潘佃海

摘 要：微膠囊緩釋性農(nóng)藥具有高效、安全、穩(wěn)定、可實(shí)現(xiàn)多種農(nóng)藥有效成分復(fù)配、省工等優(yōu)點(diǎn)，是今后農(nóng)藥發(fā)展的重要方向之一，對(duì)于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。該文綜述了微膠囊農(nóng)藥微膠囊的常規(guī)控制備法和新型制備法，并分析了影響微膠囊緩釋性農(nóng)藥釋放速度的因素及其研究中存在的主要問題，為微膠囊緩釋性農(nóng)藥的進(jìn)一步開發(fā)和推廣提供有效途徑。

關(guān)鍵詞：微膠囊；農(nóng)藥；制備方法；釋放速度

中圖分類號(hào) TQ450.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）05-0059-03

Research and Application Situation of Delayed Release for Microcapsule Pesticide

Pan Dianhai

（Shandong Zhaofengnian Biological Technology Co.Ltd.，Jinan 250200，China）

Abstract：Microcapsule delayed release pesticide has many advantages，such as highly efficient，safety，stability，multiple pesticide effective components and saving of labor.It is one of the important directions of pesticide development in future.It has great significance for sustainable development of agriculture.The conventional preparation methods，the new preparation methods，the factors that influence the release rate and the main problems in the research of microcapsule delayed release pesticide were reviewed in this paper.It provided an effective way for the further development and promotion of microcapsule delayed release pesticides.

Key words：Microcapsule；Pesticide；Preparation methods；Release rate

當(dāng)前，我國(guó)商品農(nóng)藥使用量約為80萬t，居世界首位[1]。傳統(tǒng)農(nóng)藥在農(nóng)藥市場(chǎng)中占有較大比重，其在保障我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品豐產(chǎn)創(chuàng)收的同時(shí)，因其有機(jī)溶劑含量高、殘留高、持效期短等缺陷帶來了生態(tài)環(huán)境污染、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及人畜安全等一系列問題，已經(jīng)越來越不滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。目前，我國(guó)農(nóng)藥新劑型的開發(fā)正朝著水性、粒狀、緩釋、省力化的方向發(fā)展，其中，微膠囊化作為緩釋性農(nóng)藥研究熱點(diǎn)受到了研究者的日益關(guān)注。

農(nóng)藥微膠囊是指以高分子材料為壁材，通過化學(xué)、物理或物理化學(xué)的方法，將農(nóng)藥活性成分包覆起來制備的直徑幾微米至幾百微米的半滲透囊壁的微型膠囊。與傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型如阿維菌素相比，農(nóng)藥微膠囊具有如下的特點(diǎn)：（1）受環(huán)境（光、空氣等）影響較小，理化穩(wěn)定性高，持效期長(zhǎng)，提高功效；（2）以水作為溶劑降低了環(huán)境污染，而且有利于不相容成分之間的復(fù)配；（3）農(nóng)藥揮發(fā)受到有效抑制，降低了對(duì)人畜的接觸毒害；（4）可固態(tài)化，降低貯存、運(yùn)輸?shù)碾y度。

1 微膠囊緩釋性農(nóng)藥的制備方法

微膠囊農(nóng)藥微膠囊的制備方法可分為常規(guī)控制釋放劑制備法和新型控制釋放劑制備法。

1.1 常規(guī)控制釋放劑制備法

1.1.1 復(fù)凝聚法 復(fù)凝聚法是由2種帶正、負(fù)電荷的高分子物質(zhì)或者一種高分子物質(zhì)與帶相反電荷的小分子物質(zhì)作為微膠囊的壁材，通過改變溫度或電解質(zhì)的添加等使其發(fā)生靜電作用，在水中的溶解度降低發(fā)生凝聚作用，從而產(chǎn)生新的復(fù)合凝聚相，制得微膠囊[2]。該方法常使用的壁材為水溶性高分子物質(zhì)，如殼聚糖、明膠、聚乙烯吡咯烷酮、酪氨酸、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、阿拉伯膠等。在使用時(shí)往往采用組合的方式，如明膠-阿拉伯膠、殼聚糖-海藻酸鈉、殼聚糖-阿拉伯膠、殼聚糖-木質(zhì)素磺酸鈉等，已制備那他霉素、2，5-二苯基噻吩、阿維菌素等微膠囊[3-5]。復(fù)凝聚法可制備形態(tài)規(guī)則、粒徑均勻的農(nóng)藥微膠囊，具有條件溫和、工藝簡(jiǎn)便、包埋率高、不使用有機(jī)溶劑等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)受酸堿度和濃度影響不易控制，微膠囊間會(huì)粘連團(tuán)聚。

1.1.2 界面聚合法 界面聚合法是將2種帶有不同活性基團(tuán)的物質(zhì)即異氰酸酯等油溶性單體和多元醇等水溶性單體在油水界面通過擴(kuò)鏈劑發(fā)生縮聚反應(yīng)在芯材液滴表面形成具有一定硬度的聚脲、聚酰胺、聚胺酯等聚合物膜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)活性物的包裹。該方法常使用的壁材為環(huán)己烷二異氰酸酯-乙二醇、4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）-乙二胺、苯乙稀-甲基丙烯酸丁酯-雙丙酮丙烯酰胺等，已制備了乙草胺微膠囊、二甲戊靈微囊懸浮劑、吡丙醚聚氨酯微膠囊等微膠囊[6，7]。界面聚合法具有囊壁滲透性較好、反應(yīng)時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)便和條件溫和、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在單體在液體農(nóng)藥中不易溶解，部分未反應(yīng)單體毒性較大，有些副反應(yīng)會(huì)部分或者完全破壞包埋物質(zhì)的性能；對(duì)包埋物質(zhì)的環(huán)境敏感性有特殊要求；生產(chǎn)制備需要有機(jī)溶劑，生產(chǎn)成本較高等一系列問題。

1.1.3 原位聚合法 原位聚合法是首先在弱堿環(huán)境中進(jìn)行單體（如甲醛、尿素）預(yù)聚，然后調(diào)節(jié)至酸性條件使預(yù)聚物再次交聯(lián)，再添加增稠劑、分散劑等，制成不溶性樹脂膠囊。該方法常使用的壁材為蜜胺、三聚氰胺-甲醛、脲醛等，已制備了阿維菌素、辛硫磷、噻蟲啉、二甲戊靈、氟蟲腈和毒死蜱等微膠囊[8-10]。原位聚合法具有微膠囊不易被壓破，防水性強(qiáng)，有較好的剛性和韌性，可包覆液體原藥，也可包覆固體顆粒，抗微生物性能顯著等優(yōu)點(diǎn)。但其制備粉末狀產(chǎn)品時(shí)易發(fā)生絮凝，溫度引起的膨脹或收縮會(huì)導(dǎo)致膠囊破裂，同時(shí)，單體殘留會(huì)造成環(huán)境污染和人畜傷害。

1.1.4 溶劑揮發(fā)法 溶劑揮發(fā)法是將有效成分（芯材）溶解或分散在一定成囊有機(jī)溶劑中作為油相，再與含乳化劑的連續(xù)相混合，高剪切混合后形成O/W型乳狀液，揮發(fā)去除有機(jī)溶劑，分離制得微膠囊。該方法主要有選擇芯材和壁材、形成穩(wěn)定液滴、揮發(fā)去除溶劑、洗滌干燥膠囊4步，其中，第二、第三步對(duì)微膠囊的形成至關(guān)重要。該方法常使用的壁材為丙烯酸甲酯、殼聚糖、聚己內(nèi)酯和聚乳酸乙基纖維素、D，L-乳酸、聚碳酸亞丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、改性聚碳酸亞丙酯、聚碳酸亞丙醋-聚乙二醇等，溶劑有二氯甲烷，已制備了阿維菌素、吡蟲啉、啶蟲脒、放線菌酮、噻蟲嗪、高效氯氰菊酯和毒死蜱等微膠囊[11，12]。溶劑揮發(fā)法具有反應(yīng)易于控制，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)溫度要求低，耗時(shí)少，體系穩(wěn)定，溶劑回收率高、溶劑殘留低等優(yōu)點(diǎn)，但其應(yīng)用的對(duì)有效成分和膠囊壁有較高溶解度且低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑不易找到，其對(duì)溶劑去除條件要求嚴(yán)格，速度過快易形成粗糙表面，導(dǎo)致有效成分突釋。

1.2 新型控制釋放劑制備法

1.2.1 環(huán)糊精包合法 包合型緩控釋農(nóng)藥是指原藥分子通過不同分子間的相互作用，與其他化合物形成具有不同空間結(jié)構(gòu)特征的新分子化合物。環(huán)糊精是由6～12個(gè)D-吡喃葡萄糖單元通過α-1，4-糖苷鍵連接的環(huán)狀低聚物，在食品、化妝品及醫(yī)藥工藝具有廣泛應(yīng)用，其中最常見的是含有6～8個(gè)葡萄糖單體的α、β和γ環(huán)糊精。環(huán)糊精具有一定尺寸的空腔，可以與許多有效成分分子包結(jié)形成包合物。不同制備方法如沉淀法、研磨法、冷凍干燥法、噴霧干燥法等所制得的包合物數(shù)量、質(zhì)量均不相同。環(huán)糊精包合法因其特殊的構(gòu)造和優(yōu)異的緩釋功能被引入到農(nóng)藥微膠囊領(lǐng)域，常使用的種類為β環(huán)糊精、二氧化硅修飾過的β環(huán)糊精和γ環(huán)糊精，已制備了聯(lián)苯肼酯、阿維菌素、莠去津等微膠囊[13-15]。

1.2.2 層層納米自組裝法 層層納米自組裝法是將帶正、負(fù)電荷的物質(zhì)通過靜電引力層層交替沉積的自組裝技術(shù)，通過調(diào)節(jié)自組裝的成分、條件或循環(huán)次數(shù)，在納米尺度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)囊壁厚度和結(jié)構(gòu)，從而控制囊芯物的釋放速率，該方法主要以靜電作用為驅(qū)動(dòng)力，共價(jià)鍵、范德華力、氫鍵和聚合物鏈段間的疏水作用力也可作為成膜推動(dòng)力。該方法制備過程中選擇合適的囊壁組成，可使微膠囊具有良好的生物相容性以及刺激響應(yīng)性滲透能力，且囊壁的選擇不受基底的影響，不同的農(nóng)藥可以使用通用的壁材。該方法常使用的壁材為殼聚糖-甲基丙烯酸甲酯、羥甲基殼聚糖、水溶性多胺-苯乙烯馬來酸酐、殼聚糖-木質(zhì)素磺酸鈉等，已制備了滅多威、戊唑醇、對(duì)十二烷基乙酸鹽-十二烷醇、阿維菌素等自組裝復(fù)合物微膠囊[16]。層層納米自組裝法制備過程簡(jiǎn)單，釋放速率可調(diào)控范圍較大，加入磁性納米粒子，能夠?qū)崿F(xiàn)藥物的靶向釋放，具有新穎、靈活的特點(diǎn)，但是其裝載效率低并耗時(shí)，水溶性或難以制備成粒狀的農(nóng)藥包覆不易實(shí)現(xiàn)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

另外，水滑石類化合物插層、高分子載體或者通過交聯(lián)劑相連、以及與無機(jī)、有機(jī)化合物絡(luò)合等技術(shù)也在農(nóng)藥緩釋領(lǐng)域也進(jìn)行了研究和應(yīng)用[17]。

2 影響微膠囊緩釋性農(nóng)藥釋放速度的因素

2.1 微膠囊載體材料 微膠囊載體材料的降解速率對(duì)微膠囊擇放藥物的性能會(huì)有明顯的影響，載體材料的降解速率越大，微膠囊釋放的速度也會(huì)越快，特別是對(duì)于載藥量以及粒徑大小相近的微膠囊而言[18]。

2.2 微膠囊壁材結(jié)構(gòu) 微膠囊壁材對(duì)微膠囊緩釋性農(nóng)藥釋放速度有重要影響，其結(jié)晶度和交聯(lián)度對(duì)微膠囊表面孔隙產(chǎn)生不同的影響，微膠囊孔隙越大，膠囊內(nèi)的活性成分向往釋放的速率也越快。因此，要使微膠囊的有效成分釋放速率小，微膠囊壁材的結(jié)晶度和交聯(lián)度一定要大。

2.3 微膠囊壁材濃度 微膠囊壁材濃度對(duì)微膠囊中有效成分的釋放速度有一定的影響，一般認(rèn)為其符合Fick釋放規(guī)律，也就是說微膠囊壁材濃度越高，有性成分的釋放速率越快[19]。

2.4 微膠囊囊壁厚度 微膠囊囊壁厚度對(duì)微膠囊有效成分由內(nèi)而外的擴(kuò)散速率密切相關(guān)，微膠囊囊壁的厚度越薄，有效成分通過囊壁的時(shí)間就越短，有效成分的釋放速度也就越快[20]。

3 微膠囊緩釋性農(nóng)藥研究中尚存在的問題

近年來，微膠囊緩釋性農(nóng)藥在研發(fā)和應(yīng)用方面均取得了顯著的成就，但不可否認(rèn)的是其在生產(chǎn)應(yīng)用方面仍有許多問題急需改進(jìn)和解決。

3.1 緩釋性能還難以控制 微膠囊緩釋性農(nóng)藥的釋放速率受微膠囊囊壁材結(jié)構(gòu)和濃度、囊壁厚度、載體材料、有效成分的性質(zhì)等多種因素影響，還不能做到完全的可控。壁材的致密度、抗壓強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性以及擴(kuò)散系數(shù)等均會(huì)影響微膠囊緩釋性農(nóng)藥的特性，從而導(dǎo)致其可能會(huì)在施藥前期突釋、前期釋放量不足或者釋放持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)而帶來農(nóng)藥殘留問題。

3.2 有效成分含量低且成分單一，應(yīng)用面窄，市場(chǎng)接受度還不夠 目前，市場(chǎng)上的微膠囊緩釋性農(nóng)藥的有效成分單一、含量低且品種少，主要為有機(jī)磷類和擬除蟲菊酯類殺蟲劑類。同時(shí)，與傳統(tǒng)農(nóng)藥相比，微膠囊緩釋性農(nóng)藥的速效性還有較大的差距，與農(nóng)業(yè)從業(yè)者的快需求還有較大差距。這也是微膠囊緩釋性農(nóng)藥在果蔬保鮮、種子處理和土壤處理等方面還無法全面推廣的重要原因之一。

3.3 制備工藝復(fù)雜，助劑少，成本較高 微膠囊緩釋性農(nóng)藥的加工工藝復(fù)雜，反應(yīng)終點(diǎn)難得到有效控制。制備過程中乳化劑起到關(guān)鍵作用，但是既能將有效成分進(jìn)行良好分散，又有助于囊壁形成的乳化劑種類較少。而且生產(chǎn)成本較高，技術(shù)放大難度大，存在一定的投資風(fēng)險(xiǎn)，這些問題是影響微膠囊緩釋性農(nóng)藥工業(yè)生產(chǎn)的難點(diǎn)之一。

3.4 微膠囊壁材的生物降解性還有待改進(jìn) 微膠囊緩釋性農(nóng)藥囊壁材料對(duì)環(huán)境的污染也不容忽視，因而，以殼聚糖、明膠和阿拉伯膠等天然高分子物質(zhì)以及脂肪族聚碳酸酯、聚乳酸共聚物等低毒性和環(huán)境友好型高分子材料為壁材的微膠囊緩釋性農(nóng)藥是下一步研究的焦點(diǎn)之一。

隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和科技的不斷進(jìn)步，微膠囊緩釋性農(nóng)藥以其具有持效、安全、穩(wěn)定、可實(shí)現(xiàn)多種農(nóng)藥有效成分復(fù)配、省工等優(yōu)點(diǎn)，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)農(nóng)藥的不足，對(duì)于有害生物的有效防治和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義，在農(nóng)藥市場(chǎng)的前景無可限量。

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（責(zé)編：張宏民）