徐華+周紅軍+陳鏵耀+周新華

摘要：以毒死蜱為模型藥物，通過擠壓法制備了氨基化凹凸棒土/毒死蜱/海藻酸鈉復合微球。利用FTIR和TG對復合微球的結構進行了表征，考察了海藻酸鈉用量對復合微球載藥性能的影響，并探究了海藻酸納、離子濃度、溫度和pH對復合微球緩釋性能的影響。結果表明，KH550已成功接枝于凹凸棒土。當KH550-HATP∶海藻酸鈉的質量比為1∶1時，復合微球的載藥量最大，為21.0%。此外，載藥復合微球的釋藥行為表現出對離子濃度、溫度和pH的響應，釋藥曲線符合Higuchi動力學模型，其藥物釋放主要是以Fickian機理進行。

關鍵詞：氨基化凹凸棒土；海藻酸鈉；微球；緩釋

中圖分類號：TQ450.6；TQ450.1+4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）23-4527-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.23.027

Abstract： Amine-modified attapulgite/chlorpyrifos/sodium alginate microspheres were prepared by extrusion dripping method in the presence of chlorpyrifos. The structure of microspheres were characterized by FTIR and TG. The effects of sodium alginate dosage on loading content and the effects of sodium alginatedosage， ionic concentration， temperature and pH on the slow-release performance were investigated. The result showed that KH550 had been successfully grafted on attapulgite. While the dosage of KH550-HATP and sodium alginate was 1∶1， the drug losding capatcity of microspheres was the maximal for 21.0%. Moreover， microspheres had a good slow-release performance in response to ionic concentration， temperature and pH， the drug releasing curves could be described by Higuchi equation and Fickian mechanism.

Key words： amine-modified attapulgite； sodium alginate； microspheres； sustained release

中國是農業(yè)大國，對農藥的使用必不可少，但傳統(tǒng)型農藥由于其活性組分釋放速率快，藥效時間短，致使其防治病蟲害效果不理想，且其抗雨水沖刷性弱，實際利用率低，并易造成面源污染[1]。為了合理調控農藥的釋放速率，延長其藥效時間和提高農藥利用率，緩控釋型農藥制劑引起了人們廣泛的研究。

凹凸棒土是一種具有規(guī)整層鏈狀結構的硅酸鹽礦物[2]，因其具有較大比表面積，規(guī)則的多孔道形貌，較強的吸附性[3]和良好的力學穩(wěn)定性，以及價格低廉等優(yōu)點，可作為緩控釋型農藥制劑的良好載體。但是，由于天然的凹凸棒土表面具有較多的親水性基團，降低了其對農藥的負載量，而采用含有氨基、巰基等有機官能團的化合物對凹凸棒土進行有機改性，可有效改善凹凸棒土的疏水性能，增強與藥物之間的相互作用力，從而提高其吸附能力，使其能夠在藥物緩釋方面得到廣泛的應用。

海藻酸鈉是一種無毒、低成本和可生物降解的緩釋載體材料[4]，在醫(yī)藥和農藥緩釋領域已得到廣泛的關注[5]。但海藻酸鈉微球結構比較疏松，釋藥過程中往往存在“爆釋”現象[6，7]。通過共混改性能改變海藻酸鈉微球的微相結構，增強其致密度和凝膠強度，進而改善海藻酸鈉復合微球的釋藥性能。因海藻酸鈉具有陰離子特性，可以與陽離子特性的物質產生氫鍵和靜電作用，能有效改善復合微球的結構，從而實現提高其載藥和緩釋性能。為此探索以3-胺丙基三乙氧基硅烷（KH550）對凹凸棒土進行修飾改性，制得具有陽離子特性的氨基化凹凸棒土，一方面改善凹凸棒土對藥物的親和力，另一方面能夠與海藻酸鈉產生靜電作用來提高海藻酸鈉復合微球的載藥量和緩釋性能。試驗以毒死蜱為模型藥物，采用擠壓法制備氨基化凹凸棒土/毒死蜱/海藻酸鈉復合微球，考察了海藻酸鈉用量對復合微球載藥量的影響，著重討論了海藻酸鈉用量、NaCl離子濃度、溫度和pH對復合微球釋藥性能的影響，并探究了其藥物釋放的動力學模型，以期為改性凹凸棒土在農藥緩釋領域的應用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

氯化鈣（分析純，天津市福晨化學試劑廠）；無水乙醇（分析純，天津市大茂化學試劑廠）；甲苯、氫氧化鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；鹽酸（分析純，廣州化學試劑廠）；海藻酸鈉、3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、六偏磷酸鈉（分析純，阿拉丁試劑有限公司）；氯化鈣（分析純，成都科龍化工試劑廠）；凹凸棒土（來源地安徽）；毒死蜱（純度>98%，江蘇景宏化工有限公司）。

1.2 儀器與設備

Spectrum 100型傅立葉變換紅外光譜儀（美國Perkin Elmer公司）；Q600型熱重分析儀（美國TA儀器公司）；85-2型恒溫磁力攪拌器（江蘇常州澳華儀器有限公司）；KH-250型超聲波清洗器（江蘇昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司）；T6新世紀型紫外-可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）。

1.3 改性凹凸棒土/毒死蜱/海藻酸鈉復合微球的制備

1.3.1 凹凸棒土的提純與酸化 稱取40 g的凹凸棒土置于裝有300 mL去離子水和4 g六偏磷酸鈉的燒杯中，用高速分散機對混合液恒溫攪拌60 min，后靜置6 min，再分離出上層懸浮液，并對下層液體進行過濾、洗滌、干燥，即可制得純化的凹凸棒土。取20 g純化的凹凸棒土于燒杯中，加入400 mL 4 mol/L的HCl溶液，在60 ℃下攪拌4 h，對其進行過濾、洗滌至中性、烘干，制得酸化凹凸棒土（HATP），備用。

1.3.2 KH550改性酸化凹凸棒土 稱取3 g HATP，置于裝有100 mL甲苯的三口瓶中，邊超聲振蕩邊加入3 mL KH550，并在40～45 ℃下超聲40 min，50 ℃反應4 h，過濾，依次用甲苯、乙醇和去離子水洗滌多余的KH550，真空干燥24 h，制得氨基改性凹凸棒土（KH550-HATP）。

1.3.3 KH550-HATP/毒死蜱/海藻酸鈉復合微球的制備 稱取0.25 g KH550-HATP，分散于5 mL去離子中，攪拌至粉末分散均勻，后與毒死蜱乙醇溶液（0.25 g毒死蜱溶于5 mL乙醇）混合，然后加入海藻酸鈉溶液，攪拌并超聲20 min，靜置，冷卻至室溫。利用擠壓法將上述混合液滴入80 mL質量分數為8%的CaCl2溶液中，滴加速度為50 mL/h，滴加完繼續(xù)攪拌1 h，過濾并于40 ℃真空干燥24 h，制得復合微球。

1.4 復合微球的結構表征

采用溴化鉀壓片法制樣，通過紅外光譜儀對凹凸棒土、改性凹凸棒土和復合微球的結構進行表征；利用熱重分析儀分析載藥微球的熱穩(wěn)定性，升溫范圍為30～800 ℃，升溫速率為20 ℃/min，氮氣速率為50 mL/min；利用紫外-分光光度計測試微球中農藥的含量。

1.5 性能測試

1.5.1 載藥性能的測試 稱取一定量（M0，mg）的復合微球粉末于100 mL容量瓶中，加入體積分數為50%的毒死蜱/乙醇溶液，在35 ℃下恒溫水浴振蕩48 h，然后移取上層清液并稀釋至一定的倍數n，用紫外-分光光度計測定其吸光度，其載藥量LC按式（1）計算。

LC=■×100% （1）

式中，c為紫外-分光光度計測定的質量濃度（mg/L）。

1.5.2 緩釋性能的測試 稱取一定量（M1，mg）載藥微球于錐形瓶中，加入100 mL不同pH的50%乙醇水溶液，并將錐形瓶放于不同溫度的恒溫水浴中，間隔固定的時間（t），取出5 mL樣品液，同時向錐形瓶中補充等體積介質，將5 mL樣品液稀釋到50 mL，用紫外分光光度計測定其吸光度，毒死蜱隨時間的累積釋放率為Ri，繪制t-Ri曲線作為毒死蜱的緩釋動力學曲線，累積釋放率Ri可按式（2）計算。

Ri=■（i=1）■+■（i=2，3，4…） （2）

式中，ρi為第i次移出液中毒死蜱的質量濃度（mg/L）。

2 結果與分析

2.1 FTIR分析結果

圖1為HATP（a）、KH550-HATP（b）和載藥微球（c）的FTIR圖。由圖1可見，譜線b在2 950、2 895 cm-1處出現了亞甲基的伸縮振動峰，在1 494 cm-1處出現了-NH3+的對稱振動峰，以及在687 cm-1處出現了N-H鍵的彎曲振動峰[8，9]，說明硅烷偶聯劑KH550已接枝到酸化凹凸棒土的表面。譜線c為載藥復合微球，在1 550、1 410、830 cm-1處出現了毒死蜱的特征峰，分別屬于吡啶環(huán)中C=N、芳香族中C-C以及P=S的吸收振動峰[10]，說明毒死蜱已經負載于復合微球中。

2.2 TG分析結果

圖2為凹凸棒土ATP（b）、HATP（c）、KH550-HATP（a）和載藥微球（d）的TG圖。由圖2可知，曲線a在100～450 ℃時的失重均低于曲線b和曲線c，這是由于100～450 ℃溫度區(qū)間內b、c的失重均為凹凸棒內部水游離失重，KH550改性后，由于凹凸棒土表面有機官能團的疏水性，使得在產品干燥過程中結晶水更容易游離出，故而曲線a在100～450 ℃時的失重均低于曲線b和曲線c。隨著溫度的升高，a中有機官能團開始熱分解，故而在800 ℃時，a失重要高于b和c，綜上，KH550已被接枝于凹凸棒土表面。

2.3 載藥性能分析結果

由表1可知，當KH550-HATP/海藻酸鈉用量配比等于1時，復合微球的載藥量最大，可達21.0%；當KH550-HATP/海藻酸鈉用量配比小于1時，隨著配比的增加，微球中海藻酸鈉含量降低，干燥微球的吸水能力逐漸降低，微球交聯成型過程中，藥物滲透到外界交聯劑溶液的速率較小，故載藥量逐漸增大；當配比大于1時，海藻酸鈉用量增多，故載藥量減少。

2.4 緩釋性能分析

2.4.1 海藻酸鈉的添加量對緩釋性能的影響 從圖3可以看出，當毒死蜱∶KH550-HATP∶海藻酸鈉的質量比為1.0∶1.0∶1.4時，復合微球的緩釋性能相對最好。因為當海藻酸鈉用量較多時，能夠交聯而形成更致密的三維網狀結構，在后續(xù)藥物釋放過程中能緩解因溶蝕而產生的毒死蜱的釋放。因此，當毒死蜱∶KH550-HATP∶海藻酸鈉的質量比為1.0∶1.0∶1.4時，復合微球的緩釋性能較好。

為了進一步探究不同海藻酸鈉添加量的載藥復合微球的藥物釋放性能，分別采用Zero-order、First-order和Higuchi對其釋藥數據進行擬合，結果見表2。從表2可以看出，該載藥復合微球的釋藥曲線與Higuchi動力學模型的擬合度相對最高，說明其藥物釋放主要是以Fickian機理進行，擴散為主，溶蝕為輔。

2.4.2 NaCl濃度對緩釋性能的影響 由圖4可知，隨著離子濃度由0增加至5.8%，藥物的累積釋放率由89%降低至34%，說明復合微球的緩釋性能得到了改善。這是由于復合微球表面存在滲透壓，離子濃度越大，滲透壓越大，復合微球的溶脹加劇，微球粒徑變大[11]，藥物滲透并擴散到溶液中需要更多的時間，故其緩釋性能提高。

2.4.3 溫度對緩釋性能的影響 圖5為不同溫度對復合微球緩釋性能的影響。由圖5可見，隨著溫度的升高，載藥微球的緩釋效果變差。這是由于溫度越高，復合微球溶脹加劇而更易溶蝕，且藥物的分子運動加劇，兩種效果致使毒死蜱更容易擴散到復合微球的外部，從而導致其緩釋性能變差。

2.4.4 pH對緩釋性能的影響 圖6為不同pH對復合微球緩釋性能的影響。由圖6可知，隨著時間的延長，藥物的累積釋放率呈現先增大后趨于穩(wěn)定的趨勢，其緩釋效果為隨著pH的升高，復合微球的藥物累積釋放率逐漸增大。因為在酸性條件下，羧基的離子化遭到抑制，改性凹凸棒土中的氨基被質子化，凹凸棒土與海藻酸鈉之間的靜電作用增強，致使復合微球的結構變得更加致密，從而抑制了藥物向緩釋介質擴散，故其緩釋性能得到提高。

3 小結

以毒死蜱為模型藥物，KH550改性凹凸棒土為改性劑，制備了氨基化凹凸棒土/毒死蜱/海藻酸鈉復合微球，其載藥量最大為21.0%。而毒死蜱∶KH550∶HATP∶海藻酸鈉的質量比為1.0∶1.0∶1.4時，復合微球的緩釋性能相對最好。當NaCl離子濃度由0增加至5.8%，復合微球的藥物累積釋放率從89%降低至34%。此外，載藥復合微球在釋藥過程中表現出對離子濃度、溫度和pH有良好的響應。釋藥曲線符合Higuchi動力學模型，其藥物釋放主要是以Fickian機理進行，其有望應用于智能響應型微球中。

參考文獻：

[1] 陳鏵耀，周新華，周紅軍，等.毒死蜱/殼聚糖改性凹凸棒土/海藻酸鈉微球的制備與緩釋性能[J].化工進展，2017，36（3）：1033-1040.

[2] CUI H，QIAN Y，LI Q，et al. Fast removal of Hg（II） ions from aqueous solution by amine-modified attapulgite[J].Applied Clay Science，2013，72：84-90.

[3] ZHOU X H，LIU Q H，YING G Q，et al. Chlorpyrifos-loaded attapulgite/sodium alginate hybrid microsphere and its release properties[J].Advanced Materials Research，2012，557-559：1528-1532.

[4] HE Y，WU Z，TU L，et al. Encapsulation and characterization of slow-release microbial fertilizer from the composites of bentonite and alginate[J].Applied Clay Science，2015，109-110：68-75.

[5] SONI M L，KUMAR M，NAMDEO K P. Sodium alginate microspheres for extending drug release：formulation and in vitro evaluation[J].International Journal of Drug Delivery，2010，2（1）：64-68.

[6] 羅 璋，周新華，尹國強，等.羽毛蛋白/海藻酸鈉復合載藥微球及其緩釋性能[J].高分子材料科學與工程，2014（8）：150-155.

[7] LAN S，KEHINDE T，ZHANG X，et al. Controlled release of metronidazole from composite poly-ε-caprolactone/alginate （PCL/alginate） rings for dental implants[J].Dental Materials，2013，29（6）：656-665.

[8] DAI X，QIU F，ZHOU X，et al. Amino-functionalized mesoporous silica modified glassy carbon electrode for ultra-trace copper（II） determination[J].Analytica Chimica Acta，2014，848：25-31.

[9] 馬宏瑞，韓曉晶，王家宏.有機改性凹凸棒土對腐殖酸的吸附性能研究[J].離子交換與吸附，2012（1）：46-53.

[10] 林粵順，周新華，周紅軍，等.毒死蜱/羽毛蛋白/海藻酸鈉復合微球的制備及其緩釋性能[J].農藥，2014（12）：892-896.

[11] 羅 璋，周新華，陳思曉，等.SA/FK智能復合微球的交互作用及溶脹性能[J].精細化工，2014，31（3）：312-316.