农药固体纳米分散体的制备与应用

农药固体纳米分散体的制备与应用

农业和畜牧业是确保国家粮食安全生产的重要物质基础。这是一个重要的农业消费品。在控制植物疾病、杂草和大鼠灾害以及保护农业生产安全方面发挥着重要作用。大多数农药原药都需要加工成一定形态的制剂才能应用,剂型的好坏不仅影响农药的使用效果,还直接影响农药的施用方式。随着大量农药原药的不断涌现,根据不同原药的特点、防治对象和施用方法,已研制出了多种农药剂型,目前的农药剂型主要有乳油、可湿性粉剂、粉剂、粒剂、水分散粒剂、泡腾片剂、水分散片剂、悬浮剂、微乳剂、水乳剂、种衣剂、拌种剂、油悬浮剂、可溶性液剂、烟剂、熏蒸剂等52种目前使用的粉剂、粒剂、可湿性粉剂等固体粉剂虽便于存储和运输,但因其载药离子粗大(粒径一般在25μm左右),容易飘移和散落到环境中,农药释放率低,单位面积负载农药少,致使农药有效利用率低;乳油虽兑水稀释后便于喷洒施用,但其含有大量有机溶剂,容易造成土壤、大气和水体污染,危害人类健康。超高效农药的诞生和环保的迫切要求,对农药剂型提出了更高的要求在农药制剂发展过程中,大多数农药化合物为难溶性农药,较低的溶解度及较差的兑水分散性成了制约剂型发展的关键,近年来,为提高农药的防治效果,降低高毒农药的毒性,使易分解农药稳定化,延长速效性农药的释放速度,降低农业生产成本与环境污染,保护食品与生态安全,国内外农药剂型正朝着水基化、控释型、智能化与省力化的方向发展,并结合农药原药的物理化学性能、作用靶标、作用方式、使用技术和使用时气候环境条件的影响,结合现代农业发展现状研发农药新剂型目前,农药固体纳米分散体制备技术的研发成为剂型发展的一个热点,农药固体纳米分散体是将纳米技术与农药固体分散体制备技术相结合的一种农药新剂型1纳米分散体的稳定性差农药固体纳米分散体是指农药化合物以纳米尺度的微粒、微晶形态均匀分散在某一固态水溶性载体中形成的固体纳米剂型。农药固体纳米分散体克服了传统液体剂型运输、储存、稳定性差的缺点;农药固体纳米分散体纳米化的制备技术提高了传统农药在叶面的粘附、沉积和渗透作用;相对于水分散粒剂和可湿性粉剂,农药固体纳米分散体表面活性剂用量少,在水分散粒剂中一般分散剂用量在10%左右,润湿剂用量多数在2%~5%,然而农药固体纳米分散体的用量显著降低研究证明,难溶性药物固体分散体的制备不但能够增加药物的溶出速率,还能控制药物释放,达到缓慢释放的目的目前,在农药领域,多数采用无机纳米粒子为载体,通过载体吸附等方式来构建纳米剂型。周文祥等2纳米混悬剂的转化目前,固体纳米分散体的制备方法主要包括纳米混悬剂转化法、自乳化体系转化法。其中纳米混悬剂转化法包括介质研磨-固化法、高压均质-固化法、熔融乳化-固化法;自乳化体系转化法包括液体微乳剂-固化法、直接固化法、纳米载体吸附法。在实际应用过程中可将不同的方法结合使用。2.1纳米胶态分散体纳米混悬剂是利用表面活性剂的稳定作用,将药物颗粒分散在水中,通过粉碎或者控制析晶技术形成的稳定的纳米胶态分散体。纳米混悬剂转化法是将难溶性农药先制成纳米混悬剂,再通过冷冻干燥或喷雾干燥等技术进行固化2.1.1固体纳米分散体的制备介质研磨-固化法是在表面活性剂作用下,借助于研磨介质之间的摩擦、剪切和碰撞将农药有效成分分散及破碎,从而得到纳米级的药物粒子,再经干燥处理制备成固体纳米分散体。Juhnke等介质研磨法已应用于农药混悬剂的制备,但将其与固相转化法相结合制备农药纳米固体分散体的报道却很少。李剑锋等介质研磨法依靠机器的运转带动药物粒子之间以及药物粒子与研磨介质、器壁间的撞击,而到达纳米级别2.1.2高压均质法制备纳米颗粒高压均质-固化法是通过高压下产生强烈的剪切、撞击和空穴作用,从而使液态物质或液体为载体的固体颗粒得到超微细化,经冷冻干燥或喷雾干燥进行固化处理得到固体纳米分散体的制备方法。高压均质过程是药物在均质阀中发生的细化和均匀混合的加工过程,在纯水中进行均质,之后发展为药物在非水介质或含水量较少的分散介质中均质利用高压均质法制备医药纳米颗粒的技术已较为成熟。Bhavna等相比医药领域,应用高压均质-固化法制备农药纳米固体分散体剂型的报道很少,Pan等高压均质-固化法对难溶于水和有机溶剂的药物均适用,工艺简单,易于放大生产,均质机均质过程中物料的发热量较小,因而能保持物料的性能基本不变。不足之处是,该方法不适用于制备高浓度和高黏度的药物,药物颗粒较大对均质机有损伤,必须进行预处理降低粒径。另外,由于粒子与机器的碰撞造成机器的磨损从而带来重金属污染的问题2.1.3热压法制备纳米粒子熔融乳化-固化法是在高于药物熔点的温度下,利用表面活性剂间的相互作用,制得稳定的载药体系,经高剪切乳化机搅拌分散,再冷却固化成纳米级粒子的过程。熔融态的药物对剪切机的磨损较固态药物大大减少,整个工艺操作易于控制且步骤少、时间短、条件温和,易于实现工业化生产。该方法不足之处是只适用于熔点低于100℃且热稳定性好的难溶性药物纳米制剂的制备。Tuntarawongsa等高蓓等2.2纳米分散体的制备。根据所使用的分自乳化体系转化法是指由药物、溶剂、表面活性剂或载体等组分按适当的比例混合,经自乳化形成各向同性的热力学稳定的分散体系,再经烘干、喷雾干燥等工艺除去溶剂得到固体纳米分散体的过程。该剂型加水使用时能够形成半透明或透明乳状液,一般D50在100nm以下2.2.1在医药领域的应用液体微乳剂-固化法主要解决脂溶性或水难溶性药物因其水溶性差而释放吸收缓慢的问题。目前,在医药领域有了一定的推广,涂秋榕等通过对液体微乳剂进行固化,解决了液体剂型在储存过程中易发生团聚和聚集以及储存运输安全性低的问题,但是制备液体微乳剂需要对配方进行严格的筛选,防止因微乳剂透明温度范围窄、稳定性差而导致的结晶和浑浊现象。2.2.2直接硬化法直接固化法是将农药原药、表面活性剂、有机溶剂和载体等组分直接混合,经干燥处理去除溶剂后得到固体纳米分散体的方法。魏方林等2.2.3纳米分散体的构建纳米载体吸附法是利用纳米载体材料吸附或包埋药物活性物质,构建可控释固体纳米分散体的方法。林春梅等纳米载体吸附法相对于其他自乳化方法,能够显著提高药物含量,增强药效,同时制备工艺简单,便于储存和运输,适合工业化生产。3纳米分散体的制备技术固体纳米分散体的制备解决了大多数难溶性农药的水溶性问题,但是针对不同的制备工艺仍然存在一定的问题,通过纳米混悬剂转化法和自乳化转化法制备的固体纳米分散体因粒径较小,制备过程表面活性剂和载体的种类、用量和比例筛选较为严格,合适的载体材料能够更好地结合药物活性物质,避免颗粒团聚、聚集、粒径变大;制备纳米级的微小颗粒需要更多的能量投入,专业化生产设备的投入从而增加生产成本;利用介质研磨法和高压均质法制备固体纳米分散体存在高耗能和污染问题,对研磨介质和腔体材质提出了更高的质量要求。目前,在新材料、新技术和新设备开发应用的基础上,开发利用微沉淀法、微射流法、超临界流体法,再结合固化技术制备粒径较小且粒度分布均匀的固体纳米剂型,因其制备工艺重现性好,使用简单,已逐渐受到重视。传统固体分散体技术制得的载药粒子粒径大,致使其稳定性及再分散性成为其技术瓶颈,制剂长期贮存会出现老化且硬度变大、析出结晶、药物溶出度降低等问题。将纳米技术与固体分散体制备技术融合,构建的农药固体纳米分散体,可将载药粒子粒径控制在纳米级,利用纳米载体的吸附与修饰等功能,可以有效改善难溶性药物在水中的分散性、稳定性等理化性质,促进靶标吸收和提高生物活性,改善载药颗粒在作物表面的粘附性和渗透性,提高叶面沉积与滞留效率,促