农药控制释放技术-农药微囊制剂研究-徐妍

农药控制释放技术农药微囊制剂研究徐妍中国农业大学应化系2023/8/14主要内容研究背景景农药控制释放技术微囊制剂－配方实例进展与展望2023/8/14传统农药存在的问题对靶标生物活性低，主要原因是化合物本身生物活力低或因长期使用而靶标生物产生了抗药性。对非靶标生物毒性大，主要表现在对有益动物的毒性特别是高等动物的毒性高，和对作物与其它植物的药害。一些不易降解的农药或有毒代谢物在环境或动植物体内累积，对生态环境的影响2023/8/14

现代农药发展的特点新化合物开发新的生物作用靶标的确定新观念新方法的出现农药制剂加工的发展2023/8/14

农药制剂是农药发展的重要方向XUYan,SHUN

Bao-li，ZHANRui,et

al

,Newprogressonformulationofpesticide[J]Morden

Agrochemicals,2008,7(3):10~13剂型水性化新型固体制剂的发展控制释放技术成为研究热点新助剂的开发与使用农药制剂新品种的出现

制剂理论研究与辅助手段的完善2023/8/14控制释放技术控制释放技术是农药制剂与使用技术的重要发展方向之一，已成为国际研究的热点。控制释放技术是指在一个特定系统中,对特定的靶标,该系统内的活性物质可按照预先设定的浓度和时间持续释出,并达到预期效果。控制释放技术在农药制剂领域的应用,使得农药剂型更加合理,性能趋于完美,真正达到了高效、安全、经济和使用方便的目的。2023/8/14农药微胶囊化的发展微胶囊（microcapsule）是由天然或合成高分子制成的微型容器。微胶囊化是指用涂层薄膜或壳材料覆涂微小的颗粒固体、液滴或气泡。世界上第一个微囊化农药是美国Pennwalt公司研制的甲基对硫磷微胶囊剂，该品种在70年代商品化。国外微囊剂主要应用于医药、食品、兽药以及染料等方面。尤其在医药领域发展较快，已经制备出可以渗入细胞组织的纳米级微胶囊剂。国外农药微胶囊剂的发展也很迅速，对于有机磷类、菊酯类微胶囊剂的研究较多。但是制备方法主要集中在高分子聚合法制备微胶囊剂。制备成本较高，在国内推广也只有有限的几个品种。例如：1-甲基环丙烯、毒死蜱、高效氯氟氰菊酯、右旋苯醚氰菊酯、仲丁威、二甲戊乐灵、异噁草松……..

2023/8/14

农药微胶囊化的发展微胶囊剂应用于农药在我国还刚刚起步，成熟商品还较少

我国对微胶囊化农药的研究和应用较晚，于70年代才开始研究微囊化技术，1982年才有第一个商品化的微囊化农药－25％对硫磷微囊粒剂。目前国内已有辛硫磷、杀扑磷、毒死蜱、三唑磷等有机磷农药微囊制剂的生产，也有高效氯氰菊酯、高效氯氟氰菊酯、除虫菊素等拟除虫菊酯类。

近几年，还有吡虫啉、阿维菌素、甲维盐、甲草胺、乙草胺、丁草胺………

微胶囊化技术的目的和意义改善药剂的物理性质，利于贮存和运输实现控制释放，残效期大大延长提高稳定性，保护芯材免受环境影响降低对健康的危害，减少毒副作用屏蔽味道和控制释放气味使不相容物质分离高毒农药低毒化2023/8/14常用的微胶囊剂型农药标准汇编·通用方法卷，中国标准出版社，2006；农药管理信息汇编，中国农业出版社，2009.微囊悬浮剂CS(AqueousCapsuleSuspension)微胶囊稳定的悬浮剂，用水稀释后成悬浮液使用

如：高效氯氟氰菊酯、毒死蜱、辛硫磷、三唑磷、杀扑磷、阿维菌素….微囊粒剂CG(EncapsulatedGranule)含有有效成分的微囊所组成的具有缓慢释放作用的颗粒剂1-甲基环丙烯、高效氯氟氰菊酯和右旋苯醚氰菊酯种子处理微囊悬浮剂CF(capsulesuspensionforseedtreatment)

稳定的微胶囊悬浮液，直接或用水稀释后成悬浮液种子处理制剂。高效氯氟氰菊酯、辛硫磷·福美双超低容量微囊悬浮剂SU

(ultralowvolumeaqueouscapsulesuspension)直接在超低容量器械上使用的微囊悬浮液制剂

……………微胶囊剂的制造方法原位聚合法、界面聚合法、相分离法聚合反应法（化学法）原位聚合法界面聚合法锐孔－凝固浴法相分离法（物理化学法）水相分离法：复凝聚法，单凝聚法油相分离法物理及机械法（物理法）空气悬浮法

喷雾干燥法流化床工艺法2023/8/14界面聚合法将芯材乳化或分散在一个溶有壁材的连续相中，然后单体经聚合反应在芯材表面形成微胶囊。胶囊外壳是通过两类单体的聚合反应而形成，参与聚合反应的单体至少有两种，一类是油溶性单体，另一类是水溶性单体，它们分别位于芯材液滴的内部和外部，并在芯材液滴的表面进行反应，形成聚合物薄膜。典型工艺XY(X-Y)n特丁硫磷微囊粒剂工艺流程原位聚合法将单体与引发剂全部加入分散相或连续相中，聚合反应在分散相芯材液滴的表面上发生。典型工艺a为单体和分散相在同一相中，聚合反应开始，随着聚合物分子量增大，溶解度降低，分离并沉积在液滴表面形成微胶囊b为单体从体系的连续相中向分散相－连续相界面处移动，在界面处发生聚合反应并形成微胶囊(a)(b)(X)nX(X)nX毒死蜱微囊悬浮剂工艺流程复凝聚法两种或多种带有相反电荷的高分子材料作壁材，将芯材分散在壁材溶液中，在适当条件下，使得相反电荷的聚合物间发生静电作用，溶解度降低，凝聚形成微胶囊典型工艺(a)(b)(c)(d)(a)芯材在聚电解质水溶液中分散;(b)加入带相反电荷的另一电解质，形成沉淀；(c)和(d)凝聚层的凝胶与固化阿维菌素微囊粒剂工艺流程研究工作专利号为：ZL200510084363.9高效氯氰菊酯高效氯氟氰菊酯特丁硫磷辛硫磷毒死蜱梨小食心虫性信息素烯草酮噻虫啉除虫菊素阿维菌素………….2023/8/14配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

基金项目：农业部“948”项目(2006-G54)

与化学农药相比，昆虫性信息素具有选择性强、无毒、不杀伤天敌、不污染环境等优点，国内外对昆虫性信息素的研究已很久。与常规农药剂型相比，微胶囊制剂具有持效期长、农药有效利用率高、可减少或避免农药因外界环境造成的分解流失、具有稳定的释放速率等特点。2023/8/14梨小食心虫性信息素的发现与鉴定梨小食心虫Grapholitha

molesta

Busck是一种世界性果树害虫，常简称梨小，主要为害梨、苹果、桃、山楂、杏等果树。1965年，Geogre等从梨小雌蛾的腹部分离得到其性信息素。国内外对其生物活性进行了大量的田间效果试验，结果表明，梨小性信息素具有活性高、无毒、特异性强、使用方便、不危害天敌等优点，对梨小等多种害虫具有较好的引诱效果，已引起国内外的广泛兴趣。主要应用在虫情测报、害虫检疫、干扰交配和大量诱捕等方面，其中尤以利用梨小性信息素进行干扰交配，进行大面积的害虫防治最为广泛。ROELOFSWL,COMEAUA,SELLER.SexPheromoneoftheOrientalFruitMoth[J].

Nature,1969,224,723.

2023/8/14梨小食心虫性信息素的发现与鉴定其结构为(Z)-8-十二碳烯-1-醇醋酸酯(Ⅰ)、(E)-8-十二碳烯-1-醇醋酸酯(Ⅱ)和(Z)-8-十二碳烯-1-醇(Ⅲ)的混合物配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

XuYan,

WuGuo-lin,WuXue-min,QinYu-chuan.ChineseJournalofPesticideScience,2009,11(1):65~71设计思路构成微囊粒剂的基本组成：芯材料、壳材料、有机溶剂、作为分散相的表面活性剂的水溶液制备微囊粒剂的方法：相分离法，界面聚合法制备微囊粒剂的不同影响因子：乳化剂、控释剂、搅拌速度、有机相中溶剂加入量及水相中聚乙烯醇浓度、有机相滴加速度等因素

配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

考查不同因子对梨小食心虫性信息素微囊粒剂的平均粒径及包覆率的影响，并进行室内释放分析

设计思路通过对比不同的制备方法，筛选出工艺过程易于优化、原料可重复利用、有利于环境保护的制备方法。通过对制备微囊粒剂的不同影响因子的考查，筛选出影响微囊粒剂的平均粒径及包覆率的影响通过对室内释放进行分析，为田间药效打下基础

配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

主要仪器和试剂试剂梨小性信息素乙酸乙酯溶液（中国农业大学研制，Z/E=90:10）；正己烷（色谱纯），乙基纤维素、油酸甲酯均为化学纯；邻苯二甲酸二丁酯、正十二烷、乙酸乙酯、聚乙烯醇、1－十二醇均为分析纯，以上试剂均为北京化学试剂公司产品；乳化剂700＃、600＃、吐温20、吐温80和消泡剂均为工业品。仪器Agilent6890HP-5973气质联用仪；Agilent7673自动进样器；JJ-1型数显测速电动搅拌器（常州国华电器有限公司）；Sartorius电子天平，精度0.1mg；色谱柱：HP-51Crosslinked5%pHMeSiloxane15m×0.53mm，1.5μm；JY92-Ⅱ超声波细胞粉碎机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；生物摄像显微镜（日本奥林巴斯）Winner2000激光粒度分布仪（济南微纳仪器有限公司）配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

梨小性信息素微囊粒剂的制备水相的制备配制含有乳化剂和聚乙烯醇的水溶液250mL。有机相的制备称取2g乙基纤维素和一定量控释剂于50mL烧杯中，加入4g质量分数为0.75%的梨小性信息素乙酸乙酯溶液和30mL乙酸乙酯，搅拌使乙基纤维素完全溶解。

微囊粒剂的制备将配制的250mL水溶液倒入500mL装有机械搅拌器的四口烧瓶中，调节转速至1000r/min；水温控制在(30±2)℃左右，以适当速度滴加有机相，滴毕，继续搅拌10min，缓慢升温至50～60℃；待乙酸乙酯挥发干净时，抽滤，用去离子水洗涤粒子3次，真空干燥，即得梨小性信息素微囊粒剂。配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

ChenZeng-liang,FangYu-lin),ZhangZhong-ning.ChineseScienceBulletin,2007,52(7):797~802梨小性信息素微囊粒剂的性能表征

微囊粒剂外观和粒径的测定

微囊粒剂包覆率的测定

微囊包覆率=(微囊粒剂中芯材含量/原料中芯材含量)×100%。微囊粒剂释放速率的测定将制得的不同配方、不同平均粒径的微囊粒剂各称取5g置于培养皿中，放在室内自由释放（25℃±2℃），定期取样，并按气相色谱法进行梨小性信息素的测定，计算微囊内梨小性信息素的残留量。微囊内梨小性信息素的保留率计算：保留率＝释放后微胶囊内梨小性信息素的量/初始释放时间微胶囊内梨小性信息素的量×100％。

配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

结果与讨论

界面聚合法使用1000rpm的搅拌速度，在进行微胶囊化时会发生大量的未固化的微囊颗粒粘着于瓶内壁的现象，致使所制备出的微胶囊颗粒的量较少，而且还会发生微胶囊颗粒破裂和粘结的情况。配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性图1应用1000rpm的搅拌速度导致微胶囊颗粒囊壳破裂的照片2023/8/14配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性图2应用1000rpm的搅拌速度导致微胶囊颗粒粘结的电镜照片配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

结果与讨论

相分离法乳化剂对梨小性信息素微囊粒剂平均粒径及包覆率的影响

不同种类乳化剂的影响以2g乙基纤维素为囊壳，2g油酸甲酯为控释剂，加入4.00g质量分数为0.75%的性诱剂乙酸乙酯溶液，30mL乙酸乙酯，在有机相滴加速度为0.5mL/min，搅拌速度为1000r/min下，固定乳化剂的用量为0.5%，对其种类进行筛选。配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

采用乳化剂为乳化剂700＃制备的微囊粒剂，颗粒形状好，粒径呈正态分布，包覆率较高。表1不同种类乳化剂对平均粒径和包覆率的影响乳化剂种类平均粒径(μm)包覆率(%)无不成颗粒－600＃呈椭球形颗粒85.7700＃17795.2吐温-20不成颗粒－吐温-8061093.5结果（表1）表明，乳化剂600＃、700＃和吐温-80均能将乙基纤维素乳化分散，且在粒子表面形成保护，且在固化过程中不会粘结，从而得到微囊粒剂。

配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

图3以700＃为乳化剂制备的梨小性信息素微囊粒剂显微镜图（40×）配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

图4以700＃为乳化剂制备的梨小性信息素微囊粒剂电镜图配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

图5以700＃为乳化剂制备的梨小性信息素微囊粒剂激光粒度分布图配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

结果与讨论

相分离法不同乳化剂浓度的影响

对乳化剂700#的用量进行了筛选。见表2配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

表2不同乳化剂浓度对平均粒径和包覆率的影响乳化剂质量分数现象平均粒径（μm）包覆率（%）0不成颗粒，成片状固体－－0.10%得到无色透明颗粒，颗粒不均匀47398.30.20%得到无色透明颗粒，颗粒不很均匀35297.40.40%得到淡黄色透明颗粒，颗粒较均匀25094.90.80%得到淡黄色透明颗粒，颗粒较均匀22090.11.60%水相发白；所成颗粒发黄，有点粘结26482.7配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

结果与讨论

相分离法控释剂对梨小性信息素微囊粒剂的影响由于性信息素含量很低，制备中需加入其它物质作为控释剂，以改善微胶囊模块壳材料的致密程度以及粒度分布，从而有效控制微囊的释放性能。本实验中采用3种不同结构的油性物质作为控释剂——油酸甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、正十二烷。在以2g乙基纤维素为囊壳、乳化剂700＃的质量分数为0.5％、0.75%性诱剂乙酸乙酯溶液4.00g、乙酸乙酯30mL、滴加速度0.5mL/min、搅拌速度1000r/min条件下，研究不同控释剂不同用量对微胶囊性状的影响。配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

表3不同控释剂用量对平均粒径和包覆率的影响控释剂（g）0.75%性诱剂乙酸乙酯溶液（质量分数，g）平均粒径（μm）包覆率(%)油酸甲酯邻苯二甲酸二丁酯正十二烷油酸甲酯邻苯二甲酸二丁酯正十二烷0.52.548045627395.195.695.51.03.031932025296.795.096.82.04.023123317595.895.994.63.05.037238221490.791.389.54.06.0胶囊聚结胶囊聚结胶囊胶粘84.183.380.5配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

结果与讨论

相分离法不同搅拌速度对梨小性信息素微囊粒剂平均粒径和包覆率的影响

表4搅拌速度对平均粒径和包覆率的影响搅拌速度（r/min）现象平均粒径（μm）包覆率(%)250颗粒较大44896.7500颗粒较小，均匀25095.51000溶液有乳化现象，较难抽滤；颗粒小，均匀18792.31500溶液乳化很严重，无法抽滤；颗粒小，均匀15675.02000溶液乳化很严重；得到少量微小粒子15250.1配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

图6有机相中乙酸乙酯加入量对平均粒径、包覆率的影响结果与讨论

相分离法有机相中溶剂加入量对梨小性信息素微囊粒剂平均粒径和包覆率的影响

配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

图7水相中聚乙烯醇浓度对平均粒径、包覆率的影响结果与讨论

相分离法水相中聚乙烯醇浓度对梨小性信息素微囊粒剂平均粒径和包覆率的影响

配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

结果与讨论

相分离法有机相滴加速度对梨小性信息素微囊粒剂平均粒径和包覆率的影响

表5有机相滴加速度对平均粒径和包覆率的影响

滴加速度(mL/min)现象平均粒径（μm）包覆率(%)0.25水相透明，得到粒子较大，不均匀40895.30.50水相基本不乳化，得到粒子小，均匀24195.61.00水相有轻微乳化，得到粒子小，均匀21390.620.5水相乳化严重，干燥后得到白色半透明粒子19787.1直接倒入水相乳化很严重，干燥后得到白色半透明粒子16375.7配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

结果与讨论

相分离法梨小性信息素微囊粒剂释放行为分析

气相色谱条件：色谱柱为HP-55%PhenylMethylSiloxaneCapillary（30m×320μm×0.25μm）；FID检测器；初始柱温为80℃，以15℃/min升温至180℃，再以30℃/min升温至250℃，保持5min；进样口温度为280℃；检测器温度为280℃；载气为高纯氮气，氮气流速:80mL/min；氢气流速:40mL/min；空气流速:400mL/min。

配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

图8气相色谱图结果与讨论

相分离法梨小性信息素微囊粒剂释放行为分析

配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

图9梨小性信息素的线性回归曲线结果与讨论

相分离法梨小性信息素微囊粒剂释放行为分析－方法有效性

配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

结果与讨论

相分离法梨小性信息素微囊粒剂释放行为分析－方法有效性

表6分析方法的精密度（RSD%,n=3）序号性信息素含量（%)平均值

(%)标准偏差

(%)相对标准偏差

(%)10.7180.7250.470.6420.72530.73040.72350.729配方实例－梨小食心虫性信息素微囊化及释放特性

结果与讨论

相分离法梨小性信息素微囊粒剂释放行为分析－方法有效性

表7添加回收试