载药明胶微球剂的制备及应用研究进展

张奇珍, 尹明明, 余曼丽, 陈福良

(中国农业科学院 植物保护研究所，北京 100193)

0 引言

传统剂型农药存在持效期短、有效利用率低以及因过量使用或重复使用而引发一系列环境污染及对非靶标生物危害等问题[1]，由此推动了微囊剂(microcapsules)[2]、微球剂(microspheres)[3]、缓释颗粒剂(granules)[4]等农药缓控剂型的研发，其中微球剂具有靶向给药、控制释放、抵抗环境因素 (紫外线、水分、微生物、酶等) 干扰、减少环境污染等特点[5]。微球剂的研究始于美国，于1985年首次报道[6]，此后陆续研究开发了部分农药微球剂[7-8]。微球剂过去统称为微囊剂，随着科技的进步及电镜扫描技术的发展，发现微球剂与微囊剂之间有明显区别。《中国药典》对微球剂的定义为活性成分溶解或均匀分散在辅料中形成的微小球状实体 (一般规定其粒径范围为1～250 μm)，而微囊剂定义为固态或液态活性成分被辅料包封而形成的微小胶囊[9]。国际纯化学与应用联合会(IUPAC) 及《中国药典》(2010年版) 已把微球剂从微囊剂中区分开来，单独归为一种新的剂型—微球剂[9]。美国食品药品安全管理局 (FDA) 已批准上市了多个医药微球剂品种[10-11]。相比于国外，中国对微球剂的研究起步较晚，研究较浅。虽然微球剂在医药领域的应用已成为近年来研究的热点[12-13]，但在农药领域仍处于探索阶段。

调控微球剂中药剂的释放最重要的因素在于载体材料的选择和制备工艺的优化。明胶 (gelatin)是由18种氨基酸与多肽交联形成的直链聚合物(图式1) ，无毒、无抗原性，是目前应用较多且具有缓释作用的一种天然高分子载体材料[14]。以明胶为载体的载药体系已被广泛应用于医药微球剂的制备，不仅提高了药物的稳定性，而且通过缓释作用，提高了药物疗效，降低了毒副作用[15-16]，展现出广阔的应用前景。

关于明胶微球剂在医药领域的研究进展前人已进行过相关综述[17]，其中对明胶-医药微球剂的性质及制备方法进行了概述，重点论述了乳化法制备时乳液的形成机理等，目前尚未见以明胶为载体或明胶与其他材料一起形成的复合材料为载体的农药微球剂的制备及应用的相关综述。鉴于此，本文介绍了明胶微球剂的制备方法，论述了近年来在农药、医药等领域明胶微球剂及其复合载体微球剂的研究和开发应用，旨在为利用明胶微球剂作为农药缓释剂进行绿色防控提供新思路，以期促进明胶微球剂在农药领域的开发应用。

1 明胶微球剂的制备方法

明胶微球剂的制备主要有喷雾干燥法、乳化-溶剂挥发法、交联法和相分离法等。实际制备过程中，根据所包埋药物的性质，如化学结构、稳定性等，选择匹配的制备方法以达到良好效果(表1) 。

表1 药剂性质与明胶微球剂制备方法的对应关系Table 1 Correspondence between the properties of the compound and the preparation method of gelatin microspheres

1.1 喷雾干燥法

喷雾干燥法 (spray-drying method) 是最易于实现工业化生产的微球剂制备方法，其原理是通过雾化器将所制备的溶液或乳状液分散成极小的液滴 (粒径一般小于50 μm) ，通过压缩机产生的热空气使液滴迅速干燥，将粉末与水蒸气分离，最后收集粉末即得微球剂 (分散成很细的微粒)[24]。在不同的制备条件下 (料液组成、载体浓度、交联剂浓度、交联时间、蠕动泵转速及进风温度等) ，微球剂的粒径、形貌和载药量等也不同。陈福良等[3]采用喷雾干燥法制备了呋虫胺 (dinotefuran) 明胶微球剂 (图1) ，为中空微球剂，载药量为20%，包埋率达98%，粒径 (D50) 为12 μm。

Tran等[29]利用喷雾干燥法制备了更昔洛韦(ganciclovir，GCV) 明胶微球剂，并对制备参数进行了优化。结果表明，通过调节交联时间 (0～60 min)、交联浓度及明胶/GCV的比例，构建出粒径可控 (5～10 μm) 且高负载 (载药量68%) 的微球剂，其释放动力学与明胶/GCV比之间存在线性关系，呈现出不同的释放性能，实现了药物释放的可控性。

与其他方法相比，喷雾干燥法具有有效成分利用率高、制备过程简单、成球速度快、生产效率高和适合规模放大等优势，对亲水性及疏水性化合物均适用[18]，宜于连续化工业生产。通过调节压力、蠕动泵转速及喷嘴口直径等，实现粒径可控。但制备过程中需要较高温度 (>100 ℃) ，而在此条件下明胶很容易水解变性，进而影响微球剂的机械强度，即不适宜对温度敏感型化合物 (热敏型物料) 进行包埋[30]。

1.2 乳化溶剂挥发法

乳化-溶剂挥发法 (emulsion solvent evaporation method) 是制备微球剂常用的方法之一。根据分散相与连续相的不同，可分为单乳法和复乳法 ，其中聚合物载体、有效成分、乳化剂、水相组成、液滴分散方式和溶剂挥发速率等都会对微球剂的性能产生影响[5]。

1.2.1 单乳化-溶剂挥发法 单乳化-溶剂挥发法(single emulsion solvent evaporation method) ，根据制备过程中的乳液类型体系可分为水包油(O/W)型和油包油(O/O)型乳化-溶剂挥发法。O/W型乳化-溶剂挥发法是将有效成分和载体溶解在有机溶剂 (如丙酮或二氯甲烷) 中，并将其分散到含有乳化剂的水相中，通过机械搅拌或超声分散成O/W型乳液，除去内相溶剂后固化成球[31]。Huda等[32]采用O/W型乳化-溶剂挥发法制备了明胶-聚己内酯微球剂，粒径为5～20 μm，通过调整明胶与聚己内酯的比例，构建了不同的载药体系。

单乳化-溶剂挥发法操作简单，对设备要求不高，尤其适合于实验室等场所。其中，O/W型乳化-溶剂挥发法适用于包埋脂溶性化合物[33-34]，对于亲水性化合物，由于在溶剂挥发过程中有效成分会逐渐扩散进入水相，导致有效成分流失，很难获得较理想的包埋率[35]。对于水溶性有效成分微球剂的制备，O/O型乳化-溶剂挥发法则更为适合，但此法制备的微球剂干燥时间普遍较长，且固化后的微球剂因外表面沾有油珠，需用有机溶剂 (如环己烷等) 清洗，存在部分安全隐患[26]。此外，O/O法制备的微球剂与O/W法相比，部分有聚集现象，微球剂中活性成分多以结晶形式存在，表面可能会出现裂隙等不规则形状[24]。

1.2.2 复乳化-溶剂挥发法 复乳化-溶剂挥发法(double emulsion solvent evaporation method) 是在单乳化-溶剂挥发法的基础上改进而来的，包括O/W/O和W/O/W 两种乳液体系。首先，制成O/W或W/O型初乳乳化体系；然后，将初乳乳化体系分散到水或挥发性溶剂中形成O/W/O或W/O/W型复乳乳化体系；之后以超声、减压、加热等方法除去体系中的溶剂，固化干燥后制成微球剂[24]。

复乳化-溶剂挥发法是制备多肽蛋白类药物微球剂最常用的方法。刘海峰等[36]采用复乳化-溶剂挥发法制备了5-氟尿嘧啶明胶-聚乳酸微球剂，以混合型乳化剂V(Tween-80) :V(Span-80) = 5 : 1作为初乳乳化体系，引入O-羧甲基壳聚糖作为复乳乳化体系，经优化乳化剂种类及用量、5-氟尿嘧啶浓度和聚乳酸分子质量等参数，构建出表面形貌规整且体外释放性能良好的载药微球剂。

该法可实现亲水性及脂溶性化合物的包埋，且宜于包埋活性大分子化合物 (蛋白质、多肽等)，但其制备参数较多，工艺比较复杂，放大规模的工业化生产较为困难[20-21]。

1.3 交联法

交联法 (crosslinking method) 是以有效成分与高分子材料的混合水溶液为水相，以含乳化剂的有机溶剂为油相，经混合搅拌乳化后先形成稳定的W/O型乳液，再采用加热或者乳化交联的方法使之固化，最终得到载药微球剂。

1.3.1 乳化交联法 应用乳化交联法 (emulsification crosslinking method) 制备微球剂时，其制备参数如药剂浓度、搅拌转速以及交联剂用量等均可影响微球剂的粒径及包埋率等，进而影响药剂的释放速率。Yu等[37]采用乳化交联法制备了对乙酰氨基酚明胶微球剂，分析了交联剂用量、药物含量和转速对载药量和包埋率的影响，以及药物含量和转速对微球剂粒径的影响，构建出载药量高且粒径合适的对乙酰氨基酚明胶微球剂，释药率可达60%～89%，在一定程度上实现了药物缓释性。传统的土壤调节剂可以调节过度使用或污染的土壤，但在使用中存在着效率低、难降解、对环境有害等问题。Wu等[38]通过乳化交联法构建了磷酸铵镁明胶-壳聚糖微球剂，可提高土壤保水性，是一种能够沉淀游离重金属离子、促进作物生长，且易被环境中的微生物降解的环保型土壤调节剂。

采用乳化交联法制备亲水性小分子微球剂操作简便[22-23]，易于实现机械化和工业化生产，可以将微球剂的粒径控制在纳米级范围内，有利于保持药物完整结构和生物活性的稳定，但在制备过程中涉及到毒性较大的交联剂，存在安全隐患[39]。

1.3.2 热交联法 热交联法 (thermal crosslinking method) 是将明胶水溶液加热至50℃左右后倒入植物油中，在高温下乳化一定时间后冷却至40℃左右，经离心、洗涤、干燥，得到未交联的明胶微球剂；再将其加入到已预热至180℃的植物油中，通过加热交联、过滤、洗涤、干燥制得[24]；或将未交联的明胶微球剂置于预热至180℃的烘箱中加热交联直接获得[24]。吴姝雯等[40]采用热交联法制备了作为栓塞剂的明胶微球剂，粒径为50～1 400 μm，溶胀率达150%～400%，表面光滑且分散性良好，通过正交试验证明，明胶浓度对微球剂的平均粒径及溶胀率均具有响应行为，但该方法制备时间过长 (超过1 d)，因此在实际开发应用中受限。

1.4 相分离法(凝聚法)

相分离过程 (phase separation method) 就是凝聚过程，故也称为凝聚法，可分为单凝聚法和复凝聚法[41]。

1.4.1 单凝聚法 单凝聚法 (single coacervation method) 是指在有效成分与聚合物共存的有机溶液中，加入另一种能与溶解聚合物的溶剂任意混溶、但不能溶解有效成分和聚合物的有机溶剂，通过物理或化学等方法降低高分子聚合物的溶解度，最后凝聚、固化成球[24]。El-Samaligy等[42]将明胶-吐温20混合溶液在pH值5.5～6.5条件下进行反应，经过一系列处理后得到粒径为180～300 nm(平均粒径 (232 ± 58) nm) 的作为阿霉素和放线菌素D吸附剂的明胶微球剂，球体光滑且无聚集现象。但该方法制备的微球剂粒径分布较宽，且操作繁琐，不适合工业化生产，因而未得到大范围推广。

1.4.2 复凝聚法 复凝聚法 (complex coacervation method) 是指使用带相反电荷的两种高分子聚合物作为复合载体，将有效成分分散在复合载体中，在适当条件下 (如改变pH值、温度、浓度、电解质等) ，使得带相反电荷的高分子聚合物通过静电作用形成络合物，导致溶解度降低而凝聚成微球剂[24]。

常用的复合载体有明胶-阿拉伯胶、明胶-羧甲基纤维素和壳聚糖-阿拉伯胶等。杨恺等[43]采用明胶-阿拉伯胶制备了阿维菌素 (abamectin) 微球剂，平均粒径约为5.64 μm，平均包埋率为64.48%。紫外光谱分析表明，阿维菌素在微球化前后性质未发生变化；热稳定性试验表明，其可在4～50 ℃范围内保存，具有良好的稳定性和实用价值。Basu等[44]以壳聚糖和明胶为复合载体，采用复凝聚法制备了盐酸曲马多微球剂，未使用戊二醛等化学交联剂，利用静电相互作用的可逆物理交联来取代化学交联，避免了化学交联剂的毒副作用和其他不良影响，是一种理想的给药体系。

综上：相分离法适合用于制备亲水性小分子化合物的微球剂，其包埋率可达90%以上，且释药效果良好，可满足低温操作要求，适宜包埋温度敏感型化合物[25]；但因其精准而严格的实验条件控制要求和成本偏高等因素，且操作较为繁琐，难以工业化生产，限制了其应用[25]。

1.5 其他方法

除上述制备方法外，还可通过其他一些制备方法，如喷雾交联法[45-46]、冷冻干燥法[47]、反相悬浮交联法[48]、反乳液交联法[49-50]等得到粒径可控、表面光滑的明胶微球剂。在实际的研究和应用中，可以根据药剂性质、施药对象、施用部位等因素，调节微球剂所需的粒径尺寸、载药量、包埋率以及缓释度、缓释时间等，从而选用合适匹配的制备方法。

2 明胶复合微球剂

明胶兼具蛋白质和高分子材料的双重特性，由于其结构中含有不同种类的活性官能团，使其具备多种交联及改性的可能，其与壳聚糖、海藻酸钠等材料构建的复合载体微球剂可以有效改善单一明胶微球剂热稳定性较差及在药物缓释等方面的缺陷，采用复合载体制备的微球剂可延长药剂释放时间。

2.1 明胶壳聚糖微球剂

壳聚糖 (chitosan) 是由2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖与糖苷键组合而成的阳离子聚合物，具有良好的生物相容性和抗菌性，是自然界唯一的碱性多糖[51]。壳聚糖结构中有易于修饰的羟基和氨基等基团，有利于开发为具有优良性能的壳聚糖衍生物；而明胶高分子链上含有氨基、羟基和羧基等活性基团，能与负载药剂以离子键或氢键的方式结合。

Zhou等[52]以戊二醛 (GA) 为交联剂，采用O/W型乳化-溶剂挥发法制备了以明胶和壳聚糖为复合载体的5-氟尿嘧啶 (5-FU) 微球剂，其粒径约为300 μm。在较高含量的戊二醛(0.2 mL/g) 下，由于微空隙的收缩，提高了聚合物的刚性，进而降低了5-FU的释放速率；在聚合物体系的释放行为研究中发现，通过改变复合载体材料的占比可以调控5-FU的释放动力学，明胶占比大的微球剂表现出更长的持效期，且5-FU的释放动力学遵循Fick扩散规律。

Wang等[53]采用反相悬浮交联法制备了作为酸性染料吸附剂的明胶-壳聚糖微球剂，粒径约为20 μm。吸附性能研究结果显示，其在pH为2～3、接触时间为100 min及30 °C条件下，0.5 g/L的明胶-壳聚糖微球剂对酸性染料的吸附率可达98%，相关系数均在0.94以上，且吸附过程符合Langmuir模型和Freundlich模型，证明明胶-壳聚糖微球剂对酸性染料具有很好的吸附性能，这为制备来源广泛、高效及可回收的吸附剂提供了基础。同时，以明胶、壳聚糖等天然可生物降解聚合物为复合载体制备的载药微球剂，有望成为一种新型给药系统[53]。

2.2 明胶海藻酸钠微球剂

海藻酸钠 (sodium alginate) 是从褐海藻中分离得到的一种天然多聚糖，是由β-(1,4)-D-甘露糖醛酸 (M) 和α-(1,4)-L-古罗糖醛酸 (G) 两种结构单元构成的线性共聚物[54]。海藻酸钠作为辅助载体，具有良好的生物相容性和稳定性，但其存在对疏水性药物负载量低、释药速度较快且易发生突释等问题，而将海藻酸钠与其他载体材料进行复合改性，可达到互补效果[55]。罗璋[56]报道了毒死蜱(chlorpyrifos) 明胶-海藻酸钠微球剂，为解决海藻酸钠释药速度较快的问题提供了良好的途径。以海藻酸钠和明胶为复合载体，进而形成了更为紧密的复合载体微球剂，有利于增强小分子药物的包埋和缓释效果。

范倩等[57]以明胶和海藻酸钠为复合载体，以静电喷涂的方法构建了盐酸四环素明胶-海藻酸钠微球剂，平均粒径约400 μm。对该复合微球剂制备的最佳条件和药物释放性能等研究结果表明，将两种载药 (0.25、0.5 mg/L) 微球剂，在pH 1.4的酸性溶液和pH 7.4的磷酸缓冲溶液中进行释药性能的测定，证明了通过载药量及环境pH对调控释药性能具有双重响应性。以海藻酸钠改善明胶的成球性，以明胶改善海藻酸钠的力学性能，这为复合微球剂的实际应用提供了研究依据。

Amini等[58]制备的心肌细胞 (H9C2) 明胶-海藻酸钠微球剂具有较好的生物降解率和溶胀率，且溶胀率呈指数增长，在72 h时达到峰值，溶胀比从0.04%增加到1.8%，复合微球剂的自发降解特性在第15 d达到最高水平。Xu等[59]认为明胶-海藻酸钠微球剂对细胞的增殖和生存能力的促进作用均优于海藻酸钠单一微球剂，因而具有潜在的研究价值。

2.3 明胶聚乳酸微球剂

聚乳酸 (poly-lactic acid，PLC) 又称聚丙交酯，因其具有良好的机械性能且无毒无害，在药物缓释、细胞培养等方面得到了广泛的研究和应用，是一种新型的生物可降解高分子材料[60]。由于聚乳酸表面亲水性较差，缺乏天然高分子识别位点等，因而极大地限制了其作为生物材料方面的应用。而结合明胶分子的结构特点，将二者制备成复合载体微球剂可产生互补作用。刘海峰等[36]通过制备条件的优化，构建了成球性高和体外释药性能良好的5-氟尿嘧啶明胶-聚乳酸微球剂。

明胶微球剂对含纤维连接蛋白的表面具有亲和力，因而，利用明胶与纤维连接蛋白之间的相互作用可对微球剂进行改性[61]。Swami等[62]利用明胶对聚乳酸微球剂的表面进行了修饰，使其能够识别纤维连接蛋白，从而制备了酮洛芬明胶-聚乳酸微球剂，平均粒径在43.02～69.98 μm之间，包埋率最高达81.11%；控释试验表明，药物释放受多个过程控制，其中Higuchi's方程线性度最佳，Korsmeyer-Peppas方程的对应图同样显示出良好的线性关系 (r= 0.927～0.975) 。

明胶-聚乳酸微球剂可被用于体内稳定性研究，是一种有前景的位点特异性控释体系。

2.4 明胶聚己内酯微球剂

聚己内酯 (polycaprolactone，PCL) 是一种具有生物相容性和生物可降解性的脂肪族聚酯，降解缓慢，可作为良好的药物传递基质[63-64]。聚己内酯本质上是疏水性的，细胞识别位点有限，为了提高其细胞相容性，Huda等[32]采用乳化-溶剂挥发法构建了明胶-聚己内酯微球剂，同时引入少量聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 用以提高微球剂的粒径分布及表面形貌。研究发现，随着聚己内酯的浓度升高，限制了PVP在颗粒表面的锚定吸附速率，导致团聚；而通过优化明胶-聚己内酯的比例，可得到分散性及稳定性均良好的微球剂 (图2) 。

Rao等[65]采用聚合物分散技术构建了含有异硫氰酸荧光素-牛血蛋白 (FITC-BSA) 的明胶微球剂。为了延长FITC-BSA的释放时间，在明胶微球表面添加聚己内酯进行包裹，得到一种低成本的FITC-BSA明胶-聚己内酯微球剂。体外释放研究显示，大约有62%的FTTC-BSA被包埋在微球剂内部，且其释放速率随着聚己内酯浓度的增加而降低。

3 明胶微球剂的应用

明胶作为微球剂的载体材料，已被广泛应用于医学[12-13]、农药[3,52]、化工[53]等领域，如药物缓释 (控释) 、体内示踪、靶向作用等。

3.1 明胶微球剂在医学上的应用

3.1.1 调控药物释放 在应用过程中，通过微球剂扩散、载体的逐步分解或溶解，最终实现微球剂可控、稳定地释药。而在微球剂投入实际应用之前，可先建立数学模型以预测药剂释放动力学[66-67]。常用于研究药剂释放动力学的模型方程有4种：零级释放动力学方程、一级释放动力学方程、Higuchi方程和Korsmeyer-Peppas方程[68]。Tran等[29]制备了更昔洛韦交联明胶微球剂，随着交联时间的变化，粒径可控，明胶微球剂释放机理遵循Fick扩散定律，释放符合Korsmeyer-Peppas方程，被测配方的n指数值均 < 0.45，即扩散是释放的主要机制，证明明胶微球剂是一种合适的给药系统，并为明胶微球剂未来在制药领域的应用奠定了基础。

姜黄素具有抗氧化、抗炎、抗微生物、抗肿瘤等药理作用，但其水溶性极低，同时在加工储存过程中易受外界因素的影响而降解失活，这极大程度地制约了其应用。Ratanavaraporn等[69]以明胶和丝素为载体，采用O/W型乳化-溶剂挥发法制备了姜黄素明胶-丝素微球剂，控释试验结果表明，该微球剂可持续释放姜黄素并延长其半衰期，提高了姜黄素的生物利用度，同时有效改善了姜黄素的水溶性和稳定性，为解决姜黄素应用过程中存在的问题提供了新思路。Ci等[70]采用乳化凝聚法 (emulsification-coacervation method) 制备了二氧化氯明胶微球剂，缓释试验结果证明，该微球剂可稳定地持续释放低浓度的二氧化氯气体。

3.1.2 体内示踪 明胶微球剂被放射性元素或荧光物质标记后，可用于体内示踪研究。以明胶为载体制备的微球剂用于体内示踪具有以下特点：所制备的微球剂有弹性，粒径小且含多微孔，可供示踪剂附着的表面积大，即运载示踪剂量多；明胶化学性质稳定，不会使吸附其中的示踪剂失效或对示踪能力产生影响[71]。杨云霞等[72]将用125I标记的硫酸链霉素明胶微球剂注入小鼠体内，通过示踪法研究了肺内药物滞留时间及体内分布变化。陈建明等[73]对99mTc标记的褪黑激素明胶微球剂通过γ射线闪烁显像技术考察了其滞留时间，表明明胶作为示踪载体具有良好的应用前景。

3.1.3 靶向作用 载药明胶微球剂有如下几个主要特点：对人体、生物体等特定部位具有靶向性，表现为药物浓集于靶区；可进行特异性输送，能以预期的速率释放药物，控制给药速度；可减少药物用量，降低药物在其他部位的毒副作用及不良反应，达到高效低毒的治疗效果[74]；明胶作为骨架载体易于成型，能与醛类等物质发生交联反应形成缓释层且可被酶降解[75]。基于这些特点，明胶在靶向制剂中被广泛应用。Li等[76]制备了氯膦酸盐明胶纳米微球剂，利用99mTc标记微球剂，通过闪烁显像技术评估了微球剂靶向肝脾的能力，发现大鼠体内有70.6%的微球剂在肝脾积累，显示出良好的靶向效果。

明胶作为靶向制剂应用极为广泛，具有良好的靶向性和生物降解性，降解后可形成无毒产物排出体外。Qu等[12]制备了头孢喹肟 (cefquinome，CEQ) 明胶微球剂，发现其在靶组织 (肺) 中可持续释放36 h，体内研究确定肺部为靶组织及最大CEQ释放区域，检查结果表明，局部炎症随微球剂的生物降解而逐渐消失。Yuan等[13]采用明胶作为载体构建了负载替米考星 (tilmicosin，TMS) 的明胶微球剂，通过MCPKP软件验证了替米考星明胶微球的肺靶向作用。结果表明，替米考星被明胶微球剂负载后显著增加了其在肺部的分布，减少了在肾、肝、肌肉，尤其是心脏中的分布，为改变替米考星的给药途径、拓宽其应用范围、延长其使用寿命以及临床新制剂的开发提供了科学依据。

3.2 明胶微球剂在农药上的应用

载药明胶微球剂在农药领域属于新型制剂，还处于探索开发阶段，目前公开报道的有阿维菌素、呋虫胺、毒死蜱、氯氰菊酯等明胶微球剂等。

3.2.1 阿维菌素明胶微球剂及阿维菌素明胶-聚乳酸微球剂 阿维菌素广泛用于动物卫生和农业害虫控制，但其在光照或在土壤微生物作用下会迅速降解，失去双糖结构，导致其在田间应用2～3 d内即失去杀虫活性[77-78]。若将阿维菌素制备成微球剂，不仅分解和流失等问题可以得到解决，还可使其释放得到控制。唐辉等[79]采用乳化缩聚法构建了负载阿维菌素的明胶微球剂，粒径在10～200 μm之间，载药量达14.18% ± 0.55%，包埋率达71.35% ± 2.75%；其体外释药规律遵循Higuchi方程，消解半衰期是原药的6.6倍，不仅提高了有效成分的稳定性，而且具有明显的缓释作用及良好的生物利用度。Cheng等[80]以明胶-聚乳酸为复合载体，采用复乳化-溶剂挥发法 (W1/O/W2)制备了包埋阿维菌素及碳酸铵的明胶-聚乳酸微球剂，通过叶片喷雾施药发现，该复合微球剂对果蝇的平均致死数是防虫诱捕器 (control traps) 的7～15倍，阿维菌素持续释放时间约为15 d，不仅降低了控制果蝇的成本，还减少了杀虫剂的使用频率。

3.2.2 呋虫胺明胶微球剂 呋虫胺属于第三代新烟碱类杀虫剂。常规剂型有悬浮剂、可湿性粉剂等，其持效期短，农药利用率低，而且随着叶面喷雾的广泛使用，这类剂型的呋虫胺易于对授粉昆虫 (蜜蜂) 产生毒害。近年来，研究者们致力于寻求新的替代剂型。陈福良等[3]利用喷雾干燥法构建了呋虫胺明胶微球剂，具有较高的包埋率，在土壤及植物叶片中的消解速率缓慢，有更长的控释持效期，且与白粉虱的发生阶段相匹配。

3.2.3 毒死蜱明胶-海藻酸钠微球剂 罗璋[56]以明胶-海藻酸钠为载体，采用锐孔-凝固浴法制备了毒死蜱明胶-海藻酸钠微球剂，并探讨了微球剂基材的种类、交联时间以及毒死蜱的含量对微球剂缓释性能的影响。结果表明，毒死蜱经过复合载体负载后热稳定性能明显提高，分解温度由180 ℃提高到210 ℃；该控释体系能够显著降低有效成分的释放速率，降低其累积释放量，但载体的种类对微球有效成分的缓释性能影响最大。

3.2.4 氯氰菊酯明胶-海藻酸盐微球剂 氯氰菊酯(cypermethrin) 是一种应用广泛的高效广谱杀虫剂。Roy等[81]以氯氰菊酯为模型农药，以氯化钙为交联剂，以明胶-海藻酸盐为载体，构建了氯氰菊酯明胶-海藻酸盐微球剂。通过改变载体和交联剂的用量，制备了一系列不同组分的载药体系。结果表明，明胶、海藻酸盐、氯化钙及温度等因素均具有溶胀响应行为。氯氰菊酯的负载量、明胶浓度及交联剂用量会调控微球剂的释放速率，14 d后微球剂的释放量为75% (而直接施用氯氰菊酯6 d后的释放量即为75%) ，释放过程由明胶-海藻酸盐的溶胀所控制，并遵循非Fick输运机制。相比于直接使用氯氰菊酯 (粉剂) ，加工成微球剂可以使氯氰菊酯的释放速率得到有效减缓，体现了缓控释技术在农业领域的适用性，这为以生物聚合物为载体的缓释农药的研究提供了参考。

4 小结与展望

微球剂是一种具有缓释功能的药剂传递系统，对农药的高效利用和发展绿色精准防控具有重要意义。明胶作为一种具有广阔应用前景的载体，已发展成为缓控释载体材料的研究热点[82]。以明胶为载体制备的明胶微球剂具有以下几方面优势：1) 可以使有效成分持续释放，延长持效期，同时减少环境污染，具有高效、安全的特点。 2) 在高效、绿色的农业防控中，基于不同防治对象及为害部位，可以选择匹配的微球剂制备工艺，构建出不同的载药体系，通过改善微球剂粒径、载药量、包埋率及在作物表面的附着沉积性等性能，控制其释放行为，若匹配对应的施药方式 (拌土、撒施、叶面喷雾等) ，在药物的实际应用中更具针对性。例如明胶微球剂粒径不同，施用方式也有所差异。若微球剂粒径大，释放速度慢，持效期长，可直接针对地下害虫等封闭环境进行撒施或拌土；若微球剂粒径小 (如纳米级微球剂) ，与释放介质的接触面积更大，可提高微球剂在植株上的展布、附着和渗透能力，其释放速度相对较快，持效期短。明胶微球剂也可经过二次加工成固体可分散剂型进行叶面喷雾，用于防治果树上繁殖周期短、年发生多代及发生代数重叠的害虫，如红蜘蛛、木虱、蚜虫等。3) 在病虫害防控中，根据作物病虫害发生规律，可利用载体性能调节微球剂中有效成分的释放速率，使调控农药的释放曲线与有害生物防控剂量需求曲线相吻合。多数害虫在适宜的温度下会快速繁殖，尤其是在高温高湿下易于爆发成灾。明胶作为微球剂的载体具有一定的温度响应性[83]，在温度较高时，明胶分子链易被破坏，会使有效成分加快释放。此外，明胶是水溶性载体材料，且易受到湿度高低的影响，在高湿度情况下载体之间的聚合更易于破裂[84]。明胶微球剂的这些特性可有效提高药物利用率，安全、高效、精准、经济的控制病虫害，这正是未来微球剂发展的重点。

尽管明胶微球剂在农药缓控释制剂方面具有明显的优势，但是目前也面临诸多挑战。在制剂工业化的制备和精准释放方面仍有一些亟待解决的问题：1) 目前大多数明胶微球剂的制备过程比较复杂，产率较低，制备工艺大多仍局限于实验室研究阶段，在工业生产上适用性尚不高[20-21]，应加强对最佳生产工艺的探索和新设备的开发，以加快其产业化生产进度[67]。2) 根据作物病虫害发生与流行规律、危害特点及环境条件等综合因素，利用农药缓释剂型加工手段调节载体性能及释放方式等，建立具有靶向专一性的明胶微球剂载药体系，使农药达到在特定时间提供所需剂量的精准释放，已成为一项具有挑战性和创新性的任务[85-86]。3) 缓控释制剂的设计一定要基于实际应用场景，明胶微球剂缓控设计很多仍停留在实验室阶段。与实验室环境相比，农药实际应用场景更为复杂[67]，涉及不同作物特点、环境条件、微生物群落等多种影响因素，需选择匹配的施药方式。在实际的应用场景中根部施用 (撒施、拌土等) 应满足更长的持效性，而针对叶面喷雾则需兼顾速效性和持效性[80]，以达到精准控释的目标。但对于明胶微球剂在植物表面的沉积、是否真正能够提高对靶沉积效率及在植物中传导行为等方面的研究较少[87]，如何满足实际叶面喷雾的需求是今后需要解决的问题，也是亟待研究的重要课题。

微球剂是缓释药物新剂型，应从简单、定性的缓慢释放，向未来精确、定量、高效的控释方向发展，以期达到在特定时间提供所需剂量的精准释放。缓释载体逐渐向环保方向发展，目前对环境无毒、无污染、生物可降解的明胶作为微球剂载体已成为研究的热点。因此，对现有制备技术和缓释材料的进一步功能化集成，从而真正体现缓释技术的优势，明胶微球剂有望获得广阔的农业应用前景。