CN109769803A - 一种农药聚电解质纳米胶束及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农药聚电解质纳米胶束及其制备方法。该农药聚电解质纳米胶束中，疏水性农药包裹在由羧甲基葡聚糖和聚阳离子性电解质之间电荷的相互作用形成的纳米胶束中。所述农药聚电解质纳米胶束的水合粒径为150～300nm；和/或，所述农药聚电解质纳米胶束的表面带有负性电荷。本发明所用纳米载体材料为生物相容性良好和可生物降解的天然聚合物材料衍生物，且其来源广泛，价格低廉；制备方法杜绝使用表面活性剂以及高毒的有机溶剂，复合环保要求，具有制备工艺简单和反应条件温和等特点，能够在农药制剂生产技术领域具有较好的应用前景；所制备的农药聚电解质纳米胶束呈现规则的球形结构，分散均一且能够保持较长时间的稳定性。

Description

一种农药聚电解质纳米胶束及其制备方法

技术领域

本发明属于农药制剂生产技术领域，尤其涉及一种农药聚电解质纳米胶束及其制备方法。

背景技术

纳米农药技术是纳米生物技术的一个分支，是利用载体技术实现农药的纳米尺度的包载，实现农药水溶、保护与缓控等性能的技术。传统的农药技术中因多数农药不溶于水，应用过程中首先需将农药溶于有机溶剂中并继而添加表面活性剂制成乳油剂型以方便用于喷淋施药。纳米农药则利用纳米材料包裹农药解决农药的水不溶问题。不需要添加有机溶剂和表面活性剂，因此，可以避免难溶性农药产品中大量有毒的有机溶剂和表面活性剂的使用减少了化学物质对农作物的污染和有机残留。同时还可以通过缓释防止农药的快速降解而延长了药效和提高了农药的生物利用度；此外，纳米材料还可以通过改善农药的叶面附着、滞留与覆盖性能，减少流失，提高了农药的施药效率；由于所用的纳米材料具有较好的生物相容性，因此，纳米农药还可以改善其环境行为与提高其生物安全性。

然而，现有纳米农药胶束主要利用双亲性聚合物通过亲疏水作用自组装形成纳米胶束，主要方法包括复乳法、乳化溶剂蒸发法和纳米沉淀法等，但是这些材料和方法存在诸多缺点，如双亲性聚合物材料合成较为繁琐，因此商品化的双亲性聚合物材料价格昂贵。制备胶束的步骤繁琐和生产工艺相对复杂，需要多种程序、手段和设备，成本较高，工艺有待进一步简化，且经常引入大量有机溶剂和助剂，产生环境污染与危害，限制了它的规模化生产。因此，研究和开发高效、简便和绿色的纳米农药及其制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种农药聚电解质纳米胶束及其制备方法，该制备方法简单，不使用毒性大的有机溶剂，复合环保要求，所制备的农药聚电解质纳米胶束呈现规则的球形结构，分散均一且能够保持较长时间的稳定性。

本发明首先提供了一种农药聚电解质纳米胶束，所述农药聚电解质纳米胶束中，疏水性农药包裹在由羧甲基葡聚糖和聚阳离子性电解质之间电荷的相互作用形成的纳米胶束中。

上述的农药聚电解质纳米胶束中，所述农药聚电解质纳米胶束的水合粒径可为150～300nm。所述农药聚电解质纳米胶束的表面带有负性电荷。

上述的农药聚电解质纳米胶束中，所述羧甲基葡聚糖可为羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖。所述羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖为来自于酵母葡聚糖的羧甲基化衍生物。所述羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖的羧甲基取代度可为50％～75％。

所述聚阳离子性电解质可为壳聚糖、壳聚糖盐酸盐、壳聚糖季铵盐、鱼精蛋白硫酸盐和阳离子性多肽中的至少一种。

所述疏水性农药原药可为阿维菌素、嘧菌酯、咪鲜胺、丙环唑、多效唑、高效氯氰菊酯和三氟氯氰菊酯中的至少一种。

上述的农药聚电解质纳米胶束中，所述羧甲基葡聚糖、所述聚阳离子性电解质和所述疏水性农药原药的质量比可为2：(0.8～1.2)：(0.05～0.1)，具体可为2：1：(0.05～0.1)、2：1：0.05或2：1：0.1。

上述的农药聚电解质纳米胶束中，所述农药聚电解质纳米胶束可通过如下方法制备得到：所述羧甲基葡聚糖、所述聚阳离子性电解质和所述疏水性农药原药在水中自组装，得到所述农药聚电解质纳米胶束。

所述方法的具体步骤可为：将所述聚阳离子性电解质的水溶液滴加至由所述羧甲基葡聚糖的水溶液和所述农药原药的溶液组成的混合液中，离心收集固相产物，即可得到所述农药聚电解质纳米胶束。

所述聚阳离子性电解质的水溶液的质量百分含量可为0.1～0.2％，具体可为0.1％。

所述羧甲基葡聚糖的水溶液的质量百分含量可为0.2～0.4％，具体可为0.2％。

所述农药原药的溶液的质量百分含量可为0.05～0.1％，具体可为0.1％。

所述农药原药的溶液中的溶剂为能够与水互溶的有机溶剂，如乙醇、甲醇和乙腈中的至少一种。

所述滴加过程中搅拌混合液，所述搅拌的转速可为700～900rpm，具体可为900rpm；滴加之后继续搅拌，时间可为5～20min，具体可为10min。

所述离心的转速可为8000～13000rmp，具体可为12000rpm；时间为5～10min，具体可为10min。

本发明进一步提供了上述农药聚电解质纳米胶束的制备方法，包括如下步骤：所述羧甲基葡聚糖、所述聚阳离子性电解质和所述疏水性农药原药在水中自组装，得到所述农药聚电解质纳米胶束。

上述的制备方法中，所述方法的具体步骤可为：将所述聚阳离子性电解质的水溶液滴加至由所述羧甲基葡聚糖的水溶液和所述农药原药的溶液组成的混合液中，离心收集固相产物，即可得到所述农药聚电解质纳米胶束。

所述聚阳离子性电解质的水溶液的质量百分含量可为0.1～0.2％，具体可为0.1％。

所述羧甲基葡聚糖的水溶液的质量百分含量可为0.2～0.4％，具体可为0.2％。

所述农药原药的溶液的质量百分含量可为0.05～0.1％，具体可为0.1％。所述农药原药的溶液中的溶剂为能够与水互溶的有机溶剂，如乙醇、甲醇和乙腈中的至少一种。

所述滴加过程中搅拌混合液，所述搅拌的转速可为700～900rpm，具体可为900rpm；滴加之后继续搅拌，时间可为5～20min，具体可为10min。

所述离心的转速可为8000～13000rmp，具体可为12000rpm；时间可为5～10min，具体可为10min。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明以羧甲基葡聚糖和常规的聚阳离子电解质作为组装原件，利用聚电解质纳米胶束形成了农药聚电解质纳米胶束适用于多种农药的包载。所用纳米载体材料为生物相容性良好和可生物降解的天然聚合物材料衍生物，且其来源广泛，价格低廉。

(2)本发明农药聚电解质纳米胶束的制备方法杜绝使用表面活性剂以及高毒的有机溶剂，复合环保要求，具有制备工艺简单和反应条件温和等特点，能够在农药制剂生产技术领域具有较好的应用前景。

(3)本发明所制备的农药聚电解质纳米胶束呈现规则的球形结构，分散均一且能够保持较长时间的稳定性。以阿维菌素和嘧菌酯为模型农药进行包载和测试，载药量都可达到50％以上。平均水合粒径在200nm左右，且保持良好的分散性和稳定性。

附图说明

图1为实施例1中制备得到的农药聚电解质纳米胶束的透射电镜(TEM)测试后的形貌图。

图2为实施例1中制备得到的农药聚电解质纳米胶束的水溶液通过动态光散射(DLS)测试后的水合粒径分布图。

图3为实施例1中制备得到的农药聚电解质纳米胶束的水溶液通过动态光散射(DLS)测试后的表面Zeta电位分布图。

图4为实施例2中制备得到的农药聚电解质纳米胶束的透射电镜(TEM)测试后的形貌图。

图5为实施例2中制备得到的农药聚电解质纳米胶束的水溶液通过动态光散射(DLS)测试后的水合粒径分布图。

图6为实施例2中制备得到的农药聚电解质纳米胶束的水溶液通过动态光散射(DLS)测试后的表面zeta电位分布图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖，羧甲基取代度50-75％，安琪酵母生物科技有限公司；

壳聚糖盐酸盐，脱乙酰度≥90％，浙江澳兴生物科技有限公司；

阿维菌素，纯度＞96％，河北威远生化农药有限公司；

嘧菌酯，纯度95％-98％，河北威远生化农药有限公司。

利用激光粒度仪(DLS，英国Malvern，Zetasizer NanoZS)对以下实施例中所得到的纳米胶束进行水合粒径和表面zeta电位进行测试。测试条件：纳米胶束在水溶液中的浓度为0.01mg/ml,温度25℃，激光波长633nm，每次检测前恒温20min，每个样品测试三次，取平均值。

利用透射电镜(TEM，美国FEI，Tecnai G220S-TWIN，200KV)对以下实施例中所得到的纳米胶束进行形貌特征观察。制样方法：用去离子水将纳米组合物稀释成0.005mg/ml,取10μl样品滴加到含有碳支持膜的230目铜网上，恒温干燥后，用TEM观察样品形貌。

实施例1、制备农药聚电解质纳米胶束

按照如下步骤制备农药聚电解质纳米胶束：

(a)羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖溶液的配制：称取40mg的羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖溶解于20ml的去离子水中，然后充分搅拌，通过超声以致完全溶解，得到0.2wt％质量百分含量的羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖水溶液；

(b)壳聚糖盐酸盐溶液的配制：称取20mg的壳聚糖盐酸盐溶解于20ml的去离子水中，然后充分搅拌，通过超声以致完全溶解，得到0.1wt％质量百分含量的聚阳离子电解质水溶液；

(c)农药溶液的配制：称取10mg的阿维菌素溶解于10ml甲醇中，然后充分搅拌，通过超声以致完全溶解，得到0.1wt％质量百分含量的阿维菌素溶液；

(d)室温下，将1ml的阿维菌素甲醇溶液加入到20ml的羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖溶液中，并混合均匀，配制成21ml的均相溶液。

(e)用5ml注射器将上述配制的20ml壳聚糖盐酸盐水溶液缓慢滴加入上述(d)中的均相溶液中，一边滴加，一边以900rpm的速度缓慢搅拌溶液，直至滴加完毕，继续搅拌10min，可以得到外观透明并且泛蓝光的溶液，以12000rpm离心10min，得到离心产物，并用去离子水洗去未被包载的阿维菌素，得到农药聚电解质纳米胶束。

将上述制备得到的农药聚电解质纳米胶束重新分散于水中，从而得到包载阿维菌素的聚电解质纳米胶束的水溶液。采用高效液相色谱法确定阿维菌素的包载效率为58.2％。

本实施例制备得到的农药聚电解质纳米胶束的透射电镜照片如图1所示，从该图可以看出，农药聚电解质纳米胶束的干态粒径为200nm左右。

本实施例制备得到的农药聚电解质纳米胶束的光散射的水合粒径分布图如图2所示，从该图可以看出，农药聚电解质纳米胶束的水合粒径为195.5nm，多分散系数为0.234。

本实施例制备得到的农药聚电解质纳米胶束的光散射的Zeta电位分布图如图3所示，从该图可以看出得到的农药聚电解质纳米胶束表面带有负性电荷，平均Zeta电位为-36.3mV。

实施例2、制备农药聚电解质纳米胶束

按照如下步骤制备农药聚电解质纳米胶束

(a)羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖溶液的配制：配制方法同实施例1中的(a)；

(b)壳聚糖盐酸盐溶液的配制：配制方法同实施例1中的(b)；

(c)农药溶液的配制：称取10mg的嘧菌酯溶解于10ml甲醇中，然后充分搅拌，通过超声以致完全溶解，配制得到0.1wt％质量百分含量的嘧菌酯甲醇溶液；

(d)室温下，将2ml的嘧菌酯甲醇溶液加入到20ml的羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖溶液中，并混合均匀，配制成22ml的均相溶液。

(e)用5ml注射器将20ml上述配制的壳聚糖盐酸盐水溶液缓慢滴加入上述(d)中的均相溶液中，并以900rpm的速度缓慢搅拌溶液10min，滴加完毕后，可以得到外观透明的泛蓝光的溶液，以12000rpm离心10min，得到离心产物，并用去离子水洗去未被包载的嘧菌酯，得到农药聚电解质纳米胶束。

将上述制备得到的农药聚电解质纳米胶束重新分散于水溶液中，从而得到包载嘧菌酯的聚电解质纳米胶束的水溶液。采用高效液相色谱法确定嘧菌酯的包载效率为53.1％。

本实施例制备得到的农药聚电解质纳米胶束的透射电镜照片如图4示，从该图可以看出，农药聚电解质纳米胶束的干态粒径为200nm左右。

本实施例制备得到的农药聚电解质纳米胶束的光散射的粒径分布图如图5所示，从该图可以看出，农药聚电解质纳米胶束的水合粒径为182.9nm，多分散系数为0.147。

本实施例制备得到的农药聚电解质纳米胶束的光散射的Zeta电位分布图如图6所示，从该图可以看出得到的农药聚电解质纳米胶束表面带有负性电荷，平均Zeta电位为-45.5mV。

Claims (10)

1.一种农药聚电解质纳米胶束，其特征在于：所述农药聚电解质纳米胶束中，疏水性农药包裹在由羧甲基葡聚糖和聚阳离子性电解质之间电荷的相互作用形成的纳米胶束中。

2.根据权利要求1所述的农药聚电解质纳米胶束，其特征在于：所述农药聚电解质纳米胶束的水合粒径为150～300nm；和/或，

所述农药聚电解质纳米胶束的表面带有负性电荷。

3.根据权利要求1或2所述的农药聚电解质纳米胶束，其特征在于：所述羧甲基葡聚糖为羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖；和/或，

所述羧甲基-β-1,3-D-葡聚糖的羧甲基取代度为50％～75％。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的农药聚电解质纳米胶束，其特征在于：所述聚阳离子性电解质为壳聚糖、壳聚糖盐酸盐、壳聚糖季铵盐、鱼精蛋白硫酸盐和阳离子性多肽中的至少一种。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的农药聚电解质纳米胶束，其特征在于：所述疏水性农药原药为阿维菌素、嘧菌酯、咪鲜胺、丙环唑、多效唑、高效氯氰菊酯和三氟氯氰菊酯中的至少一种。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的农药聚电解质纳米胶束，其特征在于：所述羧甲基葡聚糖、所述聚阳离子性电解质和所述疏水性农药原药的质量比为2：(0.8～1.2)：(0.05～0.1)。

7.权利要求1-6中任一项所述的农药聚电解质纳米胶束的制备方法，包括如下步骤：所述羧甲基葡聚糖、所述聚阳离子性电解质和所述疏水性农药原药在水中自组装，得到所述农药聚电解质纳米胶束。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤为：将所述聚阳离子性电解质的水溶液滴加至由所述羧甲基葡聚糖的水溶液和所述农药原药的溶液组成的混合液中，离心收集固相产物，即可得到所述农药聚电解质纳米胶束。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述聚阳离子性电解质的水溶液的质量百分含量为0.1～0.2％；和/或，

所述羧甲基葡聚糖的水溶液的质量百分含量为0.2～0.4％；和/或，

所述农药原药的溶液的质量百分含量为0.05～0.1％；所述农药原药的溶液中的溶剂为能够与水互溶的有机溶剂。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：所述滴加过程中搅拌混合液，所述搅拌的转速为700～900rpm；滴加之后继续搅拌，时间为5～20min；和/或，

所述离心的转速为8000～13000rmp，时间为5～10min。