嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球的结构表征与释放性能

王 娅, 王 宁, 齐 麟, 李晓刚*

(1. 南方粮油作物协同创新中心/湖南农业大学植物保护学院, 长沙 410128; 2. 湖南省生物农药与制剂加工工程技术研究中心, 长沙 410128)



嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球的结构表征与释放性能

王 娅1,2, 王 宁1,2, 齐 麟1,2, 李晓刚1,2*

(1. 南方粮油作物协同创新中心/湖南农业大学植物保护学院, 长沙 410128; 2. 湖南省生物农药与制剂加工工程技术研究中心, 长沙 410128)

以PBS/PLA共混物为复合载体,嘧菌酯和苯醚甲环唑为包埋有效成分,聚乙烯醇(PVA-1788)为分散剂,采用溶剂挥发法制备了嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、Nicolet 6700型傅立叶变换红外光谱仪、高效液相色谱(HPLC)等表征复配农药微球的性质,采用透析袋法测定其缓释性能。结果表明,所得的嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球中嘧菌酯的载药量和包埋率分别为14.30%、85.06%,苯醚甲环唑的载药量和包埋率为9.47%、90.18%,且微球球形规整,平均粒径为7.20 μm。嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球具有良好的缓释性能,并且2种活性成分的释放量之比与其最佳复配比接近,可以达到增效目的。

嘧菌酯; 苯醚甲环唑; 微球; 溶剂挥发法; 聚丁二酸丁二醇酯

农药缓释制剂具有提高农药稳定性、降低对非靶标生物毒性以及延长持效期等优点[1],目前农药缓释制剂主要聚焦于单一有效成分的包覆,两种有效成分的农药缓释制剂研究相对较少。制备双组分农药缓释制剂不仅可以实现两元复配增效,扩大防治谱,还可以降低生产成本,受到研究者的关注。以聚碳酸亚丙酯为载体的噻虫嗪·高效氯氰菊酯复配微胶囊不仅具有良好的缓释性能,活性成分的释放浓度比例与其最佳复配比1∶2接近,可以实现增效的目的[2]。

嘧菌酯(azoxystrobin)属于甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂,具有高效、广谱以及内吸性的杀菌活性[3]。苯醚甲环唑(difenoconazole)属于三唑类内吸性杀菌剂,具有良好的内吸性,同时兼具很强的预防、治疗兼保护作用[4-5]。由于嘧菌酯和苯醚甲环唑杀菌机制完全不同,两者合理混用可以提高防治效果、减少用药量和防治成本、降低杀菌剂抗药性风险[6-7]。但是,两种杀菌剂对水生生物均表现较高的毒性,而且其目前的主要剂型为悬浮剂,其有效利用率低,持效期短[8-10],因此将嘧菌酯和苯醚甲环唑加工为微球复配缓释剂型,实现低毒化是很有必要的。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一种环境友好型生物降解高分子材料,具有良好的生物可降解性和生物相容性[11]。由于PBS在土壤、淡水等环境条件下的降解速度快,且成囊后微胶囊的表面会形成部分微孔,导致PBS单独用作药物微胶囊的壁材时释药速度过快,而采用与其他高分子材料共聚、共混的方法则可控制壁材的降解速率,实现对药物的控制释放[12],如以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/聚碳酸亚丙酯(PPC)为载体的噻虫嗪微胶囊载药量和包封率比纯PBS载体微胶囊高,具有良好的成球性和缓释性能[13]。聚乳酸(PLA)是性能优良的可降解材料,其降解速度相对缓慢,用PLA和PBS共混可以有效调节PBS的降解速率,从而进一步改善农药缓释剂的缓释性能。对于嘧菌酯、苯醚甲环唑等用于瓜果、蔬菜等收获期短或直接食用的作物上的杀菌剂而言,其农药微球或微胶囊对有害生物的防治关键时期在2个月内最为适宜[14-15],而且使用可降解的载药材料对环境更为友好。因此,PBS/PLA共混材料可作为农药缓释制剂良好的载体[16]。

本文以PBS/PLA共混物为复合载体,采用乳化溶剂挥发法制备嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球。对所制备的微球进行表征,并以32.5%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂作为参比,研究微球的缓释行为。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

聚丁二酸丁二醇酯(PBS),工业级,安庆和兴化工有限公司;聚乳酸(PLA),美国Nature Works公司;嘧菌酯(azoxystrobin)原药,纯度96%,江苏苏滨生物农化有限公司;苯醚甲环唑(difenoconazole)原药,纯度95%,江苏丰登作物保护股份有限公司;32.5%苯醚甲环唑·嘧菌酯悬浮剂,先正达(苏州)作物保护有限公司;聚乙烯醇(PVA-1788),分析纯,成都西亚化工股份有限公司;其他试剂均为国产分析纯。

Motic光学显微镜(OM),麦克奥迪实业集团有限公司;C-MAG可控加热磁力搅拌器;T25-digital高速剪切机,德国IKA公司;5804R高速台式大容量离心机,德国Eppendorf公司;Rise-2006型激光粒度分析仪,济南润之科技有限公司;JSM-6360型扫描电子显微镜,日本JEOL公司;Nicolet 6700型傅立叶变换红外光谱仪,美国Thermo Nicolet公司;Agilent1260高效液相色谱仪,美国安捷伦科技有限公司。

1.2 微球的制备方法

采用乳化溶剂挥发法制备嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球[17]。分别准确称取一定质量的嘧菌酯原药、苯醚甲环唑原药和PBS/PLA共混物溶于一定体积的二氯甲烷中作为有机相,配制一定浓度和体积的PVA-1788作为水相。将有机相与水相混合后在高速剪切机下高速剪切乳化,形成稳定的水包油(O/W)混合乳液,在室温下以600 r/min搅拌6～8 h,直至二氯甲烷完全挥发,使微球固化。将固化形成的微球悬浮液离心、洗涤、干燥,得到嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球。

1.3 微球的表征

1.3.1 微球外观形貌观察

采用光学显微镜和扫描电子显微镜分别观察微球的外观形貌特征,并选取有代表性的区域拍照。

1.3.2 微球粒径分布测定

采用激光粒度分布仪测定嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球的粒径大小及分布,并按照公式(1)计算跨距(Span)。

(1)

公式(1)中D90表示微球累积的粒度分布百分数达到90%时所对应的粒径;D50表示微球累积的粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径;D10表示微球累积的粒度分布百分数达到10%时所对应的粒径。

1.3.3 微球红外光谱测定

采用Nicolet 6700型傅立叶变换红外光谱仪测试微球的红外吸收光谱,定性分析有效成分的包埋情况。

1.3.4 微球载药量与包埋率测定

总有效成分的测定:准确称取一定质量的以PBS/PLA共混物为载体的嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球试样,加入少量二氯甲烷中进行溶解,待二氯甲烷挥发完全后,加入适量的甲醇超声振荡溶解,将所得溶液用甲醇定容至50 mL容量瓶中,用于HPLC测定。

微球外有效成分的测定:准确称取一定质量的以PBS/PLA共混物为载体的嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球试样用适量甲醇萃取,将所得的萃取液用甲醇定容至50 mL容量瓶中,用于HPLC测定。

嘧菌酯色谱条件:色谱柱为Agilent TC-C18不锈钢色谱柱(4.6 mm×250 mm, 5μm);流动相为V(甲醇)∶V(水)=65∶35;流速1.0 mL/min;检测波长230 nm;进样量10 μL;柱温30℃。

苯醚甲环唑色谱条件:色谱柱为Agilent TC-C18不锈钢色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);流动相为V(甲醇)∶V(水)=80∶20;流速0.9 mL/min;检测波长254 nm;进样量20 μL;柱温30℃。

用标准溶液测定嘧菌酯和苯醚甲环唑的标准曲线,分别为:y=-38.46+26.606x(R2=0.998 1)和y=-8.58+7.88x(R2=0.999 7),根据标准曲线计算总有效成分含量和球外有效成分含量。微球的载药量和包埋率分别按照公式(2)和公式(3)计算:

载药量(%)=

(2)

包埋率(%)=

(3)

1.3.5 嘧菌酯/苯醚甲环唑微球缓释性能评价

采用透析袋法[18]对以PBS/PLA共混物为载体的嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球的缓释性能进行测定。室温下,准确称取300mg嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球于透析袋中,将其浸入盛有500mL缓释介质(甲醇和水,体积比为1∶1)的烧杯中,每隔一段时间取1mL上清液 (每次取样后立即补充1mL缓释介质),采用HPLC测定嘧菌酯和苯醚甲环唑的含量,研究微球的缓释行为。同时,以32.5%苯醚甲环唑·嘧菌酯SC在相同条件下进行对照试验。并按照公式(4)计算累积释放率。

(4)

2 结果与讨论

2.1 嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球外观形貌及粒径分布

图1、图2分别为嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球的光学显微镜照片和扫描电子显微镜照片。光学显微镜和扫描电镜下观察结果显示,以PBS/PLA共混物为载体的微球粒径分布较均一、球形规整,而以脲醛树脂为载体的微胶囊存在明显的粘连现象,干燥后球形不规整。

图1 光学显微镜下的微球Fig.1 Optical microscope photo of microsphere

图2 扫描电镜下的微球Fig.2 SEM photo of microsphere

图3 微球样品粒径分布Fig.3 Size distribution profile of microsphere samples

图3为嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球的粒径分布图。由图3可知,以PBS/PLA共混物为载体所制备微球粒径大小呈正态分布,分布范围较窄,平均粒径为7.20μm,跨距为1.36。

2.2 嘧菌酯·苯醚甲环唑微球载药量、包埋率

采用HPLC法测得以PBS/PLA为复合载体的嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球的载药量和包埋率,其中嘧菌酯的载药量为14.30%,包埋率为85.06%;苯醚甲环唑的载药量为9.47%,包埋率为90.18%。

2.3 嘧菌酯·苯醚甲环唑微球及FTIR测定结果

FTIR测试结果见图4和图5。包埋有嘧菌酯和苯醚甲环唑的PBS/PLA微球的组成可以通过微球和微球载体的红外光谱得到。图4中,在微球的红外光谱中的1 446.35cm-1处出现了C-N的特征峰,748.24cm-1处出现了C-Cl的特征峰(苯醚甲环唑的C-N和C-Cl特征峰),在2 231.23cm-1处出现了C≡N的特征峰(嘧菌酯的C≡N特征峰),同时微球载体在这3处均没有峰,证明了嘧菌酯和苯醚甲环唑均被包埋到微球里。

图4 微球的红外光谱图Fig.4 FTIR spectra of microsphere

图5 微球载体的红外光谱图Fig.5 FTIR spectra of microsphere delivery

2.4 嘧菌酯·苯醚甲环唑微球的缓释性能

由以PBS/PLA共混物为复合载体的嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球的累积释放曲线(见图6)可知:悬浮剂和微球中嘧菌酯和苯醚甲环唑的释放量之比在1.60～1.93∶1之间,与其最佳复配比(8∶5)接近,但是悬浮剂中嘧菌酯和苯醚甲环唑的累积释放率在第7天就都已经达到80%以上,而与其相比,微球则具有明显的缓释效果,并且释放分为突释和缓释2个阶段。微球表层及浅层附着部分活性成分导致在初期(0～5d)释放较快,与文献报道的“突释效应”相符[19]。在缓释阶段释放的活性成分主要是来自微球的内部,释放速度较慢,活性成分释放25d后均达到85%以上。

图6 微球的累积释放曲线Fig.6 Cumulative release curves of microsphere

3 结论

以可降解高分子材料PBS为载体,通过PLA对其进行改性,采用乳化溶剂挥发法成功制备了嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球。所制备的微球粒径均一,球形规整,平均粒径为7.2μm,且嘧菌酯载药量为14.30%,包埋率为85.06%,苯醚甲环唑的载药量为9.47%,包埋率为90.18%。FTIR-ATR测试结果显示,嘧菌酯和苯醚甲环唑均被充分包埋在微球中。

以PBS/PLA共混物为复合载体的嘧菌酯·苯醚甲环唑PBS/PLA微球具有明显的缓释效应,且两种活性成分的释放量之比为1.60～1.93∶1。研究表明,嘧菌酯和苯醚甲环唑按照有效成分质量比8∶5(1.6∶1)混配时具有明显增效作用,防治效果最佳[20]。因此,所制备的复配农药微球两种活性成分释放量接近最佳复配剂量比,能够达到增效和持效的目的。

[1] 朱欣妍, 尹明明, 陈福良. 甲维盐聚乳酸微球缓释性能及室内毒力的初步测定[J]. 农药, 2013, 52(9): 653-655.

[2] 宋思思, 夏姣, 王宁, 等. 噻虫嗪-高效氯氰菊酯复配农药微胶囊的制备与性能[J]. 农药, 2016, 55(1): 22-25.

[3] 徐建强, 杨改凤, 田娟, 等. 三类杀菌剂对牡丹腔孢叶斑病菌生长和发育的影响[J]. 植物保护, 2016, 42(5): 86-91.

[4] 宋根苗,蒋家珍,邱立红,等.噻霉酮和苯醚甲环唑混配对4种不同病原菌的增效作用[J].植物保护,2012,38(4):171-174.

[5] 刘艳萍,王思威,刘丰茂,等.四种常用三唑类杀菌剂在香蕉上残留行为及使用评价研究[J].植物保护,2014,40(5):100-105.

[6] 侯颖, 徐建强, 宋宇州, 等. 三种杀菌剂对牡丹黑斑病病菌菌丝生长及分生孢子萌发的影响[J]. 植物保护学报, 2014, 41(3): 367-372.

[7] 罗湘仁, 李敏, 马超, 等. 28%苯甲·嘧菌酯悬浮种衣剂的研制[J]. 农药, 2012, 51(4): 264-266.

[8]GustafssonK,BlidbergE,EifgrenIK,etal.Directandindirecteffectsofthefungicideazoxystrobininoutdoorbrackishwatermicrocosms[J].Ecotoxicotogy, 2010, 19(2): 431-444.

[9]MuXiyan,PangSen,SunXingze,etal.Evaluationofacuteanddevelopmentaleffectsofdifenoconazoleviamultiplestagezebrafishassays[J].EnvironmentalPollution, 2013, 175(4): 147-157.

[10]张国福, 李本杰, 王金花, 等. 不同剂型苯醚甲环唑和嘧菌酯及其原药对斑马鱼的急性毒性评价[J]. 农业环境科学学报, 2014, 33(11): 2125-2130.

[11]梁宁宁, 熊祖江, 王锐, 等. 聚左旋乳酸/聚丁二酸丁二醇酯共混物的结构与性能[J]. 高分子材料科学与工程, 2016, 32(3): 48-53.

[12]BaburRP,O’ConnorK,SeeramR.Currentprogressonbio-basedpolymersandtheirfuturetrends[J].ProgressinBiomaterials, 2013, 2(8): 1-16.

[13]朱锐, 杨琛, 喻湘林, 等. 基于改性PBS载体的噻虫嗪微胶囊的制备及性能测试[J]. 农药, 2013, 52(5): 334-336.

[14]毕秋艳, 杨晓津, 马志强, 等. 葡萄霜霉病有效药剂筛选及药效评价[J].植物保护, 2014, 40(3):199-203.

[15]李金堂, 李保华, 李宝笃, 等. 几种杀菌剂防治梨黑星病的持效期的研究[J].莱阳农学院学报, 2004, 21(1):37-39.

[16]HongK,NakayamaK,ParkS.Enhancedmechanicalpropertiesanddegradabilityofpoly(butylenesuccinate)andpoly(lacticacid)blends[J].EuropeanPolymerJournal, 2002,38: 305-311.

[17]LalitKT,MohanLK.Developmentandin-vitrocharacterization of lornoxicam loaded ethyl cellulose microspheres prepared by emulsion solvent evaporation method [J]. African Journal of Pharmacy and Pharmacology, 2014, 8(9): 277-285.

[18]周训卿, 曹立冬, 刘亚静, 等. 嘧菌酯微囊的制备及其性能表征[J]. 农药学学报, 2014, 16(2): 213-219.

[19]Jégat C, Taverdet L J.Stirring speed influence study on the microencapsulation process and on the drug release from microcapsules [J]. Polymer Bulletin, 2000, 44(3): 345-351.

[20]范子耀, 王文桥, 孟润杰, 等. 7种杀菌剂对马铃薯早疫病菌室内毒力及田间防效[J]. 农药, 2011, 50(7): 531-533.

(责任编辑：田 喆)

Structure characterization and release properties of azoxystrobin and difenoconazole compound pesticide microspheres

Wang Ya1,2, Wang Ning1,2, Qi Lin1,2, Li Xiaogang1,2

(1.SouthernRegionalCollaborativeInnovationCenterforGrainandOilCrops,CollegeofPlantProtection,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China; 2.HunanProvincialEngineering,TechnologyResearchCenterforBiopesticidesandFormulatingProcessing,Changsha410128,China)

The microspheres containing azoxystrobin and difenoconazole were prepared by emulsion solvent evaporation method using PBS/PLA blends as microsphere delivery, azoxystrobin and difenoconazole as core materials and PVA-1788 as disperser. The compound pesticide microsphere was characterized by scanning electron microscope (SEM), optical microscope (OM), Nicolet 6700 FTIR spectroradiometer (FTIR Spectrometer) and high-performance liquid chromatography (HPLC), and the performance of its controlled release was studied by dialysis bag method. The results showed that the entrapment efficiency and drug loading of microsphere were 85.06%, 14.30% for azoxystrobin and 90.18%, 9.47% for difenoconazole. The microsphere dispersed as individual particles with a well-defined spherical shape and the average particle size of microsphere were 7.20 μm. The results also showed that the microsphere had a significant effect on controlled release; in addition, the concentration ratio of active ingredients was close to the optimum compound stoichiometry, which can achieve the purpose of improving the efficacy of the pesticides.

azoxystrobin; difenoconazole; microsphere; solvent evaporation method; poly (butylene succinate)

2016-10-29

2017-01-04

化学肥料和农药减施增效综合技术研发专项(2016YFD0201200);中国烟草总公司科技重点项目(110201302014);湖南省高校重点实验室平台开放基金(15K064);湖南省研究生科研创新项目(CX2016B304)

TQ 450.6

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.04.010

* 通信作者 E-mail: lxgang@hunau.edu.cn