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采用含阳离子且有生物活性的天然多糖壳聚糖衍生物以及天然蓖油酸钠作为负载植物源农药的基质材料,制备了壳聚糖衍生物——壳聚糖接枝蓖麻油酸共聚物(CS—g—RA)和羧甲基壳聚糖接技蓖麻油酸共聚物(CMC—g—RA),以及小分子天然表面活性剂蓖麻油酸钠(RA—Na)。选择鱼藤酮(Rot)、辣椒碱(Cap)和印楝素(Aza)3种植物源农药与基质材料制备出6种纳米粒子水分散制剂。分别为:鱼藤酮/羧甲基壳聚糖接技蓖麻油酸共聚物(Rot/CMC—g—RA)、辣椒碱/羧甲基壳聚糖接技蓖麻油酸共聚物(Cap/CMC—g—RA)和印楝素/羧甲基壳聚糖接技蓖麻油酸共聚物(Aza/CMC—g—RA)纳米粒子水分散制剂,以及鱼藤酮/蓖麻油酸钠(Rot/RA—Na)、辣椒碱/蓖麻油酸钠(Cap/RA—Na)和印楝素/蓖麻油酸钠(Aza/RA—Na)纳米粒子水分散微乳液。
使用红外光谱、核磁、激光粒度仪、Zeta电位仪和扫描电镜等仪器表征了各纳米粒子体系的化学和形态结构、粒径、粒径分布、表面电荷性质和药物的负载率;探讨了制备植物源农药纳米粒子水分散制剂的条件如不同载体、不同药物及其浓度、质量比对纳米载药粒子粒径分布、表面电荷、药物负载率的影响。结果表明,两亲大分子CMC—g—RA通过形成自组装胶束、小分子RA—Na通过形成增溶胶束,能负载油溶性植物源农药形成纳米粒子,纳米粒子为近似球体形态,粒径多分布在100~500nm;控制载体浓度和药物浓度,可以有效调控形成的载药纳米粒子的粒径大小,粒径分布和表面电荷;根据载体与药物种类和性质的不同,药物可能以包覆、插入、吸附等方式被载体负载,直接影响药物的负载率和释放性能,通过协调载体和药物质量比例可以得到粒径较小,粒径分布较窄,表面电荷较多的载药纳米粒子,其药物负载率可控制在10%~80%范围。
进一步考察了植物源农药纳米粒子水分散制剂在室内和田间对蚜虫、红蜘蛛的灭杀效果、对小菜蛾的抑制产卵效果。研究了载药纳米粒子在室外环境的稳定性。研究结果表明,植物源农药纳米粒子水分散制剂对害虫的杀灭效果优于简单的水性制剂,植物源农药被载体负载形成纳米载药粒子后,载体对农药起到了保护、稳定作用,使其具有缓释、长效性能。
通过对植物源农药纳米粒子形态结构的研究,揭示了载药纳米粒子具有特殊的多孔核壳结构,干燥温度和选择性溶剂的性质、用量均是影响多孔纳米粒子尺寸、孔径、孔洞数量等的因素。这种特殊的形态结构使纳米粒子有可能在内部空间负载更多的药物,使药物在接受纳米粒子外壳保护的同时,通过孔洞向外界释放,起到了一定的长效、缓释作用。
总之,植物源纳米水分散制剂是一种新型的环保农药制剂,不仅制备方法易行,而且避免了大量有机溶剂和助剂的使用,使其成为真正意义的绿色农药。