陳元輝，余海濤，趙 峰，冀欽隴，王玉靈，胡冠芳，李惠霞，牛樹(shù)君*，劉永剛*

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，蘭州 730070）

辛酰溴苯腈（Bromoxynil octanoate）是一種廣譜、選擇性苗后莖葉處理觸殺型除草劑，由于該產(chǎn)品具有顯著的除草性能，可用于防除一年生和多年生闊葉雜草，被廣泛運(yùn)用于防治玉米、小麥、大蒜、胡麻等作物田闊葉類雜草[1-2]。我國(guó)辛酰溴苯腈登記的劑型主要為乳油及可分散油懸浮劑等，傳統(tǒng)劑型具有釋放迅速、持效期短等缺點(diǎn)，在田間實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中常常會(huì)增加用量和施用頻率，這會(huì)導(dǎo)致防治成本增加，限制其進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用[3-4]。通過(guò)微膠囊化技術(shù)將農(nóng)藥活性物質(zhì)包覆在特定的天然或合成高分子材料中形成微膠囊，能夠有效保護(hù)農(nóng)藥活性物質(zhì)，降低環(huán)境因素的影響；降低農(nóng)藥對(duì)非靶標(biāo)生物的毒害風(fēng)險(xiǎn)，提高對(duì)人、畜、作物等的安全性；延長(zhǎng)有效期，減少施藥次數(shù)[5-7]，因此受到農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)及科研學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，農(nóng)藥微膠囊領(lǐng)域常用的制備方法有溶劑蒸發(fā)法、界面聚合法、原位聚合法、復(fù)凝聚法等[8-9]。其中溶劑蒸發(fā)法因反應(yīng)條件溫和，工藝簡(jiǎn)便，不需要特殊試劑和設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于農(nóng)藥微膠囊的制備[10]。

目前辛酰溴苯腈微膠囊化劑型鮮有報(bào)道，本研究以聚羥基丁酸酯（PHB）為壁材，辛酰溴苯腈為芯材，通過(guò)溶劑蒸發(fā)法制備辛酰溴苯腈微膠囊，篩選最佳制備工藝，測(cè)定目標(biāo)產(chǎn)物釋放性能及生物活性，以達(dá)到減少辛酰溴苯腈使用量，提高利用率的目的。

1 材料與方法

1.1 試劑

97%辛酰溴苯腈原藥，江蘇禾本生化有限公司；聚乙烯醇（PVA）、聚羥基丁酸酯（PHB），上海麥克林生化科技有限公司；三氯甲烷、透析袋，北京索萊寶科技有限公司；無(wú)水乙醇（AR），天津市富宇精細(xì)化工有限公司；30%辛酰溴苯腈乳油，浙江禾本科技有限公司；吐溫-80（Tween-80），麥克林試劑公司。

1.2 儀器

CPA 224S 電 子 天 平，德 國(guó)Sartorius 公 司；KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山舒美超聲儀器有限公司；RCT basic磁力攪拌器，德國(guó)IKA公司；SAII-2-X高剪切乳化機(jī)，上海壹維機(jī)電設(shè)備有限公司；BX53正置顯微鏡，奧林巴斯工業(yè)有限公司；Bettersize 2000激光粒度儀，丹東百特儀器有限公司；UV-4800型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海優(yōu)尼科儀器有限公司；FD-1A-50真空冷凍干燥機(jī)，博醫(yī)康（北京）儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 辛酰溴苯腈微膠囊的制備

準(zhǔn)確稱取0.500 g的辛酰溴苯腈原藥和2.500 g PHB，分別用三氯甲烷溶解，并按芯壁比為1∶5的比例混合為油相；準(zhǔn)確稱取20.0 g PVA于去離子水中加熱溶解，待其冷卻后配制成2% PVA水溶液作為水相。按油水相比1∶5的比例將油相和水相混合倒入燒杯中，高速剪切5 min得均質(zhì)乳液；將乳液加熱攪拌揮發(fā)有機(jī)溶劑，待溶劑蒸發(fā)完全，離心洗滌并冷凍干燥，即得辛酰溴苯腈微膠囊粉末，干燥儲(chǔ)存。

1.3.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以載藥量、包封率和粒徑大小為微膠囊性能指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)來(lái)探究微膠囊制備過(guò)程中芯壁比、油水比、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及剪切速率等因素對(duì)微膠囊性能的影響（表1）。以芯壁材質(zhì)量比1∶5、油水體積比1∶5、乳化劑PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%和剪切速率12 000 r/min為基準(zhǔn)，確定單個(gè)因素對(duì)微膠囊性能的影響。

表1 辛酰溴苯腈微膠囊制備單因素試驗(yàn)水平表

1.3.3 正交試驗(yàn)篩選最佳制備工藝

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定辛酰溴苯腈微膠囊制備最佳工藝，具體包括芯壁質(zhì)量比、油水體積比、PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和剪切速率4個(gè)因素作為考察對(duì)象，每因素設(shè)置3個(gè)水平（表2），采用L9（34）正交表，實(shí)施方案見(jiàn)表3。以載藥量和粒徑為考察辛酰溴苯腈配方的評(píng)價(jià)指標(biāo)。使用極差分析法對(duì)正交試驗(yàn)因素進(jìn)行分析，通過(guò)SPSS計(jì)算總響應(yīng)值（K）和平均響應(yīng)值（K），并根據(jù)平均響應(yīng)值求因素極差值（R），依據(jù)R值的大小判斷因素的優(yōu)劣情況和某因素的最佳水平情況，從而得到最佳組合[11]。

表2 辛酰溴苯腈微膠囊制備正交試驗(yàn)因素和水平

表3 辛酰溴苯腈微膠囊制備正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果表

1.4 微膠囊理化性能表征

1.4.1 微膠囊形貌表征

稱取0.020 g微膠囊干粉加入盛有40 mL蒸餾水的燒杯中，超聲后在光學(xué)顯微鏡下選取典型區(qū)域拍照。

1.4.2 平均粒徑測(cè)定

使用激光粒度分布儀對(duì)微膠囊粒度進(jìn)行測(cè)定，3次重復(fù)，取其平均值。

1.4.3 包封率和載藥量的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取0.020 g的微膠囊干粉，置于50 mL的容量瓶中，用無(wú)水乙醇溶解并定容至50 mL，室溫下超聲破碎，使其中所包封的辛酰溴苯腈完全溶于無(wú)水乙醇中，在10 000 r/min離心5 min，得到上清液，用紫外分光光度計(jì)測(cè)量上清液的吸光值，根據(jù)辛酰溴苯腈標(biāo)準(zhǔn)曲線求出微膠囊辛酰溴苯腈的質(zhì)量。按式（1）（2）分別計(jì)算包封率和載藥率。

式中：EE為包封率，%；Lc為載藥率，%；Ma為微膠囊中辛酰溴苯腈的質(zhì)量，g；M1為制備微膠囊時(shí)投入的辛酰溴苯腈的總質(zhì)量，g；M2為辛酰溴苯腈微膠囊干粉的總質(zhì)量，g。

1.4.4 微膠囊緩釋性能

采用透析袋法[12]研究辛酰溴苯腈原藥與辛酰溴苯腈微膠囊的釋放性能。準(zhǔn)確稱取0.024 g原藥和0.100 g微膠囊樣品分別浸入含200 mL 50%無(wú)水乙醇溶液的密封容器中，室溫以轉(zhuǎn)速200 r/min振蕩，每隔一段時(shí)間取1 mL上清液，每次取樣后立即補(bǔ)充相同體積50%無(wú)水乙醇溶液，通過(guò)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定辛酰溴苯腈的釋放量。按公式（3）計(jì)算辛酰溴苯腈累積釋放量并繪制累積釋放曲線。

式中：Q為累積釋放百分率，%；Cn為釋放時(shí)間下釋放介質(zhì)中藥物的質(zhì)量濃度，mg/mL；V0為釋放介質(zhì)的體積，mL；Ci為第i個(gè)取樣時(shí)間點(diǎn)中釋放介質(zhì)中的藥物質(zhì)量濃度，mg/mL；V為每次取樣的釋放介質(zhì)的體積，mL；m為微膠囊中藥物的質(zhì)量，mg。

1.5 除草活性測(cè)定

采用莖葉噴霧法[12]測(cè)試辛酰溴苯腈微膠囊的除草活性，對(duì)照藥劑為97%辛酰溴苯腈原藥和30%辛酰溴苯腈乳油，于藜2～4葉期進(jìn)行施藥處理，詳情見(jiàn)表4。使用小型噴壺按照順序依次施藥，待到藥液風(fēng)干后，移入溫室常規(guī)培養(yǎng)。藥劑處理后每天觀察藜的生長(zhǎng)狀態(tài)，14 d后通過(guò)目測(cè)法以及絕對(duì)值（數(shù)測(cè)）調(diào)查法調(diào)查藜存活株數(shù)，根據(jù)公式（4）計(jì)算株防效。

表4 辛酰溴苯腈除草活性測(cè)定試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 芯壁材質(zhì)量比對(duì)辛酰溴苯腈微膠囊性能的影響

從表5可以看出，當(dāng)芯壁材質(zhì)量比從1∶5減小到1∶15，微膠囊的載藥量從14.73%減小到6.20%，包封率從73.68%增加到93.01%，粒徑在29.16～37.98 μm之間，由單因素方差分析可以得知，芯壁材質(zhì)量比對(duì)載藥量和粒徑具有顯著影響，對(duì)包封率的影響不顯著。

表5 芯壁材質(zhì)量比對(duì)辛酰溴苯腈微膠囊性能的影響

2.1.2 油水體積比對(duì)辛酰溴苯腈微膠囊性能的影響

從表6可知，油水體積比從1∶5減小到1∶20，微膠囊載藥量為14.74%～16.57%，包封率為73.68%～82.84%，粒徑從30.37 μm減至26.80 μm。方差分析可知，不同油水體積比的微膠囊粒徑間具有顯著性差異。

表6 油水體積比對(duì)辛酰溴苯腈微膠囊性能的影響

2.1.3 PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)辛酰溴苯腈微膠囊性能的影響

由表7可知，當(dāng)PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5%增加到2%時(shí)，微膠囊載藥量從12.47%增加至17.12%；微膠囊包封率從62.35%提高到80.62%；而粒徑則由51.88 μm減至30.37 μm。由單因素方差分析可以得知，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包封率、載藥量、粒徑大小具有顯著影響。

表7 PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)辛酰溴苯腈微膠囊性能的影響

2.1.4 剪切速率對(duì)微膠囊性能的影響

由表8可以得知，當(dāng)剪切速度從6 000 r/min增大為12 000 r/min時(shí)，微膠囊的載藥量為14.49%～15.46%；包封率由72.49%增至73.68%；粒徑從49.07 μm減至30.37 μm。通過(guò)單因素方差分析可知，剪切速度對(duì)微膠囊載藥量和包封率的影響不顯著，對(duì)微膠囊的粒徑影響顯著。

表8 剪切速率對(duì)辛酰溴苯腈微膠囊性能的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)法適用于多因素多水平的農(nóng)藥制劑配方篩選。本試驗(yàn)采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，而后通過(guò)極差法和綜合平衡法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9，綜合載藥量和粒徑2項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)確定最佳制備工藝。

表9 辛酰溴苯腈微膠囊制備正交試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)比較表10極差R可知，各因素對(duì)辛酰溴苯腈微膠囊載藥量的影響程度依次為芯壁材質(zhì)量比＞油水體積比＞剪切速率＞PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)；根據(jù)表11中極R可知，對(duì)微膠囊粒徑影響大小為剪切速率＞油水體積比＞芯壁材質(zhì)量比＞PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)合載藥量最大和粒徑最小2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)確定辛酰溴苯腈微膠囊最佳制備工藝條件為A3B3C3D3，即芯壁材質(zhì)量比為1∶5，油水體積比為1∶5，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，剪切速率為12 000 r/min。

表10 基于辛酰溴苯腈微膠囊載藥量的正交試驗(yàn)極差分析

表11 基于辛酰溴苯腈微膠囊粒徑的正交試驗(yàn)極差分析

2.3 微膠囊形貌觀察

通過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)最佳工藝條件下（芯壁材質(zhì)量比1∶5，油水體積比1∶5，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，轉(zhuǎn)速12 000 r/min）制備的辛酰溴苯腈微膠囊進(jìn)行觀察。由圖1可以看出，淡黃色的辛酰溴苯腈原藥被包裹在微膠囊之中，且微膠囊形態(tài)大小比較均勻，分散較好，有利于微膠囊在靶標(biāo)植物表面均勻沉積。

圖1 辛酰溴苯腈微膠囊光學(xué)顯微鏡照片

2.4 微膠囊粒徑及其分布

采用激光粒度分布儀測(cè)定最優(yōu)工藝條件下制備的辛酰溴苯腈微膠囊粒徑大小及其分布情況，測(cè)定膠囊粒徑D50值為24.82 μm，跨度為3.307，微膠囊粒主要分布在1～100 μm之間（圖2）。

圖2 辛酰溴苯腈微膠囊粒徑分布圖

2.5 微膠囊包封率和載藥量

在最佳工藝條件下制備3次辛酰溴苯腈微膠囊，對(duì)其包封率和載藥量進(jìn)行了測(cè)定，其平均包封率為91.90%，載藥量為18.38%。

2.6 微膠囊的釋放性能

圖3為辛酰溴苯腈微膠囊和原藥在50%乙醇中的釋放曲線，由此可以看出，辛酰溴苯腈原藥在24 h后釋放完全，而辛酰溴苯腈微膠囊釋放則分為2個(gè)部分，前48 h內(nèi)快速釋放，之后緩慢釋放，釋放時(shí)長(zhǎng)超過(guò)148 h，累積釋放率達(dá)83%。微膠囊前期釋放為快速釋放，該釋放方式能快速發(fā)揮防治效果，釋放后期為緩慢釋放，這種釋放方式能保證辛酰溴苯腈藥效的持效期。

圖3 辛酰溴苯腈微膠囊和原藥釋放曲線

2.7 微膠囊除草性能

本研究采用除草劑室內(nèi)生物測(cè)定試驗(yàn)——莖葉噴霧法，測(cè)定辛酰溴苯腈微膠囊化后的除草活性。施藥7 d后，97%辛酰溴苯腈原藥及30%辛酰溴苯腈乳油用藥量為450 g/hm2時(shí)，對(duì)藜的株防效分別為92.50%、95.00%；辛酰溴苯腈微膠囊的施藥量在225、360 g/hm2和450 g/hm2情況下株防效分別為91.67%、95.83%和98.33%（表12）。方差分析結(jié)果表明，97%辛酰溴苯腈原藥450 g/hm2、30%辛酰溴苯腈乳油450 g/hm2、辛酰溴苯腈微膠囊360 g/hm2和450 g/hm2之間的株防效無(wú)顯著差異（圖4），結(jié)合用藥成本以及對(duì)環(huán)境影響考量，選用360 g/hm2辛酰溴苯腈微膠囊，能達(dá)到和商用乳油制劑相當(dāng)?shù)某菪Ч⒛z囊制劑較常規(guī)劑型乳油藥量減少了20%，此時(shí)辛酰溴苯腈微膠囊能起到減少施藥量，提高利用率的作用。

表12 辛酰溴苯腈原藥、乳油及微膠囊制劑藥后7 d對(duì)藜的除草效果

圖4 辛酰溴苯腈原藥、乳油及微膠囊不同處理7 d 后藜的生長(zhǎng)情況

3 討論與結(jié)論

農(nóng)藥微膠囊的制備工藝會(huì)影響農(nóng)藥產(chǎn)品載藥量、包封率、粒徑、形貌和緩釋效果等，本研究以PHB為壁材，辛酰溴苯腈為芯材，通過(guò)溶劑蒸發(fā)法制備了辛酰溴苯腈微膠囊。通過(guò)單因素試驗(yàn)探討了芯壁比、油水比、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及剪切速率等因素對(duì)微膠囊性能的影響。通過(guò)方差分析可知，芯壁材質(zhì)量比對(duì)載藥量和粒徑的影響顯著，對(duì)包封率的影響不顯著；油水比對(duì)微膠囊粒徑的影響顯著，油水體積比主要影響制備過(guò)程中乳液的穩(wěn)定性，當(dāng)油水比過(guò)小，乳液不穩(wěn)定，蒸發(fā)時(shí)會(huì)導(dǎo)致微膠囊容易發(fā)生團(tuán)聚[14]；PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包封率、載藥量、粒徑大小的影響都顯著，PVA既可作為穩(wěn)定劑也可作為乳化劑提升水相黏度，穩(wěn)定體系，提高微膠囊的包封率，當(dāng)PVA的含量較低時(shí)，乳液體系穩(wěn)定性會(huì)降低，因此導(dǎo)致微膠囊成囊率下降[15]；剪切速度對(duì)微膠囊載藥量和包封率的影響不顯著，對(duì)微膠囊的粒徑影響顯著，剪切速度對(duì)微膠囊性能影響主要體現(xiàn)在微膠囊的粒徑上，這與他人研究結(jié)果相符[16]。

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化確定了最佳制備工藝條件為芯壁材質(zhì)量比為1∶5，油水體積比為1∶5，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，剪切速率為12 000 r/min，此條件下制備的微膠囊載藥量為18.38%，包封率為91.90%，中位粒徑D50值為24.82 μm。

通過(guò)透析袋法測(cè)定表明，微膠囊具有良好的緩釋性能。以藜為靶標(biāo)進(jìn)行生物活性試驗(yàn)結(jié)果表明，與商用乳油制劑相比，辛酰溴苯腈微膠囊能夠有效減少辛酰溴苯腈使用量，提高其利用率，因而具有一定應(yīng)用前景。