氨基化改性MCM—41/毒死蜱缓释体系的制备与性能

谢慧琳+周新华+林粤顺+周红军+钟洛诚+胡文斌

摘要：采用3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）对MCM-41进行改性得到了氨基化介孔硅，并以浸渍法制备了毒死蜱/介孔硅缓释体系。利用红外光谱、氮气吸附-脱附和X射线衍射对MCM-41和氨基化介孔硅进行了表征，着重探讨了不同KH550用量对介孔硅的载药量和载药体系缓释性能的影响。研究表明，氨基化介孔硅的比表面积、孔容随KH550用量的增大而减小，且明显小于未改性的MCM-41。氨基化介孔硅的载药量低于MCM-41的载药量，但其相应载药体系的缓释性能优于未改性的MCM-41载药体系。毒死蜱/介孔硅缓释体系，其释药行为可用Korsmeryer-Pappas 动力学方程描述，其释放受扩散机制控制。

关键词：MCM-41；氨基化改性；毒死蜱；缓释；介孔硅；表征

中图分类号： TQ450.1 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）09-0163-03

有序介孔硅材料因具有规则孔道、高比表面积、良好的生物相容性等特点，已被广泛应用于生物学和药学等领域[1-3]。在孔道内引入有机官能团，如氨基、巯基，可以有效改善孔道界面的疏水性，提高其水热稳定性，且又可以对其孔道进行修饰并调控，增强其表面与药物的相互作用，使介孔硅在药物缓释方面发挥了重要作用，受到了广泛的关注。Zeng等以MCM-41分子筛为载体，制备了氨基功能化介孔硅，并用于阿司匹林的控制释放，结果发现，氨基修饰后的MCM-41对药物具有明显的缓释性能[4]。Sevimli等用3-氨丙基三乙氧基硅烷嫁接改性介孔硅为材料，以阿莫西林为模型药物，探究了其孔径和表面功能化对药物吸附和缓释的影响[5]。在农药领域，介孔硅的应用也日益受到重视，但相对于医药领域，介孔硅的研究还比较欠缺。彭林等采用有机疏水改性的MCM-41对甲草胺的吸附和缓释行为进行了研究，发现有机改性能延缓甲草胺的释放[6]。

本研究先制备了MCM-41，然后以KH550对其进行修饰改性，得到氨基化介孔硅，以浸渍法制备毒死蜱/介孔硅缓释体系，着重探究了KH550对氨基化介孔硅的载药量和缓释性能的影响，揭示了介孔硅结构及其对农药的吸附和缓释的影响，以期为介孔硅材料在农药缓释方面的应用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

无水乙醇和氨水（分析纯，天津市大茂化学试剂厂）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、正硅酸乙酯（TEOS）与3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）（分析纯，阿拉丁试剂有限公司）、盐酸及甲苯（分析纯，广州化学试剂厂）、毒死蜱原药（纯度≥98%，江苏景宏化工有限公司）。

1.2 仪器与设备

Spectrum100型傅立叶红外光谱仪（美国珀金埃尔默公司）、D8 Advance型X射线衍射仪（德国布鲁克仪器公司）、T6新世纪紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）、Quadrasorb SI型氮气吸附/脱附仪（美国康塔仪器公司）。

1.3 方法

1.3.1 MCM-41的合成 称取1.0 g CTAB置于装有100 mL 蒸馏水和70 mL浓氨水的三口烧瓶中，在60 ℃恒温油浴中搅拌至CTAB完全溶解；1 h后加入5 g TEOS，连续搅拌7 h；停止搅拌，置于室温中晶化、过滤、烘干；干燥后的粉末放在装有150 mL酸化乙醇（体积比盐酸 ∶乙醇=1 ∶20）的索氏提取器中于120 ℃下回流72 h，最后在60 ℃鼓风干燥箱中烘干至恒重，得到MCM-41，备用。

1.3.2 氨基改性MCM-41 称取1 g MCM-41，置于装有50 mL甲苯的三口烧瓶中，边搅拌边滴加0.5 g KH550。在氮气保护的条件下，加热回流、搅拌、反应24 h，待体系冷却至室温后，过滤、洗涤、干燥，可制得氨基化介孔硅，记为NH2-MCM-41。重复上述试验，KH550的添加量改为MCM-41/KH550=1 ∶1和1 ∶2，其余操作不变，分别制得NH2-MCM-41-1和NH2-MCM-41-2。

1.4 结构表征

1.4.1 傅里叶红外（FTIR）分析 利用红外光谱表征MCM-41和氨基化介孔硅的结构，采用溴化钾压片法制样。

1.4.2 氮气吸附-脱附测试 将样品置于200 ℃下预先脱气12 h，并在-196 ℃测试其氮气吸附-脱附等温线，分别采用BET法和BJH法（脱附分支）分别计算各物理结构参数。

1.4.3 X射线衍射测试 采用铜靶K α射线，工作电压40 kV，管电流20 mA，小角扫描范围2q=0.5°～10°，扫描速度2°/min。

1.4.4 载药性能测试 用紫外分光光度计测定介孔硅的载药量，在波长λ=290 nm的条件下检测，对不同浓度的毒死蜱/乙醇溶液浓度（C）和吸光度（D）进行线性拟合，得到标准工作曲线方程：C=63.291D-0.917，r=0.999 7。

称取一定量（a，mg）的介孔硅置于50 mL锥形瓶中，加入一定体积（b，mL）的浓度为4 mg/mL的毒死蜱/乙醇溶液，保持m（介孔硅） ∶m（毒死蜱）=1 ∶2，并将锥形瓶移至37 ℃的恒温水浴振荡器中振荡吸附24 h；最后，移取0.2 mL锥形瓶的上层清液并将其稀释一定倍数，用紫外分光光度计扫描并测定其吸光度。根据下式计算其载药量LC：

1.4.5 缓释性能测试 将装有一定量（m，mg）载药介孔硅的透析袋放于锥形瓶中，加入50 mL 40%乙醇水溶液，将锥形瓶置于不同温度的恒温振荡水浴中，间隔一定时间移取1 mL样品液，并向锥形瓶补加1 mL原缓释溶液；将1 mL样品液稀释至25 mL，用紫外分光光度计测量其吸光度，毒死蜱随时间的累积释放量为Ui，绘制t-Ri曲线作为毒死蜱的缓释动力学曲线。累积释放量Ui由下式计算。

2 结果与讨论

2.1 FTIR分析

图1为MCM-41和氨基化介孔硅的FTIR图。MCM-41在3 435 cm-1处是Si—OH和H2O的伸缩振动峰，在1 629 cm-1 处为吸附水分子的特征吸收峰，而在1 057、799、458 cm-1为Si-O-Si的伸缩振动峰和弯曲振动峰，说明了MCM-41具有二氧化硅的结构。NH2-MCM-41-2、NH2-MCM-41和NH2-MCM-41-1的谱线均在2 930 cm-1 处出现了-CH2-的反对称伸缩振动峰，在696、1 496 cm-1处分别出现了N-H键的弯曲振动峰和-NH3+ 的对称振动峰，这表明KH550已经成功嫁接在MCM-41上[7]。

2.2 XRD表征

图2为MCM-41和氨基化介孔硅的小角XRD图谱。图中MCM-41在2θ为2.18°、3.81°和4.39°处出现（100）、（110）和（200）的晶面，表明其属于典型的六方相介孔MCM-41。将KH550嫁接到MCM-41后，MCM-41在2.18°处的衍射峰强度显著下降，且随着KH550用量的增加，其衍射峰强度逐渐减弱。此外，3.81°和4.39°处的衍射峰几乎消失，说明了KH550已嫁接于MCM-41，且在一定程度上降低了MCM-41的有序度。

2.3 氮气吸附-脱附分析

图3为MCM-41和氨基化介孔硅的N2吸附-脱附等温线以及相应的孔径分布图，由此得到的相关参数列于表1。由图3-A可见，4种介孔硅的等温线都属于Langmuir Ⅳ型，且具有H1型滞后环，说明了MCM-41和氨基化介孔硅均属于介孔材料。MCM-41的等温线相对压力在0.3～0.5的中压区，它对氮气的吸附量急剧增加，这是由于MCM-41的孔道内出现毛细管凝聚现象而产生的。由表1可知，经过KH550嫁接修饰后的MCM-41，其比表面积和孔容都明显下降，且随着KH550用量的增加，氨基化介孔硅的比表面积、孔径和孔容都逐步下降，这是因为氨丙基占据了MCM-41的六方孔道而引起的[8]。

2.4 载药性能分析

图4为MCM-41和氨基化介孔硅对毒死蜱的载药量。由图4可知，MCM-41的载药量最高（13.64%），这是由于MCM-41具有有序的孔道结构、较大的比表面积和孔容，药物较易进入孔道。经过氨基修饰后的介孔硅，孔道内外接枝了氨基骨架，对药物吸附有一定的阻碍作用[9]，所以吸附量相对MCM-41有所下降，NH2-MCM-41的载药量为6.86%。结合表1可以发现，随着KH550用量的增加，氨基化介孔硅的比表面积和孔容积降低了，但其对药物的吸附量呈增加的趋势，这是因为一方面毒死蜱是疏水性药物，经过氨基改性后得到的氨基化介孔硅，其疏水性增强；另一方面是由于毒死蜱与氨基介孔硅之间可能存在氢键作用，有利于对药物的吸附[10]。这也说明了介孔硅对药物的吸附不仅取决于其比表面积、孔径和孔容，还受到农药与载体间作用的影响。

2.5 缓释性能分析

图5为介孔硅和氨基化介孔硅负载毒死蜱后的药物累积释放量与时间关系图。从图5可以看出，随着时间的增加，药物的累积释放率先增加后趋于稳定，其缓释效果为：MCM-41

为深入了解载药介孔硅的释放行为，对介孔硅及不同氨基化介孔硅的药物释放数据，分别进行零级、一级、Higuchi和Korsmeryer-Pappas动力学模型拟合，结果如表2所示。由表2可知，载药介孔硅的释放曲线比较符合Korsmeryer-Pappas动力学模型，MCM-41、NH2-MCM-41、NH2-MCM-41-1和NH2-MCM-41-2的释放指数分别为0.360 7、0.328 4、0.372 4和0.330 0，即n<0.45，表明了毒死蜱在介孔硅中的释放主要受扩散机制控制[12]。

3 结论

本研究采用后嫁接法利用KH550对MCM-41进行氨基修饰，制备了氨基化介孔硅。氨基改性后介孔硅对毒死蜱的载药量降低，但随着KH550用量的增加，氨基介孔硅对毒死蜱的载药量增大。氨基改性有利于提高毒死蜱/MCM-41的缓释性能，且KH550用量越大，其缓释效果越好；载药介孔硅的药物释放曲线符合Korsmeryer-Pappas动力学模型，其药物释放主要受扩散机制控制。

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