一种紫外光响应的农药缓释制剂、制备方法及其应用
阅读说明：本技术 一种紫外光响应的农药缓释制剂、制备方法及其应用 (Ultraviolet-light-responsive pesticide sustained-release preparation, preparation method and application thereof ) 是由 何涛 戚士章 夏彬 黄自云 张晓明 孙天赐 方蔚伟 于 2021-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及农药制备技术领域,具体涉及一种紫外光响应的农药缓释制剂、制备方法及其应用；将疏水性农药装载入具有紫外光响应的两亲性聚合物胶束中,其粒径在10-1000nm之间,载药量中2-70％之间。本发明公开的紫外光响应负载农药的聚合物胶束农药缓释制剂具有较高的载药量和紫外光缓释效果,实现在避光条件下稳定储存,在自然光/紫外光下缓慢释放。本发明的农药缓释制剂能够提高农药稳定性,可以降低用药量和施药次数,有助于环境保护。(The invention relates to the technical field of pesticide preparation, in particular to an ultraviolet light response pesticide slow release preparation, a preparation method and application thereof; the hydrophobic pesticide is loaded into the ultraviolet-responsive amphiphilic polymer micelle, the particle size of the hydrophobic pesticide is 10-1000nm, and the drug loading amount is 2-70%. The ultraviolet light response pesticide-loaded polymer micelle pesticide slow release preparation disclosed by the invention has higher drug loading capacity and ultraviolet light slow release effect, realizes stable storage under the condition of keeping out of the sun and slowly releases under natural light/ultraviolet light. The pesticide sustained-release preparation can improve the stability of the pesticide, can reduce the dosage and the application frequency, and is beneficial to environmental protection.)
技术领域
本发明涉及农药制备技术领域，具体涉及一种紫外光响应的农药缓释制剂、制备方法及其应用。
背景技术
农药在防治农作物病虫草害有着广泛的应用，对保护农业生产等发面发挥了重要作用，是提升农业产量、提升农产品质量不可缺少的农用化学品。但是，对于目前大量使用的农药剂型来说，存在着对作物、害虫靶标利用率较低，溶解度和分散性较差，大量使用有机溶剂，利用率较低，大部分农药活性成分流失等缺点。我国作为一个人口大国，对农产品的需求量极大，农药的需求量极大，过量的农药使用使农产品农药残留、水体和土壤农药残留超标问题异常严峻，对非靶标生物及人的健康产生威胁，不利于生态系统的结构和功能保护。
为了适应农药的市场需求，农药必然要朝着安全、高效、经济和环保的方向发展。农药缓释制剂作为一种新兴的具有靶标释放、可控释放和长期释放的农药剂型，成为了近期的研究热点。对于难溶性农药，聚合物农药缓释制剂的应用有助于提升载药量和提升溶解度，是一种非常有应用前景的农药制剂。
紫外光(UV)的波长范围在10～400nm，在自然光中含量约为3％，其中UVA的波长范围在315-400nm，占到达地表紫外线中的95％。紫外线可以让许多有机物降解，同时UVA也是引起许多聚合物材料自然老化的重要原因。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
本发明的目的在于解决目前大量使用的农药剂型来说，存在着对作物、害虫靶标利用率较低，溶解度和分散性较差，大量使用有机溶剂，利用率较低，大部分农药活性成分流失等问题，提供了一种紫外光响应的农药缓释制剂、制备方法及其应用。
为了实现上述目的，本发明公开了一种紫外光响应的农药缓释制剂，包括具有紫外线相应的载体和负载的农药，所述负载农药的载药量为所述载体的2～70％，农药缓释制剂的粒径为10～1000nm。
本发明还公开了一种上述紫外光响应的农药缓释制剂，包括以下步骤：
S1：制备具有紫外光响应的两亲性聚合物材料：亲水性链段和疏水性链段通过酯化反应或取代反应连接到含有邻硝基苯甲醇酯结构的两端，或亲水性链段与邻硝基苯甲醇酯组成的疏水性链段共聚相连；
S2：制备负载农药聚合物胶束：将步骤S1中得到的具有紫外光响应的两亲性聚合物与农药溶解于有机溶剂中，随后向有机溶剂中加入水相，搅拌1～24h，减压蒸馏或透析去除有机相，过滤除去未负载的农药，干燥得到所述紫外光响应的农药缓释制剂。
所述步骤S1中制得的具有紫外光响应的两亲性聚合物为的结构式为其中，R1、R2为亲水性链段或疏水性链段，R3为H或CH3，R4为亲水性链段，n为5～100。
所述步骤S1中，亲水性链段为聚乙二醇或聚乙烯醇，疏水性链段为聚己内酯或聚乳酸，通过酯化反应或取代反应连接到邻硝基苯甲醇酯的两端；或通过可控自由基聚合，将亲水性链段与邻硝基苯甲醇酯结构的单体共聚，得到两亲性嵌段共聚物。所述亲水链段的平均分子量为1000～40000，疏水链段的平均分子量为1000～40000。
所述步骤S2中具有紫外光响应的两亲性聚合物与农药的质量比为1～5：1。
所述步骤S2中的有机溶剂为甲醇、乙醇、四氢呋喃、DMSO中的任意一种。
所述步骤S2中的农药为啶虫脒、甲维盐、阿维菌素中的任意一种。
所述步骤S2中的水相为水、PBS溶液、氯化钠水溶液、PVA溶液中的任意一种。
所述步骤S2中有机相和水相的体积比为1：1～15。
本发明还公开了上述紫外光响应的农药缓释制剂值防治病虫害中的应用。在紫外光的作用下，邻硝基苯甲醇酯发生水解断裂，使两亲性聚合物缓慢裂解，因此负载的农药缓慢释放。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：
(1)本发明利用自然光中的紫外光，将难溶性啶虫脒、甲维盐、阿维菌素等农药负载于具有紫外光响应的两亲性聚合物胶束中，可以有效减少农药在自然环境中的扩散、流失，同时延长农药有效期，减少用药量，有利于环境保护。
(2)本发明的农药缓释剂，可以在自然光条件下缓慢释放农药，药效可以保持在120小时以上，减少农药补喷次数，减少使用量，是常规用药量的1/10-1/40。
(3)本发明的农药缓释剂，制备工艺简单，与常规农药相比，明显减少有毒有机溶剂的使用，不添加稳定剂，由于所述的两亲性聚合物由生物可降解聚合物组成，不会带来白色污染，是一种环境友好型农药制剂。
附图说明
图1为实施例1中甲基丙烯酸邻硝基苯甲醇酯的1H-NMR谱图；
图2为实施例1中甲基丙烯酸邻硝基苯甲醇酯的13C-NMR谱图；
图3为实施例1中载药聚合物胶束的透射电镜图；
图4为实施例2中负载啶虫脒的聚合物胶束动态光散射测试；
图5为实施例1中负载啶虫脒的聚合物胶束释放的啶虫脒标准浓度-吸收值曲线；
图6为实施例1中负载啶虫脒的聚合物胶束全谱氙灯照射120h前后的对比照片。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例1
一种紫外光响应的农药缓释制剂的制备步骤如下：
S1：制备具有紫外光响应的两亲性聚合物：
(1)合成甲基丙烯酸邻硝基苯甲醇酯(MANBA)：将3.06g(0.2mol)邻硝基苯甲醇溶于20mL二氯甲烷中，加入2.3mL三乙胺，在冰浴中搅拌15分钟，随后滴加1.93mL(0.2mol)甲基丙烯酰氯，室温搅拌6小时。反应结束后，用去离子水萃取四次，将二氯甲烷旋干，即得黄色油状的甲基丙烯酸邻硝基苯甲醇酯。1H-NMR谱图如图1所示，13C-NMR如图2所示，证明了甲基丙烯酸邻硝基苯甲醇酯(MANBA)的成功合成。
(2)合成mPEG-溴代异丁酯：称取4g mPEG4000-OH(1mmol)溶于20mL二氯甲烷中，加入0.15mL三乙胺，在冰浴中搅拌15分钟，随后加入0.13mL(1mmol)溴代异丁酰溴，室温搅拌12小时。反应结束后，过滤除去不溶物，随后在冰的正己烷中沉降2次，即得到白色的mPEG-溴代异丁酯。
(3)合成PEG-P-MANBA：将2gmPEG-溴代异丁酯(0.5mmol)、70mg溴化亚铜(0.5mmol)和2.21g(10mmol)MANBA溶于10mL乙醇中，随后通过冷冻-抽气-放气循环除氧充氮，用微量进样针加入85mgN,N,N’,N’,N’-五甲基二乙烯三胺(PMDETA)，室温聚合8小时。聚合结束后，在冰正己烷中沉降2次，即得白色两亲性聚合物PEG-P-MANBA。
S2：制备负载啶虫脒的聚合物胶束：将1g PEG-P-MANBA和0.6g啶虫脒溶于8mL四氢呋喃中，超声震荡10分钟至完全溶解作为油相，随后使用注射器泵逐滴加入30mL水中，在500rpm搅拌8小时，形成聚合物胶束。随后在25℃下旋干四氢呋喃，所得水相经过滤除去不溶物，干燥后备用。透射电镜检测，载药的聚合物胶束形貌如图3所示，其尺寸在80nm左右，聚合物胶束为单分散尺寸较为均匀的球状，证明载药聚合物胶束的成功制备。
实施例2
一种紫外光响应的农药缓释制剂的制备步骤如下：
S1：制备具有紫外光响应的两亲性聚合物：
(1)合成甲基丙烯酸邻硝基苯甲醇酯(MANBA)：将6.12g(0.4mol)邻硝基苯甲醇溶于40mL二氯甲烷中，加入5mL三乙胺，在冰浴中搅拌15分钟，随后滴加4mL(0.42mol)甲基丙烯酰氯，室温搅拌6小时。反应结束后，用去离子水萃取四次，将二氯甲烷旋干，即得黄色油状的甲基丙烯酸邻硝基苯甲醇酯。
(2)合成mPEG-溴代异丁酯：称取8gmPEG4000-OH(2mmol)溶于50mL二氯甲烷中，加入0.3mL三乙胺，在冰浴中搅拌15分钟，随后加入0.3mL(2.2mmol)溴代异丁酰溴，室温搅拌12小时。反应结束后，过滤除去不溶物，随后在冰的正己烷中沉降2次，即得到白色的mPEG-溴代异丁酯。
(3)合成PEG-P-MANBA：将2g mPEG-溴代异丁酯(0.5mmol)、70mg溴化亚铜(0.5mmol)和4.42g(20mmol)MANBA溶于10mL乙醇中，随后通过冷冻-抽气-放气循环除氧充氮，用微量进样针加入85mgN,N,N’,N’,N”-五甲基二乙烯三胺(PMDETA)，室温聚合8小时。聚合结束后，在冰正己烷中沉降2次，即得白色两亲性聚合物PEG-P-MANBA。
S2：制备负载啶虫脒的聚合物胶束：将2gPEG-P-MANBA和2g啶虫脒溶于20mL四氢呋喃中，超声震荡10分钟至完全溶解作为油相，随后使用注射器泵逐滴加入60mL水中，在500rpm搅拌8小时，形成聚合物胶束。随后在25℃下旋干四氢呋喃，所得水相经过滤除去不溶物，干燥后备用。动态光散射测试显示负载啶虫脒的聚合物胶束的水合粒径在150nm左右，如图4所示。
将实施例1制备的负载啶虫脒的聚合物胶束在全谱氙灯下进行释放测定：将啶虫脒有效含量为0.5g的聚合物胶束溶于100mL水中，在全谱氙灯下以100W的功率照射120h，分别在1h、2h、4h、8h、12h、24h、36h、48h、72h、96h、120h、取样。将2mL取出的样品置于透析袋中，避光透析48h，透析结束后通过可见紫外吸收光谱仪测试278nm处吸收值，通过上述啶虫脒标准浓度-吸收值曲线，计算啶虫脒含量，绘制释放曲线如图5所示。从图中可以看出，释放率随着照射时间增长不断增加。图6为全谱氙灯照射120h前后的对比照片，通过图片可以看出，邻硝基苯甲醇酯断裂后，溶液由淡黄色转变为黄色。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。