陳福良-農(nóng)藥緩釋劑型種類及微球研究開發(fā)

農(nóng)藥緩釋劑型種類及微球研究開發(fā)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所陳福良Tel-mail：chenful2005@目錄農(nóng)藥緩釋劑型概念、種類及特點12345農(nóng)藥微球的種類及制備方法微球質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)及釋放性能聚乳酸及殼聚糖微球的研究開發(fā)復(fù)凝聚法制備包埋顆粒劑農(nóng)藥緩釋劑型概念、種類及特點農(nóng)藥施藥劑量與持效的關(guān)系：常規(guī)劑型在允許的劑量以下而遠(yuǎn)高于有效劑量以上用藥，施藥后濃度急劇下降，經(jīng)過較短附間就失去藥效，要想延長持效期、就得增加用藥次數(shù)?？刂漆尫艅┬驮谏愿哂谟行┝康乃缴峡沙掷m(xù)發(fā)揮作用。農(nóng)藥常規(guī)劑型與緩釋劑型的釋放周期常規(guī)農(nóng)藥劑型是一次性全釋放出來，其持效期取決于農(nóng)藥有效成分的持留期粒劑、粉劑雖有吸附和貯存農(nóng)藥有效成分的作用，但由于載體無控制釋放作用，因而不能稱之為緩釋劑農(nóng)藥緩釋劑型概念從釋放特征上可分為緩慢釋放、持續(xù)釋放和定時釋放，通常是控制農(nóng)藥緩慢釋放，故亦名為農(nóng)藥緩釋劑人為地控制農(nóng)藥按有效劑量，在一定的時間內(nèi)釋放到靶標(biāo)上的技術(shù)，稱之為控制釋放技術(shù)，該制劑稱為控制釋放制劑定義釋放特征緩釋施藥后有效成分緩慢地非恒速地釋放控釋施藥后有效成分緩慢地按要求的速度釋放但實際上兩者很難于嚴(yán)格區(qū)分，通常的緩釋制劑通過制備方法的調(diào)控使之具有控制釋放功能，而具有控釋作用的制劑同時具備了緩釋功能。農(nóng)藥持效期與用藥劑量的關(guān)系常規(guī)劑型的農(nóng)藥撒施在靶標(biāo)上，一次性完全在環(huán)境中釋放，其有效劑量保持藥效的時間即為農(nóng)藥的持效期，持效期短。而控制釋放劑型可以緩慢釋放出有效成分，由于有效成分是分批分次釋放的，其持效期可以維持相當(dāng)長的時間。假如農(nóng)藥的持效期為10d，使用劑量每畝50g，要使常規(guī)劑型的有效期延長至50d，則需每隔10d施藥一次，連續(xù)施藥5次，總用藥量需達(dá)到250g/畝。假如控制釋放劑型的持效期2個月，考慮到藥劑的緩釋作用，起始施藥量要比常規(guī)劑型增加1倍，即每畝施用100g緩釋劑，如果兩種制劑達(dá)到同樣的防治效果，緩釋劑比常規(guī)劑型節(jié)約用藥1.5倍，減少施藥次數(shù)4次。兩種劑型達(dá)到同樣的防治效果，其使用劑量相差較大，常規(guī)劑型浪費的藥量即成為污染環(huán)境的無效劑量甲維鹽微球?qū)π〔硕甑氖覂?nèi)毒力測定(甘藍(lán))處理時間(d)校正死亡率(%)甲維鹽PLA微球可濕性粉劑甲維鹽微乳劑50mg/L25mg/L50mg/L100mg/L748.2855.1875.8782.761555.7259.6464.2953.333051.9759.3662.5041.615046.6754.8457.5838.336019.6449.9957.1411.33以甲維鹽微球進(jìn)行二次加工成微球可濕性粉劑，在甘藍(lán)上噴霧，不同時間采集葉片喂食小菜蛾的方法研究了微球在溫室中的持效性。以藥效50%計，甲維鹽微乳劑的持效期為15d，60d應(yīng)該施藥4次，每次50mg/L，而甲維鹽微球僅施藥一次，用藥量100mg/L(達(dá)到一定的速效)，兩者藥效相當(dāng)。可見甲維鹽微球比微乳劑可節(jié)約用藥量100%，減少了3次的施藥次數(shù)。緩釋劑分類微囊微球控釋包膜顆粒劑包埋顆粒劑其他緩釋劑緩釋制劑根據(jù)載體與有效成分的相互作用及粒徑大小緩釋劑分類溫濕度智能觸控光智能觸控pH(昆蟲腸道)智能觸控昆蟲足或觸角觸變智能觸控控釋制劑根據(jù)觸控條件微囊按照囊壁材料的不同，可分為聚酯微囊、聚脲微囊、聚氨酯微囊、脲醛樹脂微囊及密胺樹脂微囊等種類微囊是固態(tài)或液態(tài)農(nóng)藥有效成分被壁材包封而形成的微小膠囊，形成一種微細(xì)的空心殼狀結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥制劑種類定義特點以小分子單體經(jīng)過原位聚合或界面聚合反應(yīng)在農(nóng)藥有效成分表面形成一個殼狀結(jié)構(gòu)形成的囊壁在環(huán)境中不易降解，導(dǎo)致有部分有效成分不能完全釋放微球以聚酯類(聚乳酸PLA、聚碳酸酯)、多糖類(殼聚糖、淀粉、纖維素)、蛋白質(zhì)類(明膠)、聚羥基脂肪酸酯類(PHA)等可降解高分子聚合物為載體農(nóng)藥有效成分均勻分散或包埋在聚合物載體中而形成球狀實體(實心球)，屬于非均相分散體系，具有緩釋性能。微球粒徑一般為0.3~100μm(大于100μm的顆粒統(tǒng)稱為顆粒劑)載體定義特點以現(xiàn)成的可降解高分子聚合物為載體制備，在制備過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只有物理性質(zhì)的改變，制備條件溫和微球與微囊的主要區(qū)別微球系指農(nóng)藥溶解或均勻分散在載體中形成的微小球狀實體微囊系指固態(tài)或液態(tài)農(nóng)藥被壁材包封成的微小殼狀體。微囊有部分殘余難于釋放，微球完全釋放微囊采用化學(xué)聚合法制備，以小分子單體聚合；而微球大都采用物理化學(xué)法制備，有效成分與聚合物均勻混合。控釋包膜顆粒劑各種可降解塑料，以及那些不可降解塑料采用吡啶改性后成為可降解包膜，如改性后的丙烯酸酯類聚合物，持效期可達(dá)30天以上控釋包膜顆粒劑是常規(guī)顆粒劑的二次加工。即在常規(guī)顆粒劑的基礎(chǔ)上，利用噴霧相轉(zhuǎn)化流化床包膜技術(shù)，在顆粒劑外層包覆一層可降解塑料薄膜，并具有緩釋功能?？煽醋魇俏⒛业姆糯髣┬筒牧隙x特點關(guān)鍵技術(shù)為塑料包膜的制備技術(shù)，然后對常規(guī)顆粒劑進(jìn)行二次加工，在顆粒劑外層包上一層可降解、具緩釋性能的塑料膜控釋包埋顆粒劑熱熔法：在較高的溫度條件下，將原藥均勻地分散于或溶解于熔融態(tài)的高分子聚合物中，經(jīng)過冷卻、粉碎、過篩成為控釋包埋顆粒劑復(fù)凝聚法：利用兩種帶相反電荷的親水性聚合物，采用靜電作用使包埋有效成分的載體從水相中分離出來，經(jīng)過機械粉碎成為控釋包埋顆粒劑控釋包埋顆粒劑是以可降解的高分子聚合物為載體，利用物理化學(xué)方法使有效成分與載體均勻混合制備的顆粒劑。可看作是微球的放大劑型。制備方法定義特點根據(jù)不同粒徑的釋放性能，經(jīng)過粉碎、過篩獲得不同粒徑的控釋包埋顆粒劑，實現(xiàn)了藥劑控釋的目的其他的緩釋劑將有效成分與高分子載體混合，再浸漬于無機、有機或天然吸附性載體中，制備的一種緩釋制劑。Hermosin等人將除草劑2,4-D吸附于有機改性黏土中，制備吸附型農(nóng)藥緩釋劑，可延長除草劑的持效期，還減少了在使用過程中2,4-D的飄移，降低除草劑的飄移藥害。β-環(huán)糊精包合物是一種在分子水平上形成的微囊，是一個分子對一個分子的包埋。芯材(農(nóng)藥有效成分)與“空穴”壁材(β-環(huán)糊精)主要靠氫鍵、范德華力、熵驅(qū)動的憎水效應(yīng)等連接起來。β-環(huán)糊精只能對與其中間空穴大小相近的分子進(jìn)行包埋，對芯材分子的形狀、大小和極性等具有選擇性。吸附性緩釋劑β-環(huán)糊精包合物提高農(nóng)藥的利用率，節(jié)省用藥成本提高農(nóng)藥穩(wěn)定性，延長農(nóng)藥的持效期緩釋化技術(shù)降低了原藥在生產(chǎn)、貯存、運輸和使用過程中有效成分的降解、揮發(fā)和流失。固態(tài)化緩釋劑便于包裝、貯存及運輸，并可提高農(nóng)藥制劑的貯存穩(wěn)定性。緩釋劑優(yōu)點可以降低環(huán)境中光、熱、空氣、水和微生物對有效成分的分解，減少了揮發(fā)、流失和相互起化學(xué)反應(yīng)的可能，提高了農(nóng)藥有效成分的穩(wěn)定性，延長了農(nóng)藥的持效期有效成分可以緩慢地釋放出來，提高了有效成分的利用率，減少用藥次數(shù)，降低用藥成本，省工省藥，減輕農(nóng)藥對環(huán)境污染的壓力高毒農(nóng)藥低毒化，降低農(nóng)藥對環(huán)境的污染方便包裝、貯存、運輸緩釋化技術(shù)降低了原藥在生產(chǎn)、貯存、運輸和使用過程中有效成分的降解、揮發(fā)和流失。固態(tài)化緩釋劑便于包裝、貯存及運輸，并可提高農(nóng)藥制劑的貯存穩(wěn)定性。緩釋劑優(yōu)點緩釋化技術(shù)降低了原藥在生產(chǎn)、貯存、運輸和使用過程中有效成分的降解、揮發(fā)和流失。固態(tài)化緩釋劑便于包裝、貯存及運輸，并可提高農(nóng)藥制劑的貯存穩(wěn)定性緩釋化技術(shù)降低了原藥的急性毒性，減輕了農(nóng)藥殘留及不愉快的刺激氣味，減少了對環(huán)境的污染和對農(nóng)作物的藥害，從而擴大農(nóng)藥的應(yīng)用范圍。避免和減輕了其在使用過程中對人畜和環(huán)境的危害和污染緩釋劑缺點有效成分包埋在載體中，具有緩釋性能，相應(yīng)的速效性較差，不適合用于防治爆發(fā)性、突發(fā)性的病蟲害具有較長的持效性，相應(yīng)的殘留期也較長，有殘留超標(biāo)之虞，不適合葉面噴霧用于防治蔬菜病蟲害有效成分與高分子載體相互作用過程中，有效成分難于完全被包埋(即包埋率難于達(dá)到100%)，造成較大的浪費，導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升緩釋劑的用途除草劑對土壤的封閉處理防治土傳及種傳病害、根結(jié)線蟲防治地下害蟲防治生長期與危害期長的害蟲防治糧食貯存害蟲衛(wèi)生害蟲的滯留處理農(nóng)藥微球種類及制備方法農(nóng)藥微球種類—聚乳酸微球與殼聚糖微球項目聚乳酸(PLA)微球殼聚糖微球載體來源以速生資源玉米為主要原料，一般可由乳酸環(huán)化二聚物的化學(xué)聚合或乳酸的直接聚合由甲殼素經(jīng)過脫乙酰作用得到是一種帶正電荷的直鏈多糖制備方法相分離法—極性有效成分乳化-溶劑揮發(fā)法—極性、非極性有效成分乳化-交聯(lián)法、乳化-溶劑揮發(fā)法、噴霧干燥法、沉淀/凝聚及復(fù)凝聚法等優(yōu)缺點聚乳酸溶于有機溶劑，需要大量的有機溶劑，若揮發(fā)到環(huán)境中，不但造成環(huán)境污染，且大幅度提高制備成本后續(xù)步驟可采取噴霧干燥法處理。制備耗時長，小試一天僅夠做一批次殼聚糖溶于水相，有效成分溶于油相，大幅度減少有機溶劑用量制備方法簡便(時間僅為聚乳酸微球的1/3-1/2)，條件溫和，不需要有害的有機溶劑，尤其適合工業(yè)化生產(chǎn)載體成本工業(yè)聚乳酸約5萬元/噸工業(yè)殼聚糖約10萬元/噸，但如果從甲殼素進(jìn)行脫乙?；?，則可大幅度降低原料成本農(nóng)藥微球種類—明膠微球與聚羥基脂肪酸酯微球項目明膠微球聚羥基脂肪酸酯(PHA)微球載體來源以動物的皮、骨為原料制備的蛋白類天然高分子化合物動物膠原蛋白部分水解產(chǎn)物，由18種氨基酸組成的分子量分布很寬的多肽分子由多種細(xì)菌合成的一種胞內(nèi)聚酯，屬于天然的高分子生物材料是一類新型可降解材料制備方法噴霧干燥法、冷凍干燥法、單凝聚法、復(fù)凝聚法、乳化法等化學(xué)交聯(lián)法(噴霧交聯(lián))采用溶劑揮發(fā)法制備性質(zhì)具有極強的親水性，水溶性載體既具酸性、又具有堿性的兩性物質(zhì)明膠具有乳化、分散、增稠等作用比聚乳酸、聚乳酸乙醇酸共聚物降解周期長生物相容性更好，較適合作為中長期控釋有效成分的載體載體成本工業(yè)明膠約1萬元/噸工業(yè)品約2.8萬元/噸混合O/W乳液微球水相：蒸餾水+乳化劑油相：原藥+載體+有機溶劑固化成球微球制備方法—O/W型乳化-溶劑揮發(fā)法從乳狀液中除去分散相中的揮發(fā)性溶劑以制備微球的方法稱為乳化-溶劑揮發(fā)法，也稱為液中干燥法內(nèi)相溶劑可選用與水不互溶的二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯等一種或幾種溶劑混合。制備非極性有效成分微球最常用的方法，對極性的有效成分包埋率偏低高速、磁力攪拌升溫、低速攪拌減壓抽濾、洗滌、干燥混合O/W乳液微球油相：有效成分+乳化劑+有機溶劑水相：高分子載體水溶液微球制備方法—相分離法適合于制備非極性有效成分微球單凝聚法：是由單一一種聚合物的相分離復(fù)凝聚法：是由至少兩種帶相反電荷的膠體彼此中和而引起的相分離或采用其他適宜方法使聚合物的溶解度降低，從乳液中分離出來凝聚劑或凝聚誘導(dǎo)劑水相=有效成分+高分子載體油相=乳化劑+有機溶劑反應(yīng)釜W/O乳液微球化學(xué)交聯(lián)法：明膠、殼聚糖和蛋白質(zhì)等帶有氨基的載體與交聯(lián)劑戊二醛或甲醛中的醛基發(fā)生縮合作用，使微球固化加熱固化法：利用蛋白遇熱變性的原理制備微球，將包埋有效成分的蛋白(明膠、白蛋白)水溶液緩慢滴入油相中乳化，再將乳狀液滴入已經(jīng)預(yù)熱至高溫的油中，攪拌、固化、分離、洗滌，即得微球傳統(tǒng)的交聯(lián)劑甲醛具有一定毒性和刺激性，現(xiàn)在通常使用新的安全化學(xué)交聯(lián)劑，如甘油醛、抗壞血酸棕櫚酸酯、三聚磷酸鈉等微球制備方法—交聯(lián)法化學(xué)或加熱交聯(lián)固化適合于制備極性有效成分微球微球制備方法—噴霧干燥法通過壓力式或高速旋轉(zhuǎn)(離心)式霧化器將溶液霧化成微小的液滴，極小的液滴在噴入到熱風(fēng)的熱氣流時，其中的水分會瞬間蒸發(fā)而使微球固化二氯甲烷—惰性氣體(氮氣)干燥水溶液或O/W乳液—熱風(fēng)干燥農(nóng)藥微球質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)及緩釋性能考察指標(biāo)粒徑及分布載藥量包埋率

微球質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)不同于常規(guī)制劑，微球制劑的農(nóng)藥有效成分包埋率達(dá)不到100%，若包埋率偏低，則表明損耗了部分農(nóng)藥有效成分，增加了制備微球的生產(chǎn)成本微球釋放性能—釋放機理在施藥初期，分布在微球表面的有效成分直接擴散到環(huán)境中，是導(dǎo)致施藥初期突釋的主要原因。也是微球具有一定速效的原因微球進(jìn)入環(huán)境后，載體因吸水產(chǎn)生溶脹，微球的孔隙變大，內(nèi)部的有效成分會通過溶脹后產(chǎn)生的孔道擴散到環(huán)境中，使微球發(fā)揮緩釋作用有效成分隨著載體的降解釋放是釋放的主要方式，載體在環(huán)境中通過水解、微生物降解等途徑逐漸分解，包埋在載體內(nèi)部的有效成分被緩慢釋放出來。表面溶解溶脹擴散溶蝕釋放微球釋放性能—靜態(tài)釋放測定方法將微球置于透析袋中，每隔一定時間取外部介質(zhì)進(jìn)行測定，并補充介質(zhì)。其缺點是透析袋會阻止有效成分往外擴散透析袋法離心法微球直接置于介質(zhì)中，取樣后將介質(zhì)進(jìn)行離心取上清液測定并將沉淀物重新用介質(zhì)懸浮，此種方法反復(fù)離心、懸浮可能會破壞微球，從而影響有效成分的釋放包埋法把微球裝入網(wǎng)袋中，然后包埋于適宜的土壤下，定時取出網(wǎng)袋，測定其載藥量，根據(jù)載藥量的降低計算不同時間釋放出的藥量和釋放速度。由于多數(shù)的微球在土壤中施用，在介質(zhì)中的模擬釋放與實際應(yīng)用環(huán)境差異太大，不能完全反映其實際釋放情況，應(yīng)該采用土壤包埋法來測定微球的釋放微球釋放性能—釋放影響因素藥物釋放速率聚合物種類環(huán)境因素(土壤微生物、土壤pH值、土壤有機質(zhì)、土溫、土壤水分等)微球粒徑越小，釋放速率越快動力學(xué)釋放方程：Q=a+bt—零級方程Q=a(1-ebt)—一級方程Q=a+bt1/2—Higuchi方程……粒徑環(huán)境因素不同聚合物的影響同種聚合物聚合度、分子量不同聚乳酸及殼聚糖微球的研究開發(fā)甲維鹽聚乳酸微球工藝研究—工藝重現(xiàn)性試驗批號粒徑載藥量(%)包埋率(%)D50(μm)跨

度1#9.451.6913.7792.582#8.421.7213.6091.463#9.231.6513.5490.97平均值9.031.6913.6491.67標(biāo)準(zhǔn)偏差0.540.040.120.83甲維鹽聚乳酸微球形態(tài)觀察×500×8000甲維鹽微球掃描電鏡圖甲維鹽聚乳酸微球粒徑大小與分布D10D50D90D97跨度4.308.4218.8134.761.72甲維鹽聚乳酸微球緩釋性能測定(9μm)甲維鹽PLA微球釋放曲線甲維鹽聚乳酸微球光解研究甲維鹽微球及原藥、微乳劑光解曲線阿維菌素B2聚乳酸微球?qū)ΩY(jié)線蟲的毒力評價處

理藥劑名稱施藥量(mg/盆)播種、接種、檢查時間A16%阿維菌素B2微球1.8拌土施藥+播種：2014.6.6第一次接種根結(jié)線蟲：2014.6.7第一次挖取黃瓜苗：2014.7.7第二次接種根結(jié)線蟲：2014.7.8第二次挖取黃瓜苗：2014.8.7第三次接種根結(jié)線蟲：2014.8.8第三次挖取黃瓜苗：2014.9.7第四次接種根結(jié)線蟲：2014.9.8第四次挖取瓜苗：2014.10.7A26%阿維菌素B2微球3.6C1.8%阿維菌素B1a微乳劑6CK空白對照0阿維菌素B2微球拌土施用，以阿維菌素B1a微乳劑和空白為對照然后在花盆中播種黃瓜種子播種后、30d后、60d后、

90d后分別接種根結(jié)線蟲試驗后30d、60d、90d和120d取出黃瓜苗，分別檢查每個處理

的根結(jié)數(shù)、黃瓜根重及植株總重，比較藥效毒力室內(nèi)毒力測定試驗結(jié)果—黃瓜植株室內(nèi)毒力測定試驗結(jié)果—黃瓜根部（第一、二個月）室內(nèi)毒力測定試驗結(jié)果—黃瓜根部（第三、四個月）阿維菌素B2聚乳酸微球?qū)ΩY(jié)線蟲的室內(nèi)毒力

(第一、二個月)阿維菌素B2聚乳酸微球?qū)ΩY(jié)線蟲的室內(nèi)毒力

(第三、四個月)殼聚糖微球的研究開發(fā)噻蟲胺殼聚糖微球阿維菌素B2殼聚糖微球甲維鹽殼聚糖微球霜脲氰殼聚糖微球甲維鹽聚乳酸微球阿維菌素B2聚乳酸微球吡唑醚菌酯PLGA納米微球殼聚糖微球聚乳酸微球噻蟲胺殼聚糖微球采用溶解-噴霧干燥法制備噻蟲胺殼聚糖微球制備方法制備的噻蟲胺殼聚糖微球的載藥量為10%-16%(載藥量/乙醇洗滌后的載藥量為1.08-2.19)，D50為5.67-11.5μm，跨度為2.25-6.34申請了國家發(fā)明專利：一種噻蟲胺殼聚糖微球及其制備方法和應(yīng)用，申請?zhí)?01610424540.1安排防治柑桔木虱的田間藥效試驗-阻斷柑桔黃龍病的傳播途徑阿維菌素B2殼聚糖微球采用乳化-噴霧干燥法制備阿維菌素B2殼聚糖微球阿維菌素B2殼聚糖微球通過放大試驗(2000mL)獲得的試驗結(jié)果為：載藥量13.5%(載藥量/乙醇洗滌后的載藥量為1.5)，包埋率為88.8%，粒徑D50為12.4μm，跨度為3.94.制備方法在河北省高邑縣高邑鎮(zhèn)寺家莊村溫室進(jìn)行了田間藥效試驗。結(jié)果表明：阿維菌素B2殼聚糖微球不但具有優(yōu)異的持效，其速效也媲美常規(guī)劑型。申請了國家發(fā)明專利：阿維菌素B2殼聚糖微球及其制備方法和應(yīng)用，申請?zhí)?01610538524.510%阿維菌素B2殼聚糖微球藥效試驗處理藥后30d*藥后60d藥后90d根瘤數(shù)/株相對防效/%根瘤數(shù)/株相對防效/%根瘤數(shù)/株相對防效/%A(5mg/株)0.366.77.0±2.870.5±4.1A6.0±2.975.9±1.7AB(10mg/株)0.733.38.5±3.264.3±8.8A9.2±5.865.8±9.3AC(5mg/株)0.366.711.2±4.854.0±9.8A19.3±9.922.6±6.7BD(CK)1.0

23.7±