)保的要求不符。這些傳統(tǒng)劑型將被新的綠色環(huán)保型劑型所淘汰。目前劑型研發(fā)向著高毒農(nóng)藥低毒化、無(wú)毒化方向發(fā)展，主要的新劑型有水乳劑、懸浮劑、微乳劑、水分散粒劑、緩釋劑等。

微囊懸浮劑是于上世紀(jì)七十年代由美國(guó)的Pennwalt 公司最先研制成功，隨后世界各發(fā)達(dá)國(guó)家相繼進(jìn)行了研發(fā)，研制出除蟲(chóng)菊酯、毒死蜱、甲草胺和丙草丹等一大批微膠囊化的農(nóng)藥。目前全球投入市場(chǎng)的農(nóng)藥微膠囊化的制劑產(chǎn)品將近60個(gè)。微膠囊懸浮劑因其具有緩釋、低毒、高效、對(duì)人畜安全、對(duì)環(huán)境安全等特點(diǎn)，逐步成為劑型研發(fā)的一個(gè)重要趨勢(shì)。

國(guó)內(nèi)對(duì)于微膠囊懸浮劑的研發(fā)始于上世紀(jì)八十年代，雖然起步較晚，但也取得了一定的成果，開(kāi)發(fā)了阿維菌素、甲基對(duì)硫磷、毒死蜱、馬拉硫磷、乙草胺、三唑磷、吡蟲(chóng)啉、甲基嘧啶磷、甲草胺等的微膠囊懸浮劑產(chǎn)品；統(tǒng)計(jì)自2001年來(lái)我國(guó)農(nóng)藥微膠囊懸浮劑登記情況發(fā)現(xiàn)，2001～2010 年十年時(shí)間農(nóng)藥微膠囊懸浮劑開(kāi)發(fā)比較緩慢，僅登記了16個(gè)產(chǎn)品。自2011 年開(kāi)始農(nóng)藥微膠囊懸浮劑得到快速發(fā)展，登記的產(chǎn)品逐年增加，2011年到2015年登記產(chǎn)品分別為9個(gè)、18個(gè)、27個(gè)、35個(gè)和29個(gè)，主要以殺蟲(chóng)劑（95個(gè)，毒死蜱為53個(gè)）為主，衛(wèi)生害蟲(chóng)（19個(gè)）、除草劑（16個(gè)）次之，殺菌劑（11個(gè)）最少。

1 微膠囊懸浮劑的定義

微膠囊懸浮劑（capsulesuspensions，cs）是通過(guò)一定物理、化學(xué)方法將農(nóng)藥（囊芯）包裹在由高分子材料的囊壁形成的微小容器之中，形成單核核-殼形微囊結(jié)構(gòu)、多核核-殼形微囊結(jié)構(gòu)或其他微囊結(jié)構(gòu)，并能懸浮在水中的農(nóng)藥劑型。囊芯是農(nóng)藥有效成分及溶劑，囊壁是由明膠、阿拉伯膠、淀粉、甲基纖維素、醋酸纖維素、聚已內(nèi)酯、聚脲樹(shù)脂、聚苯乙烯等天然高分子材料或合成高分子材料構(gòu)成，微囊的直徑大小一般在3～30 微米。

2 微膠囊懸浮劑的特點(diǎn)

微膠囊懸浮劑與其他常規(guī)劑型（如乳油、粉劑）相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

具有緩釋性能，提高農(nóng)藥持效期，減少農(nóng)藥使用量，提高利用率，節(jié)約成本。賴開(kāi)平等探究了0.8 %阿維菌素微膠囊懸浮劑的持效期，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在十四天時(shí)仍具有80%以上的藥效。陳列忠等研究表明毒死蜱·氟蟲(chóng)腈微膠囊懸浮劑在對(duì)德國(guó)小蠊施藥30d 后，防效依然在99%以上，且有效時(shí)間可達(dá)1 年。倪春耕等研究表明其制備的辛硫磷微囊懸浮劑對(duì)甘薯莖線蟲(chóng)病在18d 后的藥效（81.5%）遠(yuǎn)比同劑量乳油藥效（63.2%）高。丁向東研究表明同劑量20%毒死蜱微囊化懸浮劑藥效期長(zhǎng)于20%毒死蜱乳油。

提高農(nóng)藥的穩(wěn)定性，避免受到物理、化學(xué)及微生物環(huán)境因素影響而造成的農(nóng)藥分解、氧化、流失等；楊凱凱等研究表明2%阿維菌素微囊懸浮劑比1.8 %阿維菌素乳油抗光解能力強(qiáng)。管磊等研究發(fā)現(xiàn)吡唑醚菌酯微囊化后其抗光解能力大大提高。微囊化技術(shù)可提高農(nóng)藥抗光解能力，農(nóng)藥制劑穩(wěn)定性得到提升，擴(kuò)大農(nóng)藥的使用范圍，提高了不同農(nóng)藥混配的可能性。

農(nóng)藥有效成分因被囊壁包裹，大大降低了其揮發(fā)性，減輕農(nóng)藥對(duì)作物的藥害，避免人畜與農(nóng)藥直接接觸而造成中毒事件；減少了有機(jī)溶劑的使用，從而減少對(duì)環(huán)境、人、畜及其它生物危害；微膠囊技術(shù)在一定程度也可以提升農(nóng)藥的藥效，有研究表明選用甲草胺的微膠囊劑與乳油兩種劑型在未耕作和保護(hù)耕作進(jìn)行應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)微囊懸浮劑比乳油藥效高。

3 微膠囊懸浮劑的制備方法

農(nóng)藥微囊懸浮劑的制備方法目前大致可分為化學(xué)成囊法、物理成囊法以及物理化學(xué)成囊法?；瘜W(xué)成囊法是指囊壁是通過(guò)分子單體發(fā)生聚合反應(yīng)得到的，根據(jù)反應(yīng)方式分為界面聚合法、原位聚合法以及銳孔-凝固浴法等，生產(chǎn)中常用的有界面聚合法、原位聚合法。物理成囊法是指成膜過(guò)程中沒(méi)有經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)，高分子囊壁材料通過(guò)物理方法制得，有冷凍干燥法、包合法、超臨界流體法、噴霧干燥法以及溶劑蒸發(fā)法等。物理方法往往因生產(chǎn)能力普遍較低、微囊粒徑大小難以控制以及囊壁厚度問(wèn)題而難以得到大范圍的生產(chǎn)應(yīng)用。物理化學(xué)成囊法是通過(guò)改變囊壁的溶解性以及外界環(huán)境后不同囊壁材料相互結(jié)合制得，最常用的是相分離法（復(fù)凝聚法和單凝聚法）中的復(fù)凝聚法。

3.1 界面聚合法

界面聚合法是囊壁成膜反應(yīng)發(fā)生在互不相溶的兩個(gè)分散系兩相界面上，反應(yīng)在常溫下就可進(jìn)行。常用的兩種分散系是水和有機(jī)溶劑，選用水溶性和油溶性兩種成膜小分子材料，先將其分別溶入水相和油相中，通過(guò)乳化剪切形成O/W 或W/O 乳化液，然后加入引發(fā)劑，使成膜反應(yīng)在油-水相界面上進(jìn)行，從而將藥劑包裹在其中，再加入助劑制得微膠囊懸浮劑。楊靜美等采用界面聚合法以異佛爾酮二異氰酸酯三聚體和二乙烯三胺為囊壁材料，制得了包裹率在90%以上的2，5-二苯乙炔基噻吩的微囊化產(chǎn)品，藥效試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其持效期比原藥長(zhǎng)。楊靜美等以六亞甲基二異氰酸酯（HDI）三聚體和二乙烯三胺為材料，通過(guò)聚合反應(yīng)制備得到包裹率在90%以上，粒徑約為10 μm 的克線磷微囊化產(chǎn)品。李福星等利用界面聚合法以聚脲異氰酸酯為囊壁材料制備了5%丙硫克百威緩釋顆粒劑。丑靖宇等以甲苯-2，4-二異氰酸酯（TDI）和己二胺（HDA）為聚合體制得了二甲戊靈的微囊化產(chǎn)品。李敏等[38]采用界面聚合法制備了粒徑約0.10～0.35μm，包裹率在90%以上的硫氟肟醚·甲基嘧啶磷的混配微囊化懸浮劑，具有良好的熱貯和冷貯性能。

3.2 原位聚合法

原位聚合法是廣泛用于工廠批量化生產(chǎn)常用方法，與界面聚合法不同之處在于，制備過(guò)程中囊壁合成材料、催化劑、乳化劑和農(nóng)藥有效成分同時(shí)加入到介質(zhì)中（一般以水為分散介質(zhì)），通過(guò)高速剪切乳化形成水包油性乳液，通過(guò)引發(fā)劑發(fā)生成膜反應(yīng)，加入助劑最后制得。此方法要求囊壁材料必須能溶于分散介質(zhì)中，而反應(yīng)后的產(chǎn)物不能溶于介質(zhì)中。董瑜等采用原位聚合法制備了15%甲霜靈微膠囊緩釋劑。王巖等以低分子量脲醛樹(shù)脂作為囊壁合成材料制備得到2，4-滴異辛酯微囊化產(chǎn)品。焦永康等以聚甲基丙烯酸甲酯為材料，制備得到粒徑在1～3μm，包裹率在90%以上的吡蟲(chóng)啉微囊化的產(chǎn)品。

3.3 復(fù)凝聚法

復(fù)凝聚法是由多種帶有相反電荷的無(wú)規(guī)則聚合物作囊壁材料，將有效成分（囊芯）分散在含有囊壁材料的介質(zhì)中，經(jīng)剪切乳化形成水包油狀乳化液，通過(guò)改變外界條件，如改變?nèi)芤簆H，通過(guò)異性相吸原理使之結(jié)合析出，并層積在囊芯四周形成囊壁，最后導(dǎo)致溶解度的下降，并產(chǎn)生了相分離從而制得微囊。復(fù)凝聚法受溶液pH和溶液囊壁材料濃度影響較大。涂錫茂通過(guò)以明膠、阿拉伯膠為原材料，采用復(fù)凝聚法制得包裹率在90 %以上，粒徑在1～5μm的甲基嘧啶磷微膠囊懸浮劑。此外，微囊制作技術(shù)還有微流體技術(shù)、配位法、層層自組裝技術(shù)以及自曝型微囊技術(shù)等新技術(shù)。微流體技術(shù)可能只適用于將價(jià)格特別昂貴的原藥微囊化。層層自組裝技術(shù)目前在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用較多，在農(nóng)藥領(lǐng)域的應(yīng)用還處在研究狀態(tài)。

4 微膠囊懸浮劑的壁材選擇

微膠囊懸浮劑常用的壁材有明膠、阿拉伯膠、淀粉、甲基纖維素、醋酸纖維素、聚已內(nèi)酯、聚脲樹(shù)脂、聚苯乙烯等天然高分子材料或合成高分子材料。不同囊壁材料對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、藥效具有一定的影響，同種藥劑選用不同的壁材會(huì)導(dǎo)致制劑的藥效不同，穩(wěn)定性不同。張貴森通過(guò)比較脲醛樹(shù)脂、密胺樹(shù)脂、聚脲以及聚氨酯四種不同的囊壁材料制得的高效氯氰菊酯微膠囊懸浮劑，發(fā)現(xiàn)這四種產(chǎn)品光解速度由大到小是聚氨酯>聚脲>密胺樹(shù)脂>脲醛樹(shù)脂微膠囊懸浮劑，而四種壁材分解速度大小，則為密胺樹(shù)脂>聚氨酯>脲醛樹(shù)脂>聚脲；通過(guò)在葉面施藥發(fā)現(xiàn)，施藥后在葉面持留量以聚氨酯微膠囊懸浮劑最多，聚脲的最少；莖葉使用防效期比較發(fā)現(xiàn)，聚氨酯微膠囊防效期最長(zhǎng)，脲醛樹(shù)脂微膠囊防效期最短。

選擇不同的微膠囊壁材會(huì)影響藥劑的防效及穩(wěn)定性，如張大俠以脲醛樹(shù)脂和聚氨酯兩種不同壁材分別包裹辛硫磷得到微膠囊懸浮劑，進(jìn)行莖葉施藥發(fā)現(xiàn)辛硫磷脲醛樹(shù)脂微膠囊的持效期比聚氨酯微膠囊懸浮劑持效期長(zhǎng)，對(duì)黃瓜施藥發(fā)現(xiàn)辛硫磷脲醛樹(shù)脂微膠囊比聚氨酯微膠囊懸浮劑更安全，就辛硫磷而言脲醛樹(shù)脂微膠囊更適于莖葉使用；而在土壤中發(fā)現(xiàn)聚氨酯微膠囊的持效期長(zhǎng)于乳油，脲醛樹(shù)脂微膠囊小于乳油。因此我們?cè)谶x擇壁材時(shí)需要考慮藥劑的防治靶標(biāo)、使用范圍、使用方式以及藥劑的理化性質(zhì)等。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)農(nóng)藥微膠囊懸浮劑雖然得到較大發(fā)展，但也有許多問(wèn)題亟待解決，比如：一些囊壁材料單體存在毒性大、難降解以及分解產(chǎn)物可能會(huì)對(duì)環(huán)境有危害（原位反應(yīng)用的樹(shù)脂分解會(huì)產(chǎn)生甲醛）；會(huì)使一些難降解的農(nóng)藥殘存時(shí)間更加長(zhǎng)久，對(duì)環(huán)境造成危害；在制備的過(guò)程中囊壁的厚度不易掌控，從而影響農(nóng)藥的釋放等，這些問(wèn)題都制約著農(nóng)藥微膠囊懸浮劑的發(fā)展。但因具有低毒、環(huán)保、緩釋等優(yōu)點(diǎn)，微囊懸浮劑逐漸成為農(nóng)藥劑型研發(fā)的一個(gè)重要方向。但由于微囊劑的緩釋功能會(huì)使微環(huán)境在一定時(shí)段內(nèi)被改變，這會(huì)否使病蟲(chóng)草的抗藥性增加有待深入研究。另外，應(yīng)注重多品種的開(kāi)發(fā)，才能促進(jìn)我國(guó)農(nóng)藥微膠囊懸浮劑的發(fā)展。

（摘編自《廣東化工》）