高含量阿維菌素微囊懸浮劑的制備

鐘 玲，張世玲，任 華，陸 威，常翠蘭

（陶氏化學(xué)（中國(guó)）投資有限公司亞太區(qū)研發(fā)中心，上海 201203）

阿維菌素是一種廣泛使用的生物源殺菌、殺蟲(chóng)、殺螨劑，對(duì)各種作物害蟲(chóng)、害螨具有高效的防治效果和低殘留的特點(diǎn)，在我國(guó)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)防治體系中占有重要的地位[1-2]。

目前市場(chǎng)上的阿維菌素產(chǎn)品劑型主要以乳油、懸浮劑、可濕性粉劑等為主。由于阿維菌素在紫外光和土壤微生物等作用下易發(fā)生降解，目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品劑型普遍存在高降解率問(wèn)題，影響藥效的發(fā)揮[3]。與其他劑型相比，微囊技術(shù)利用特定的聚合物材料，將固體或液體的有效成分包覆起來(lái)，能夠有效減少外界環(huán)境因素的影響，保護(hù)有效成分；降低有效成分對(duì)作物、環(huán)境的毒害，提高使用過(guò)程中其對(duì)人、畜及有益微生物的安全性；延長(zhǎng)藥效，減少用藥次數(shù)。因此，微囊技術(shù)是降低阿維菌素降解率、提高藥效的有效手段[4]。

目前在農(nóng)藥領(lǐng)域制備微囊常用的方法包括原位聚合法、界面聚合法、相分離聚合法等[4-6]。但是由于微囊技術(shù)對(duì)生產(chǎn)條件和工業(yè)化放大技術(shù)要求較高，目前并沒(méi)有在行業(yè)中廣泛普及。其中，界面聚合法是使分別溶解在水相和油相的單體在油水界面反應(yīng)而制備微囊的方法。制備的微囊的尺寸及粒徑分布可控，且具有生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，逐漸被農(nóng)藥制劑企業(yè)認(rèn)可。本研究通過(guò)界面聚合法，制備出高含量的阿維菌素微囊懸浮劑配方。與傳統(tǒng)乳油制劑相比，該配方可實(shí)現(xiàn)對(duì)阿維菌素降解率的有效控制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

阿維菌素（98%），河北威遠(yuǎn)生物化工有限公司；Solvesso 150，?？松梨诠荆籔OWERBLOXTMSV-17溶劑、ECOSURFTMEH-9乳化劑、POWERBLOXTMD-305分散劑、可聚合單體乙二胺（EDA）、聚合MDI（異氰酸聚亞甲基聚亞苯基酯）PAPITM27，陶氏公司。黃原膠增稠劑、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）為市售產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微囊的制備

1）將一定量的阿維菌素溶解在POWERBLOXTMSV-17和Solvesso 150的混合溶劑中使其完全溶解，再加入聚合MDI（PAPITM27）形成均一溶液；2）根據(jù)配方將一定量的乳化劑、分散劑溶解在水相；3）在機(jī)械攪拌的條件下（1 000 r/min），將溶劑相加入水相形成水包油的乳液；4）將乙二胺的水溶液在攪拌下逐滴加入到乳液中，形成微囊；5）加入一定量的黃原膠提高配方穩(wěn)定性。

1.2.2 理化性能的測(cè)試

微囊的形貌通過(guò)光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）觀察。微囊的包覆效率通過(guò)測(cè)試微囊中有效成分的含量，對(duì)比總含量得出。制備的微囊懸浮劑在（54±2）℃烘箱中貯存14 d，在（0±2）℃貯存7 d后，恢復(fù)至室溫，測(cè)定其理化性能指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溶劑的篩選

界面聚合法首先要形成穩(wěn)定均一的油相，因此溶劑的選擇至關(guān)重要。適合的溶劑應(yīng)對(duì)有效成分具有較高的溶解能力及相對(duì)低的水溶性，以確保有效成分被盡可能多地保留在油相中，得到較高的包覆率。如表1所示，阿維菌素在常見(jiàn)的極性、非極性溶劑中的溶解度偏低，在Solvesso 150中的溶解度不足1%，因此目前市場(chǎng)上的阿維菌素CS產(chǎn)品的有效含量普遍低于3%。通過(guò)研究，陶氏公司開(kāi)發(fā)出一個(gè)新型溶劑POWERBLOXTMSV-17，與市場(chǎng)上常規(guī)產(chǎn)品相比，其對(duì)阿維菌素的溶解能力明顯提升，在常溫下溶解度可達(dá)到14%，為制備高含量的制劑配方提供了可能。將POWERBLOXTMSV-17和Solvesso 150以不同比例混配測(cè)定阿維菌素的溶解度。結(jié)果表明，當(dāng)POWERBLOXTMSV-17和Solvesso 150的質(zhì)量比在2∶3及以上時(shí)，混合溶劑對(duì)阿維菌素的溶解度均超過(guò)10%。

表1 阿維菌素在幾種溶劑中的溶解度

2.2 CS配方的制備

在界面聚合過(guò)程中，可反應(yīng)的單體在水包油乳液的油水界面發(fā)生反應(yīng)，乳液的尺寸和粒徑分布決定形成的微囊的尺寸和粒徑分布。因此，基于上述所選的溶劑組合，需篩選出與其匹配的乳化劑產(chǎn)品。結(jié)果表明，ECOSURFTMEH系列產(chǎn)品均具有優(yōu)異的乳化能力，有助于形成穩(wěn)定均一的乳液。由于反應(yīng)后形成的微囊是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，為滿足物理穩(wěn)定性的要求，在配方體系中需要加入分散劑以緩解沉降的發(fā)生。POWERBLOXTMD-305和D-205為聚羧酸鹽類高分子聚合物，在水懸浮體系懸浮劑（CS）中被廣泛用作分散劑使用，提高SC配方穩(wěn)定性。本研究將此類分散劑加入SC配方中，提高配方的物理穩(wěn)定性。

基于以上的結(jié)果和分析，使用POWERBLOXTMSV-17和Solvesso 150作為溶劑，ECOSURFTMEH-9和POWERBLOXTMD-305作為乳化劑和分散劑，制備3%～5%阿維菌素CS配方。POWERBLOXTMSV-17和Solvesso 150的混合比例取決于最終配方中阿維菌素的含量。如表2所示，兩組配方被用于3.5%和5.0%阿維菌素CS的制備。所制備的樣品在常溫下呈乳白色的外觀和良好的流動(dòng)性。

表2 3.5%和5.0%阿維菌素CS配方組成

2.3 阿維菌素CS配方的表征

2.3.1 形貌表征

制備好的兩個(gè)配方樣品在掃描電子顯微鏡（SEM）和光學(xué)顯微鏡下觀察形貌。如圖1（a）所示，在SEM下，配方1的樣品呈規(guī)則的球狀或癟球狀，尺寸為2～10 μm，證明了微囊的形成。癟球狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生可能是由于SEM測(cè)試時(shí)的真空條件所致。溶解在溶劑中的有效成分，在樣品制備過(guò)程中隨著溶劑的揮發(fā)，通常會(huì)形成一定排列的有序結(jié)構(gòu)，而在SEM下除球狀結(jié)構(gòu)外沒(méi)有看到其他結(jié)構(gòu)，從而推斷有效成分以被包覆在球狀微囊中為主。在光學(xué)顯微鏡下同樣觀察到了規(guī)則的球狀結(jié)構(gòu)，如圖1（b）所示。在測(cè)試過(guò)程中當(dāng)對(duì)測(cè)試樣品施加外力時(shí)，能觀察到在原有球狀結(jié)構(gòu)旁邊出現(xiàn)液滴，推測(cè)是由于外力作用破壞了微囊結(jié)構(gòu)，從而釋放出了油相。通過(guò)以上形貌表征，證明了微囊的形成，并且油相被包裹在微囊之內(nèi)。配方2的形貌特征與配方1類似。

圖1 阿維菌素配方1的形貌表征

2.3.2 理化性質(zhì)

為進(jìn)一步確認(rèn)包覆效果，對(duì)兩個(gè)樣品都進(jìn)行了包覆率的測(cè)試。首先將制備的CS樣品進(jìn)行離心，將上層清液和下層分離。在分離的下層中加入甲醇反復(fù)溶洗，通過(guò)高效液相色譜（HPLC）測(cè)試有效成分含量，再與加入的有效成分作對(duì)比，得到包覆率。結(jié)果表明，兩個(gè)樣品的包覆率均高于95%。將樣品分別在54℃貯存14 d和0℃度貯存7 d后，樣品仍然保持均一的外觀、較好的流動(dòng)性及較高的包覆效果，有效含量的損失小于0.5%。將兩個(gè)樣品用342 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)硬水稀釋200倍，在30℃放置1 h后，未觀察到沉淀或浮膏的出現(xiàn)，表明樣品具有較好的分散性能。

2.3.3 紫外光降解穩(wěn)定性

為證明微囊技術(shù)可作為降低阿維菌素降解的有效手段，將制備的3.5%阿維菌素CS樣品和乳油（EC）樣品同時(shí)在紫外光下照射相同時(shí)間后，測(cè)試阿維菌素的降解率。結(jié)果顯示，采用光照能量為100 μJ/cm3的UV設(shè)備，在連續(xù)照射20 h后，EC樣品中阿維菌素的降解率為16.25%，3.5%阿維菌素CS樣品在同樣條件下，降解率僅為2.98%，表明微囊技術(shù)可以有效控制阿維菌素在紫外光下的降解。在此基礎(chǔ)上，在CS配方中加入0.4%BHT，降解率可降低至2.27%。

3 結(jié)論

本研究采用界面聚合法，以聚合MDI和乙二胺為囊皮材料單體，開(kāi)發(fā)了阿維菌素CS配方。針對(duì)阿維菌素在常見(jiàn)溶劑中溶解率低、最終配方有效含量低的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出POWERBLOXTMSV-17溶劑。結(jié)果表明，SV-17對(duì)阿維菌素的溶解度有明顯提升，常溫下的溶解度為14%，遠(yuǎn)高于市場(chǎng)上現(xiàn)有的極性、非極性溶劑。在所選溶劑的基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步篩選了匹配的乳化劑和分散劑產(chǎn)品。ECOSURFTMEH-9表現(xiàn)出優(yōu)異的乳化性能，有助于得到均一穩(wěn)定的乳液；POWERBLOXTMD-305分散劑被驗(yàn)證對(duì)配方的貯存穩(wěn)定性和稀釋穩(wěn)定性的提升有顯著效果。通過(guò)光學(xué)顯微鏡和SEM的表征，確認(rèn)了微囊的形成。HPLC的分析結(jié)果顯示，采用本研究中的方法，對(duì)阿維菌素的包覆率可達(dá)95%以上。為驗(yàn)證包覆技術(shù)對(duì)有效成分降解的影響，制備的CS樣品在紫外光下連續(xù)照射，與EC樣品相比，CS樣品中有效成分的降解率大幅下降。