國內(nèi)甲維鹽微膠囊劑的研究與開發(fā)現(xiàn)狀

張省委，陳 沖，王 榮，繆 琴，魏芩杰，馮建國*

(1.揚州大學園藝與植物保護學院，江蘇揚州 225009；2.揚州大學測試中心，江蘇揚州 225009)

甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽(Emamectin Benzoate，EMB)，簡稱甲維鹽，是美國默克公司開發(fā)的一種高效半合成抗生素類殺蟲殺螨劑[1]，殺蟲譜廣，兼具胃毒和觸殺作用，對鱗翅目幼蟲的活性極高[2]，被廣泛用于糧食、蔬菜和果樹上重要害蟲的防治。甲維鹽在防控溫室蔬菜根結(jié)線蟲病害方面有著極好的生物活性，同時對抗性小菜蛾的防治效果也十分優(yōu)異[3]。甲維鹽自問世以來就被加工成各種劑型加以廣泛使用，從最初的乳油、微乳劑和水乳劑，到后來的懸浮劑、水分散粒劑等，正朝著高效化、安全化、環(huán)保化的方向發(fā)展。然而，由于其現(xiàn)有制劑的一些弊端，加上甲維鹽原藥本身的易光解性、土壤淋溶性、對環(huán)境的安全風險問題，無法通過普通劑型得以解決，如何開發(fā)兼具保護原藥和控制釋放性能的微膠囊產(chǎn)品越來越受到人們關(guān)注。本文簡要闡述了甲維鹽現(xiàn)有劑型使用過程中存在的一些問題，并對甲維鹽的微膠囊化技術(shù)研究概況加以總結(jié)，旨在為甲維鹽的進一步推廣應用提供參考。

1 甲維鹽現(xiàn)有加工劑型的弊端

甲維鹽原藥為類白色固體，熔點為133～136 ℃，易溶于丙酮、甲醇和乙醇等極性有機溶劑[4]。目前，國內(nèi)獲批登記的甲維鹽加工劑型主要包括乳油、微乳劑、水乳劑、懸浮劑和水分散粒劑等。

乳油是我國重要的傳統(tǒng)農(nóng)藥加工劑型。迄今國內(nèi)登記的甲維鹽乳油單劑的有效成分含量多在0.2%～1.5%(以0.5%和1%為主)，多用于防治稻縱卷葉螟、二化螟、斜紋夜蛾等水稻和蔬菜上的害蟲，并且對抗性小菜蛾的防效可達 95%以上[5]。但由于乳油在加工過程中使用大量的有機溶劑，環(huán)境相容性差，越來越多地被一些水基化劑型所取代[6-7]。

微乳劑是甲維鹽的主要加工劑型之一，與乳油相比，有機溶劑的用量減少了，且穩(wěn)定性與生物活性相當或稍優(yōu)[8-9]。然而，微乳劑主要是通過表面活性劑的增溶作用使油相溶解于水中，乳化劑使用量較大，對環(huán)境存在著潛在的負面影響，在推廣過程中也存在著爭議。范仁俊等[10]通過急性毒性試驗發(fā)現(xiàn)0.5%甲維鹽微乳劑對魚、鵪鶉低毒，對家蠶高毒。

懸浮劑以水為介質(zhì)，粒子小而均勻，兌水后懸浮率高，生物活性優(yōu)異。近年來，甲維鹽也被加工成懸浮劑進行使用。龍友華等[11]通過室內(nèi)毒力測定表明，12%蟲螨腈·甲維鹽懸浮劑在推薦用量下使用，藥后9 d對小菜蛾防效仍在90%左右。但是由于甲維鹽懸浮劑中有效成分含量普遍較低，分層、析水和奧氏熟化等物理穩(wěn)定性問題嚴重影響了產(chǎn)品的貨架壽命，成為制約其推廣應用的難題之一[12]。值得關(guān)注的是，甲維鹽懸浮劑對家蠶等有益生物的毒害作用亦不可避免[13]，這就限制了其的使用技術(shù)和應用范圍。

盡管甲維鹽原藥屬于低毒，但對環(huán)境有益生物仍表現(xiàn)不同程度的毒性作用。魏方林等[14]通過甲維鹽對5種環(huán)境生物的急性毒性試驗表明，甲維鹽對鵪鶉中毒，對魚及蝌蚪高毒，對家蠶和蜜蜂劇毒。楊秀鴻等[15]以大小鼠為試驗對象，通過Ames試驗、微核試驗、染色體畸變試驗等毒理學試驗證明：甲維鹽對動物無明顯致突變作用，但能引起動物神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，影響動物的生長發(fā)育和免疫功能。

甲維鹽在紫外線、強酸和強堿環(huán)境容易分解。而乳油、微乳劑、懸浮劑等傳統(tǒng)劑型不具有保護有效成分和控釋緩釋性能，導致持效期短，需要使用者頻繁施藥，這不僅增加了防治成本，而且容易造成環(huán)境污染[16]。近年來，隨著國家環(huán)保政策的不斷推陳出新，社會各界對農(nóng)藥的加工劑型和使用技術(shù)都提出了更新更高的要求。

2 甲維鹽微膠囊的研究開發(fā)現(xiàn)狀

微膠囊技術(shù)具有保護敏感成分，增強藥物穩(wěn)定性，控制芯材釋放，掩蓋不良氣味，減少有效成分揮發(fā)性以及隔離組分等功能，在醫(yī)藥、食品、涂料和化妝品等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用。其中，農(nóng)藥微膠囊是將活性成分包覆于壁材中，使芯材在某體系內(nèi)維持一定的有效濃度，并在一定時間內(nèi)，按函數(shù)模型以擴散等方式釋放到環(huán)境中。農(nóng)藥微膠囊作為重要的緩釋技術(shù)，能夠改善原藥理化穩(wěn)定性，抑制因光和微生物等因素造成的分解和流失；有效控制緩釋劑量，延長持效期，減少施藥數(shù)量和頻率，減緩有害生物抗藥性的產(chǎn)生和發(fā)展，保護天敵區(qū)系和生態(tài)環(huán)境；抑制農(nóng)藥揮發(fā)，屏蔽異味，降低對人畜的急性毒性和對作物的藥害[17-18]。因此，研究開發(fā)具有良好保護作用和緩釋性能的甲維鹽新型劑型，成為當下人們關(guān)注的焦點，也是農(nóng)藥減量化使用的有效途徑。當前，國內(nèi)各高校及科研院所針對甲維鹽微膠囊劑的研發(fā)開展了大量工作，并取得了一定成效，特總結(jié)如下。

2.1 原位聚合法

原位聚合法(In Situ Polymerization)制備微膠囊的關(guān)鍵是預聚物沉積，聚合反應速率取決于反應體系pH，從而會直接影響微膠囊形貌[19]。此外，溫度也是影響囊壁機械性能的重要因素。原位聚合法的優(yōu)勢在于：壁材的剛韌性較好，不易被壓破，且防水性和抗微生物性顯著增強。缺陷是壁材單體中的甲醛易殘留，危害人體健康[20]。

李偉[2]等以羥乙基纖維素(HEC)為乳化劑，通過原位聚合法制備甲維鹽微膠囊，并對其理化性能進行表征，結(jié)果表明：制得的微膠囊外觀形貌好，包覆率為93.2%，平均粒徑為4.4 μm，緩釋性能良好。劉學等[21]以脲醛樹脂為壁材，通過原位聚合法制備甲維鹽微膠囊，當甲醛、尿素摩爾比為 1.8︰1時所制備的微膠囊包封率為 96.3%，形態(tài)和貯存性能良好。李嘉誠等[22]使用脲醛樹脂為壁材，通過原位聚合法制備甲維鹽微膠囊，探究了單因素對微膠囊理化性能的影響，獲得了最佳工藝為m(壁材)︰m(芯材)=8.0︰2.0，以聚丙烯酸鈉為分散乳化劑，氯化銨為酸性催化劑，終點pH為2.0，縮聚反應溫度控制在70 ℃左右，反應時間為3 h，攪拌速度為1 000 r/min。在此條件下得到的微膠囊形貌規(guī)整，流動性好，粒徑較小，并且具有良好的緩釋性能。

2.2 界面聚合法

界面聚合法(Interfacial Polymerization)是將油溶性單體與水溶性單體在表面活性劑的作用下在油水界面發(fā)生縮聚反應，形成具有一定硬度的聚合物囊殼的經(jīng)典微膠囊懸浮劑研制方法。這種方法工藝簡單，條件相對溫和，得到的微囊表面致密光滑，滲透性好，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。缺點在于：①使用大量有機溶劑，生產(chǎn)成本高；②異氰酸酯類物質(zhì)毒性大，選其作為油溶性單體時若反應不充分則對人畜健康和環(huán)境安全造成威脅[23-24]。

Shen等[25]以十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)為油溶性單體，以多巴胺為水溶性單體，經(jīng)聚合反應形成以聚多巴胺(PDA)為壁材的微膠囊，然后以熱敏材料聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAm)與PDA微膠囊在酸性緩沖液中交聯(lián)，形成PNIPAm-g-PDA結(jié)構(gòu)的熱響應型智能甲維鹽微膠囊，并對其性能進行表征。Zeta電位和傅立葉變換紅外光譜測定均證明PDA與PNIPAm發(fā)生充分交聯(lián)。PDA微膠囊粒徑隨溫度升高而增大，而PNIPAm-g-PDA微膠囊則相反；持續(xù)釋放試驗表明：PNIPAm-g-PDA微膠囊在低溫時釋放速率明顯超過在高溫時的釋放速率，這說明PNIPAm-g-PDA微膠囊的載體在高溫下解鏈，即PNIPAm-g-PDA甲維鹽微膠囊具有很好的熱響應性能。

2.3 復凝聚法

復凝聚法(Complex Coacervation)是通過改變pH、溫度或添加電解質(zhì)等條件，使2種帶相反電荷的高分子物質(zhì)在水中溶解度降低而產(chǎn)生復合凝聚相，從而將囊芯物包覆形成微膠囊[26]。復凝聚法具有工序簡單，條件溫和，粒徑大小可調(diào)等優(yōu)點。然而，有時微膠囊間出現(xiàn)黏連團聚，這是由于交聯(lián)劑用量控制不當所造成。

黃杉杉等[27]以明膠和阿拉伯明膠為壁材，采用復凝聚法制備了甲維鹽微膠囊，研究了不同芯材濃度和不同芯壁比對甲維鹽包封率、載藥量和粒徑大小的影響規(guī)律。結(jié)果表明，當囊芯為液態(tài)藥物時，明膠和阿拉伯明膠的質(zhì)量濃度均為 30 mg/mL條件下可制得包封率為62%的微膠囊，當芯壁比分別為1︰0.5，1︰1.0，1︰1.5，1︰2.0時，包封率波動不大。

2.4 溶劑蒸發(fā)法

溶劑蒸發(fā)法(Solvent Evaporation)是將壁材和囊芯物溶解在易揮發(fā)溶劑中，然后以水作為連續(xù)相，高速剪切形成乳狀液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，離心后得到微膠囊。溶劑蒸發(fā)法制備微膠囊工藝簡單，周期短，溶劑可回收。不足之處則是溶劑去除速度不易控制，尋找對芯材和囊材均有較好溶解度且沸點低的溶劑也較為困難。

鄭海瑛[28-29]以生物可降解材料聚乳酸(PLA)為壁材，采用溶劑蒸發(fā)法制備了甲維鹽微膠囊。最優(yōu)工藝配方為：有機溶劑為二氯甲烷，乳化速度為4 000 r/min，乳化劑為2%阿拉伯膠，油水相體積比為1︰20；平均粒徑隨著乳化速度增大而減小，當r=4 000 r/min時粒徑為16.15 μm；平均粒徑隨著反應溫度升高而逐漸增大，當T=20 ℃時，微膠囊包封率可達 97.5%；通過差示量熱掃描儀證明原藥與聚乳酸形成有機整體；釋放試驗表明，該微膠囊具有明顯緩釋效果。

張少飛等[30]以聚乙烯醇(PVA-1788)為乳化劑，以聚乳酸為壁材，采用溶劑蒸發(fā)法制得了包封率為84.49%，粒徑為7.19 μm，跨度為1.134，形貌特征規(guī)則致密，且具有較好緩釋性能的多殺菌素·甲維鹽微膠囊；在此基礎(chǔ)上，張少飛等[31]以聚乳酸為壁材，明膠為乳化劑，提出了改進的溶劑蒸發(fā)/萃取法，制備得到外觀致密光滑，包封率和載藥量均較高，且緩釋性能良好的甲維鹽微膠囊。

Wang等[32]以聚乳酸為壁材，聚乙烯醇為乳化劑，采用溶劑蒸發(fā)法制備甲維鹽微膠囊，研究了不同種類表面活性劑對微膠囊各項指標的影響。結(jié)果表明：使用非離子型表面活性劑EL-40 (HLB=13～14)制得的甲維鹽微膠囊表面致密光滑，粒徑大小及分布明顯小于陰離子型表面活性劑制備的微膠囊；紅外光譜測定發(fā)現(xiàn)，微膠囊中甲維鹽原藥的特征吸收峰消失，證明原藥被包覆在微膠囊內(nèi)部。

Huang等[33]以聚乳酸為壁材，采用溶劑蒸發(fā)法制備了甲維鹽·多殺菌素微膠囊，發(fā)現(xiàn)微膠囊釋放速率隨著稀釋加水量增多而顯著提高；將一定量微囊樣品浸入不同濃度的明膠涂層中處理并釋放，結(jié)果顯示經(jīng)明膠涂層處理的甲維鹽-多殺菌素微膠囊半數(shù)釋放時間T50(53.7 d)顯著大于對照組(5.45 d)，表明微膠囊表面微孔的滲透性對釋放速率有極重要的影響。此外，光照分解試驗也表明微膠囊對囊芯物有很好的保護效果。

2.5 環(huán)糊精包結(jié)物技術(shù)

環(huán)糊精分子構(gòu)型較為特殊，其內(nèi)腔疏水，外腔親水，根據(jù)空腔大小，其作為“宿主”包結(jié)不同“客體”化合物，形成結(jié)構(gòu)特殊的包絡(luò)物，對于客體化合物起到保護和緩釋作用。其中，β-環(huán)糊精(β-CD)由于分子洞大小適中，水中溶解度低，且生產(chǎn)成本較低，而被用作主要的包結(jié)材料。

郭俊華等[34]通過環(huán)糊精包結(jié)技術(shù)將甲維鹽微膠囊化，以正交試驗的方法篩選出最優(yōu)配方為：β-CD與甲維鹽的質(zhì)量比為10︰3，包結(jié)溫度為50 ℃，水溶液中壁材質(zhì)量分數(shù) W(β-CD)20%，pH為6.5，此時微膠囊包封率為29.80%。經(jīng)光解試驗測定，包結(jié)后甲維鹽分解率分別降低80.04% (8 h后)和48.55%(24 h后)；甲維鹽持效期延長5倍左右，防效提高10%～20%。

2.6 其他方法

目前，國內(nèi)甲維鹽微膠囊化主要采用較常規(guī)的技術(shù)方法，隨著醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域微膠囊化技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)藥從業(yè)者也開始新的嘗試，將其他新技術(shù)引入并取得了一定的進展。近年來，多孔性二氧化硅由于比表面積大，載藥能力強，易制備，穩(wěn)定性好，生物相容性好，成為藥物載體的理想候選物，具有廣闊的研究價值與市場應用前景。Guo等[35]以正硅酸乙酯(TEOS))為硅源，構(gòu)建二氧化硅-環(huán)氧氯丙烷-羧甲基纖維素載體制備纖維素酶與pH雙響應型甲維鹽微膠囊，并對其進行表征。結(jié)果表明，該微膠囊具有較高的負載率(35% w/w)，并能有效提高甲維鹽在光和熱條件下的穩(wěn)定性；二氧化硅-環(huán)氧氯丙烷-羧甲基纖維素微膠囊顯示出良好的纖維素酶與pH雙刺激響應性能；洋蔥染色體畸變試驗表明，甲維鹽微膠囊的遺傳毒性比原藥低，環(huán)境親和性得到明顯改善。

3 甲維鹽微膠囊劑存在的問題

相對于傳統(tǒng)劑型，甲維鹽微膠囊劑在提高原藥穩(wěn)定性，延長持效期和環(huán)境保護等方面具有不可替代的獨特優(yōu)勢，然而微膠囊技術(shù)在研究開發(fā)過程中仍存在一定問題，主要包括以下幾個方面：①部分微膠囊劑制備方法工藝復雜，周期長，生產(chǎn)成本相對較高，大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)困難；②甲醛、異氰酸酯等壁材單體，對人畜毒性大，部分高聚物壁材在田間不易降解，對生態(tài)環(huán)境造成壓力；③不同微膠囊制備方法的載藥能力各不相同，有待于進一步提高；④微膠囊劑有時在施藥前期發(fā)生突釋現(xiàn)象而導致持效期短，有時在前期釋放量不足，濃度太低，導致防治效果下降，而目前對于其微囊形成過程和外觀結(jié)構(gòu)與釋放機理之間的理論闡述還十分缺乏。

4 展望

微膠囊劑在一定程度上彌補了傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型的不足，可以保護農(nóng)藥免受溫度、光照、pH等因素的影響而發(fā)生分解，具有延長持效期，減少施藥次數(shù)，降低防治成本等優(yōu)勢。因此，結(jié)合農(nóng)藥品種、使用環(huán)境、施藥方式以及防治要求等，研究開發(fā)出智能化、性能優(yōu)異的甲維鹽微膠囊產(chǎn)品，對于提高甲維鹽對農(nóng)業(yè)害蟲的防治效果和延緩害蟲對甲維鹽抗藥性的產(chǎn)生具有深遠意義。