毒死蜱/改性膨潤土/海藻酸鈉復合微球的制備及其緩釋性能

周紅軍　+周新華　吳樹鴻

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

關鍵詞：緩釋農藥；海藻酸鈉；膨潤土；有機化改性；毒死蜱；緩釋性能

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

收稿日期：2014-06-23

基金項目：廣東省自然科學基金（編號：S2012010008979）。

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

通信作者：周新華（1974—），男，副教授，從事農藥新劑型開發研究。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被廣泛用作藥物緩釋的載體材料[1-3]，但其與二價金屬離子絡合形成的多孔網絡微球因絡合作用力較弱，造成網格結構較疏松，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]。膨潤土是一種在聚合物改性中廣泛應用的黏土[8-9]，天然膨潤土晶體間和自然孔道內有碳酸鹽類膠結物，使晶體顆粒團聚，導致其孔道結構、表面形態以及晶體堆積狀態都處于無規則狀態，為提高其在緩釋領域的應用效果，有必要對膨潤土進行處理。膨潤土的酸化處理，使孔道內碳酸鹽類膠結物溶出，除去膨潤土孔道中的雜質，疏通孔道；同時，由于膨潤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；膨潤土的有機化處理，使得膨潤土層間可交換陽離子較多，可通過離子交換實現帶長碳鏈基團季銨鹽的插層，一方面增大層間距，增加吸附空間，另一方面增強疏水性，提高對有機農藥的吸附效果[10]。本研究以海藻酸鈉/改性膨潤土作為藥物的緩釋載體，制備毒死蜱/改性膨潤土/海藻酸鈉復合微球，通過研究復合微球的溶脹行為和緩釋性能以揭示膨潤土結構與微球性能間的關系，并為價廉、環境友好的緩釋農藥新劑的開發提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料與試劑

海藻酸鈉（AR，天津市北聯精細化學品開發有限公司）；毒死蜱（AR，江蘇景宏化工有限公司）；氯化鈣（AR，天津市福晨化學試劑廠）；膨潤土（安徽省明美礦物化工有限公司）；無水乙醇（AR，天津市大茂化學試劑廠）；十六烷基三甲基溴化銨（CTAB，AR，國藥集團化學試劑有限公司）；鹽酸（AR，廣州化學試劑廠）。

1.2儀器與設備

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（江蘇昆山禾創超聲儀器有限公司）；UV-2550型紫外-可見分光光度計[島津國際貿易（上海）有限公司]；Spectrum 100型傅立葉變換紅外光譜儀（美國Perkin Elmer公司）。

1.3方法

1.3.1酸化膨潤土的制備配制1 mol/L鹽酸溶液，稱取一定量的膨潤土加入鹽酸溶液中，超聲處理30 min，在30 ℃下攪拌活化24 h后用去離子水進行反復沖洗，抽濾，直到用硝酸銀溶液檢測不出Cl-為止，得到酸化膨潤土，在105 ℃下真空干燥6 h，最后研磨過200 目篩，儲存備用。

1.3.2有機改性膨潤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酸化膨潤土，稍加攪拌，超聲30 min后，室溫攪拌反應24 h，離心、洗滌至無Cl-，得到有機膨潤土，105 ℃真空干燥8 h，過200目篩，儲存備用。

1.3.3毒死蜱/改性膨潤土/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（為海藻酸鈉質量的0、10%、20%、30%、40%）的酸化或有機膨潤土分散于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30 min后過濾，反復用蒸餾水沖洗，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膨潤土原土、酸化膨潤土、有機膨潤土的結構進行表征，采用溴化鉀壓片法制樣。

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

溶脹率（SR）=（濕球質量-干球質量）/干球質量×100%。（1）

1.4.3毒死蜱溶液濃度與吸光度關系曲線的測定 用紫外光譜儀對毒死蜱-50%乙醇溶液進行測試，掃描波長 200～400 nm，確定 292 nm為農藥的紫外吸收特征波長，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處測定吸光度，根據溶液濃度與吸光度得出毒死蜱標準濃度方程：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復合微球載藥率和包封率的測定將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破壞微球結構，完全浸提出模型藥物，取樣，在292 nm處測定吸光度，結合毒死蜱的標準濃度曲線，由公式（2）、公式（3）求載藥量和包封率：

載藥率=（微球中含藥量/微球質量）×100%；（2）

包封率=（微球中含藥量/投藥量）×100%。（3）

1.4.5復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，每隔一段時間用移液管從容量瓶中取出1 mL毒死蜱緩釋溶液，同時向原體系補加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處測定吸光度，并計算累計釋放度。

2結果與分析

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土中結構水和吸附水的—OH伸縮振動峰，1 498、1 390、927 cm-1處的吸收峰分別為膨潤土中Al—O—Al、Si—O—Si、Al—O—Si的振動峰。酸化膨潤土在3 630、3 448 cm-1處的吸收峰明顯減弱，這是由于H+與膨潤土中—OH相互作用，導致—OH數量減少。膨潤土經過CTAB改性后，在2 915、2 847 cm-1處出現2個明顯的特征吸收峰，這是烷烴的C—H鍵（CH2、CH3）的伸縮振動峰，表明CTAB成功負載到膨潤土中。

2.2復合微球的載藥量和包藥率

由圖2-a可以看出，隨酸化膨潤土的增加，載藥率和包封率均下降，這是因為酸化膨潤土親水性強，其對疏水性農藥的負載率低，同時膨潤土的加入使微球的結構緊密，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可以發現，在相同膨潤土含量時，有機膨潤土復合微球的載藥率和包封率均高于相應的酸化膨潤土微球，當膨潤土質量為海藻酸鈉的30%時，有機膨潤土復合微球、酸化膨潤土復合微球的載藥率分別為37.43%、14.98%，包封率分別為86.09%、34.47%，而相應的海藻酸鈉微球則為34.20%、68.41%，說明膨潤土通過有機化改性后對毒死蜱的吸附作用增強，從而使微球的載藥率和包封率提高。

2.3復合微球的溶脹性

2.3.1不同pH值緩釋介質對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pH值密切相關。當緩釋介質的pH值=5時，海藻酸鈉微球、酸化膨潤土復合微球、有機膨潤土復合微球的平衡溶脹率分別為129%、99%、85%；當緩釋介質的pH值=7時，上述3種微球的平衡溶脹率分別為132%、100%、86%；而當緩釋介質的pH值=9時，三者平衡溶脹率則分別增大到298%、130%、100%。經分析發現，在弱酸性和中性的緩釋介質中，同種微球的平衡溶脹率變化不大，但是在堿性緩釋介質（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時的129%突增到298%，可能是因為堿性條件下，Na+置換了部分起絡合作用的Ca2+，使微球網絡結構松弛，微球出現溶蝕，從而導致微球的微孔道變大，吸水能力增強，平衡溶脹率升高。再比較膨潤土的影響發現，添加膨潤土的微球在各種緩釋環境中抑制溶脹的效果明顯，這是因為純海藻酸鈉微球存在大量親水基團，遇水極易溶脹；加入膨潤土，使海藻酸鈉微球密實度提高，同時膨潤土中還含有羥基，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，有機膨潤土抑制微球溶脹的效果更顯著，這是因為一方面有機膨潤土提高了微球疏水性，抑制其吸水，另一方面有機膨潤土中含有銨基，它可以與海藻酸鈉的羧基形成—O…H—N—型氫鍵，進一步抑制微球的溶脹。

2.3.2有機膨潤土用量對微球溶脹率的影響由圖4可以看出，有機膨潤土的加入顯著降低了海藻酸鈉微球的溶脹率，且復合微球的溶脹率隨有機膨潤土含量的增加而降低，當有機膨潤土用量為0、40%時，微球的溶脹率分別為298%、85%。這是因為隨著有機膨潤土的含量增加，海藻酸鈉的含量相應降低，親水基團減少；有機膨潤土增加，微球的疏水性增強；同時，膨潤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緩釋介質中海藻酸鈉微球和膨潤土復合微球的藥物累計緩釋曲線，其中膨潤土的含量為海藻酸鈉質量的30%。由圖5可以看出，加入膨潤土可使復合微球的緩釋性能提高，有機膨潤土的緩釋性能更好，這是因為膨潤土加入后，復合微球的密實度提高，農藥的擴散變得困難，因而釋放較慢，對于有機膨潤土，則還因其親脂性，與農藥毒死蜱的親和力強，也使其釋放變緩。

3結論

酸化膨潤土的加入使復合海藻酸鈉載藥微球的載藥率與包封率下降，與之相比，有機膨潤土復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，堿性環境使溶脹率增大，加入膨潤土能抑制載藥微球的溶脹，使載藥微球的溶脹率下降，有機膨潤土抑制溶脹的性能更顯著。膨潤土的加入有利于提高微球的緩釋性能，有機膨潤土體系具有更好的緩釋效果。

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