海泥基農(nóng)藥緩釋劑的制備與緩釋性能

吳建鴻 陳露蕓 陳濤 吳艷梅 閆華

摘? ? ? 要： 開(kāi)發(fā)了“海泥基農(nóng)藥緩釋劑的制備與緩釋性能”的開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。通過(guò)SEM、接觸角、N2吸脫附等方法對(duì)海泥進(jìn)行表征，測(cè)定模型藥物上載量和緩釋曲線，并通過(guò)釋放動(dòng)力學(xué)模型探討緩釋機(jī)理。該實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

關(guān)? 鍵? 詞：開(kāi)放性實(shí)驗(yàn);海泥;緩釋

中圖分類(lèi)號(hào)：G64;O6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2019）09-2013-04

Abstract： An open innovation experiment "Preparation and sustained-release performance of sea mud-based pesticide sustained release agent" was exploited. The sea mud was characterized by SEM， contact angle， N2 adsorption and desorption methods. The model drug loading capacity and sustained-release curves were measured， and the release mechanism was discussed by the release kinetics model. This experiment is beneficial to cultivating students' innovative consciousness and innovative ability.

Key words： Open experiment; Sea mud; Sustained-release

開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為中心，能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)比較，更具有新穎性、探究性，對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新性人才具有重要的作用。

近些年，人們開(kāi)發(fā)了海泥磚、海泥陶粒、以及海泥面膜美容護(hù)膚產(chǎn)品等?，F(xiàn)代研究表明，海泥含有豐富的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)、膠體成分、海洋特有的有機(jī)質(zhì)和微生物，海泥提取液具有抑菌和抗氧化活性[1-3]。海泥發(fā)電技術(shù)的成功可望為海底監(jiān)測(cè)儀器提供的長(zhǎng)期電源供應(yīng)，解決海洋開(kāi)發(fā)儀器中電源供給的瓶頸問(wèn)題[4]。這些研究結(jié)果暗示了海泥可能是潛在的巨大資源寶庫(kù)，等待人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)利用。

農(nóng)藥緩釋劑可以有效提高農(nóng)藥利用率，降低農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染，而受到廣泛關(guān)注[5，6]。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目利用灘涂海泥為農(nóng)藥載體，通過(guò)吸附制備農(nóng)藥緩釋劑并測(cè)定釋放性能。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，同時(shí)讓學(xué)生了解灘涂海泥利用現(xiàn)狀和農(nóng)藥減施增效的意義，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注資源、環(huán)境等人類(lèi)面臨的問(wèn)題。

1? 實(shí)驗(yàn)原理

吸附性固體緩釋劑是將藥物吸附于固體載體表面，而后通過(guò)解吸、擴(kuò)散達(dá)到緩慢釋放的一種農(nóng)藥劑型[7，8]。藥物上載量（LC）是指單位質(zhì)量的固體載體上載藥物的量，計(jì)算公式為：

載藥率（LR）是指單位質(zhì)量的緩釋劑所含有藥物的量，計(jì)算公式為：

藥物釋放率為解吸釋放出的藥物占緩釋劑所含藥物的百分比，計(jì)算類(lèi)似于文獻(xiàn)報(bào)道的公式[9]：

藥物釋放的Korsmeyer-Peppas模型：

2? 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1? 樣品采集和處理

海泥采自臺(tái)州灣灘涂，濕海泥在120 oC溫度下進(jìn)行烘干，然后在研缽中研磨，并用200目的標(biāo)準(zhǔn)篩篩分出去大的顆粒，最后封裝在樣品瓶中備用。

2.2? 樣品的表征

樣品表面噴金后，用S-4800 掃描電子顯微鏡（日本日立公司）進(jìn)行形貌觀察。用視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定水在固體薄片上的接觸角。用ASAP2020比表面及孔隙分析儀，通過(guò)N2在77 K條件下等溫吸脫附曲線，測(cè)定樣品的BET比表面積和孔徑分布。

2.3? 藥物上載

由于有機(jī)染料對(duì)紫外-可見(jiàn)光具有吸收特性，根據(jù)吸光度可以方便測(cè)定濃度，因此，它們常被選作模型藥物[10，11]。另外從經(jīng)濟(jì)和實(shí)驗(yàn)室綠色化考慮，有機(jī)染料作為模型藥物來(lái)替代有毒有害較貴的真實(shí)農(nóng)藥也是適宜的。本實(shí)驗(yàn)選用亞甲基藍(lán)為模型藥物。稱(chēng)取0.50 g海泥干粉，投放到盛有50 mL一定濃度的亞甲基藍(lán)溶液的碘量瓶中，并放置到恒溫振動(dòng)器中震蕩24 h，離心分離，得到載藥海泥固體，放入真空干燥箱內(nèi)干燥。通過(guò)測(cè)定亞甲基藍(lán)溶液在665 nm處的吸光度，根據(jù)工作曲線c（μM）=0.007 4+0.815 84A，R=0.999來(lái)計(jì)算上載前后溶液的濃度c0和c，并根據(jù)公式（1）和（2）分別計(jì)算AC和LR。

2.4? 藥物釋放曲線測(cè)定

載藥海泥的緩釋性能參照文獻(xiàn)[9，12]來(lái)測(cè)定。稱(chēng)取0.050 g載藥海泥，裝到透析袋中，并置于不同pH值的50 mL體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇水溶液中，間隔一定時(shí)間，移取2 mL樣品液，稀釋到一定濃度后測(cè)定吸光度，同時(shí)補(bǔ)加2 mL體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇水溶液。根據(jù)公式（3）測(cè)定藥物累積釋放率Q，并繪制釋放曲線。

3? 結(jié)果與討論

3.1? SEM

從海泥的SEM圖（圖1）可知，海泥顆粒粒徑從幾微米到20～30 μm，并且顆粒是由一個(gè)個(gè)薄片堆積而成，形成較大的縫隙，顆粒表面比較粗糙。

3.2? 水在海泥表面的接觸角

藥物載體表面的親疏水性會(huì)影響到藥物的上載、藥劑顆粒的分散性、以及藥劑與植物葉片的粘附性。藥物載體表面的親疏水性可以通過(guò)接觸角的大小來(lái)衡量。通常情況下，水在固體表面的接觸角θ（圖2）的大小可以用來(lái)判斷水對(duì)固體表面的潤(rùn)濕性。

當(dāng)θ>90o時(shí)，水對(duì)固體表面不潤(rùn)濕;當(dāng)θ<90o時(shí)，水對(duì)固體表面潤(rùn)濕。當(dāng)θ=0或180o時(shí)，則完全潤(rùn)濕。因此，水對(duì)固體表面的接觸角的大小反映了固體表面的親疏水性。水的接觸角越小，固體表面的親水性越好。水在原始海泥表面的接觸角θ=11.2o，遠(yuǎn)小于90o;水在海泥表面的接觸角較小，說(shuō)明它們是親水性的表面。

3.3? N2吸脫附

根據(jù)IUPAC對(duì)N2吸脫附曲線類(lèi)型的分類(lèi)[13]，海泥的N2吸脫附曲線（圖3a）基本屬于II型，并且?guī)в蠬3的滯后環(huán)，這類(lèi)滯后環(huán)通常是由片狀顆粒非剛性聚集造成的?？讖椒植紙D（圖3b）顯示，海泥中存存在孔徑約3 nm的介孔和20～80 nm的大孔。這些大孔由一個(gè)個(gè)礦物薄片堆積而成，并被SEM圖像證實(shí)。BET比表面分析結(jié)果（表1）顯示海泥的比表面積和BJH吸附孔體積分別為20.9 m2/g和0.053 cm3/g。

3.4? 模型藥物上載與釋放曲線

由表1可知，灘涂海泥對(duì)模型藥物亞甲基藍(lán)的上載量為33.8 mg/g，上載率為3.3%。圖4（a）為不同pH下，模型藥物的釋放曲線，整個(gè)釋放曲線包含“突釋”區(qū)（t≤7 h）和“緩釋”區(qū)（t>7 h）兩個(gè)部分。經(jīng)過(guò)7 h“突釋”，模型藥物的累積釋放率最多為1%（pH=7.4），之后進(jìn)入緩釋區(qū)。pH在近中性條件下，模型藥物較快的釋放，在偏堿性或酸性條件下釋放相對(duì)較慢。經(jīng)過(guò)10 d，在近中性（pH=7.4）或堿性（pH=9.0）條件下，累積釋放率約為2.0%，在酸性（pH=5.0）條件下累積釋放率約為1.8%。

為了進(jìn)一步探討模型藥物的釋放機(jī)理，采用Korsmeyer-Peppas模型對(duì)模型藥物釋放數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合（圖4b），擬合參數(shù)如表2所示。線性相關(guān)系數(shù)R2大于0.9，說(shuō)明較好的相關(guān)性。擴(kuò)散指數(shù)n<0.5，說(shuō)明模型藥物釋放機(jī)理為Fick擴(kuò)散[14，15]。

4? 結(jié)束語(yǔ)

該開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，選題較為新穎，不僅關(guān)注資源與環(huán)境等問(wèn)題，而且具有浙江地方特色。實(shí)驗(yàn)用到SEM、接觸角、N2吸脫附、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)等多種表征手段，綜合性較強(qiáng)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)和理論的理解，而且可以培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料、數(shù)據(jù)處理、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

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