專利名稱：一種載藥納米膠束溶液及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于農業技術領域，具體涉及一種兩親性的、可降解的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的制備方法，以及由該長鏈疏水基接枝羧甲基殼聚糖制備得到的載藥(農藥和/或植物養分)納米膠束溶液，該載藥納米膠束溶液可在瓜果或植物表面交聯成膜并緩釋農藥和植物養分，有利于瓜果的抑菌抗病保果。
背景技術：
近年來，食品安全已為全民所關注，獨具特色、安全綠色的農產品深受消費者的青睞。利用成本低廉的天然生物材料為原料結合先進的控制釋放技術，采用納米生物可降解材料作為載體，負載農藥和植物養分在瓜果或植物表面非共價鍵交聯成控釋膜，以長效緩釋農藥或植物養分對瓜果等起防病保果作用，可以改善瓜果外觀，提高瓜果成果率，并可減少農藥和肥料的使用量，減少農藥殘留，造福社會，同時為企業帶來可觀的經濟效益。近年來，聚合物納米膠束以其獨特的性能而受到廣泛關注，在醫藥衛生，生物技術等領域具有廣闊應用前景。聚合物納米膠束通常由嵌段聚合物或接枝型聚合物通過自聚集形成穩定的殼-核納米結構。殼聚糖廣泛存在于蝦蟹的外殼，來源豐富，成本低廉，是自然界中唯一存在的表面帶正電荷的天然高分子，具有優良的生物相容性和生物可降解性，而且殼聚糖可以誘導植物產生廣譜抗病性，增強植物的自身免疫力并直接抑制多種植物病原微生物(譬如枯萎病和煙草花葉病毒等)，還可作為植物生長調節劑，顯著提高農作物產量(譬如商品“生物耐克苗”等)。然而殼聚糖不能直接溶解于水，限制了其應用能力。人們相應地將研究移向了改性殼聚糖，即殼聚糖衍生物。在大量的殼聚糖衍生物中，羧甲基殼聚糖被證實是一種具有良好生物相容性的水溶性殼聚糖衍生物，但其在水中不能形成穩定的膠束。

發明內容
為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖(HP-CMCQ的制備方法。本發明的另一目的在于提供由上述方法制備得到的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖，該長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖能夠溶解于水中，并能在水中形成穩定的納米膠
束ο本發明的再一目的在于提供一種載藥納米膠束溶液的制備方法，該載藥納米膠束溶液由上述的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖制備得到。本發明的又一目的在于提供由上述方法制備得到的載藥納米膠束溶液。本發明的第五個目的在于提供上述的載藥納米膠束溶液的應用，該載藥納米膠束溶液可高效負載農藥或植物養分并在植物或果實表面形成非共建鍵結合交聯成控釋膜，達到長期防病保果或控釋植物養分的功效，實現減少農藥或植物養分施用量和施用頻率、減少農藥殘留的目的。本發明的目的通過下述技術方案實現一種長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖(HP-CMCQ的制備方法，包括以下步驟(1)將長鏈醇、氫氧化鈉和十六烷基三甲基溴化銨混合，攪拌均勻，加熱到 60-70°C熔融，再滴入環氧氯丙烷，在60-65°C反應2_4h，然后過濾，收集濾液并用水洗滌， 對濾液干燥除水，再蒸餾掉溶劑得到長鏈的烷氧基縮水甘油醚；(2)將氫氧化鉀溶解于異丙醇中得到溶液A ；將羧甲基殼聚糖加入到溶液A中，再加入步驟(1)制備得到的長鏈的烷氧基縮水甘油醚，60-65°C下反應12-24h，然后過濾，收集濾液并用無水乙醇洗滌，干燥，得到長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖；步驟(1)所述長鏈醇與氫氧化鈉的摩爾比為1 1-3，優選1 2;步驟(1)所述長鏈醇與十六烷基三甲基溴化銨的摩爾比為1 0. 010-0. 030，優選 1 0. 013 ；步驟(1)所述長鏈醇與環氧氯丙烷的摩爾比為1 1-3，優選1 2;步驟(1)所述長鏈醇為一元醇，其碳原子數為8-32 ；步驟(1)所述水的溫度為50-70°C，用熱水洗滌的目的是去除殘余的十六烷基三甲基溴化銨和氫氧化鈉；步驟⑵所述溶液A中，氫氧化鉀的濃度為0. 1-0. 2g/100mL ；步驟( 所述羧甲基殼聚糖與長鏈的烷氧基縮水甘油醚的質量比為1 1-3. 5，優選 1 2. 1 ；步驟⑵所述無水乙醇的溫度為50-70°C，用熱無水乙醇洗滌的目的是去除殘余的長鏈醇。上述的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖能夠溶解于水中，并能在水中形成穩定的納米膠束。一種載藥納米膠束溶液的制備方法，包括以下步驟取上述的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖溶解于水中，得到溶液B;取藥物溶解于水或乙醇中，得到溶液C ；將溶劑C緩慢滴加入溶液B中，然后蒸除乙醇(若溶劑為乙醇)， 得到載藥納米膠束溶液；所述溶液B中長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的濃度為l_6g/L ；所述溶液C中藥物的濃度為10g/L ；所述溶液C與溶液B的體積比為1 10;所述的藥物是指農藥、植物養分或植物生長素；上述的載藥納米膠束溶液中含有粒徑為80-300nm的膠束。將上述的載藥納米膠束溶液噴灑到植物表面，在水分蒸發后納米膠束能夠以非共價鍵交聯結成膜，膜內可包裹著藥物，隨著時間推移，藥物(農藥、植物養分或植物生長素) 能夠緩慢釋放出來，對植物起到殺蟲、抑菌、增肥、促生長的作用。本發明的原理是在殼聚糖結構中引入親水基團和疏水基團能夠提高其水溶性； 同時，其疏水基團所形成的核結構可以把藥物包裹起來以避免藥物結構被破壞，保持了藥物的活性。本發明方法通過將長鏈疏水基團(八到三十二個碳原子的長鏈的烷氧基縮水甘油醚)引入到羧甲基殼聚糖分子中，獲得了一種新型的兩親性殼聚糖衍生物，它能直接溶于水并可以在水中自組裝形成結構穩定、聚集緊密的納米聚集體。該兩親性殼聚糖衍生物是具有良好成膜性的控釋載體，在負載藥物或植物營養成分后，噴施在瓜果表面或植物葉面上，在水分蒸發后能夠以非共價鍵交聯成膜，膜內藥物能夠緩慢釋放，該膜材料還具有良好的透氣性、生物安全性和生物可降解性。本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果1、本發明制備的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖具有尺寸小的特點，可通過調節長鏈的烷氧基縮水甘油醚的投料比來獲得不同的疏水鏈接枝率從而調節長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的粒徑大小。長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖能夠在水中形成穩定的膠束，可以負載疏水性藥物分子并緊密的包裹起來。2、本發明制備的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖作為一種安全有效的藥物載體， 可提高疏水藥物的溶解度，通過非共價鍵結合形成膜，其表面為羧基和氨基的親水層，疏水鏈組成的中間疏水層可包裹并保護藥物分子(包括農藥或植物養分等)，使藥物在自然條件下緩慢分解，持續釋放負載藥物，通過控釋藥物維持藥物的長效作用，從而提高藥物的利用率，減少常規施藥使用量和施藥頻率，減少藥物在果蔬表面殘留。3、本發明制備的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖形成的膜在農業領域有多方面的應用價值，不僅可以負載農藥形成保果抗病的農藥控釋膜，也可負載肥料等作為葉面控釋肥料膜，或控釋植物生長激素。4、本發明制備的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的主要原材料為殼聚糖，其來源豐富，特別是沿海地區漁業發達的城市，蝦蟹等海產品產生的大量蝦殼蟹殼等廢料，經簡單初步加工就可以得到殼聚糖，因而成本低廉，而且制備本發明的方法，工藝簡單，適合大規模生產。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。實施例1一種長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖(HP-CMCQ的制備方法，包括以下步驟(1)取27. Okg十八醇、5. Okg氫氧化鈉和0. 8kg十六烷基三甲基溴化銨加入反應釜中攪拌，70°C加熱熔融，再滴加入9. 3kg環氧氯丙烷，保持在65°C反應池，減壓過濾，收集濾液并用熱水(60°C )洗三遍，再加入無水硫酸鈉除水，減壓蒸餾掉溶劑得到淡黃色固體為十八烷基縮水甘油醚。(2)取0. Ikg氫氧化鉀溶解在100L異丙醇中，得到溶液A ；將2. Okg羧甲基殼聚糖分散在溶液A中，再加入2. Okg步驟(1)制備得到的十八烷基縮水甘油醚，加熱至65°C反應 24h后，抽濾，收集濾液并用熱無水乙醇(60°C )洗滌數遍，減壓干燥得到長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖，在水溶液中經激光散射檢測其粒徑為107nm。實施例2一種長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖(HP-CMCQ的制備方法，包括以下步驟(1)取3. 2kg辛醇、8. Okg氫氧化鈉和0. 5kg十六烷基三甲基溴化銨加入反應釜中攪拌，60°C加熱熔融，再滴加入18. 5kg環氧氯丙烷，保持在60。C反應池，減壓抽濾，收集濾液并用熱水(60°C)洗三遍，再加入無水硫酸鈉除水，減壓蒸餾掉溶劑得到淡黃色固體為八烷基縮水甘油醚。(2)取0. Ikg氫氧化鉀溶解在100L異丙醇中，得到溶液A ；將2. Okg羧甲基殼聚糖分散在溶液A中，再投入2. 6kg步驟(1)制備得到的八烷基縮水甘油醚，加熱至60°C反應 1 后，抽濾，收集濾液并用熱無水乙醇(60°C)洗滌數遍，真空干燥得到長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖，在水溶液中經激光散射檢測其粒徑為^8nm。實施例3一種長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖(HP-CMCQ的制備方法，包括以下步驟(1)取27. Okg十八醇、10. Okg氫氧化鈉和0. 4kg十六烷基三甲基溴化銨加入反應釜中攪拌，70°C加熱熔融，再滴加入20. 5kg環氧氯丙烷，保持在65V反應4h，減壓過濾，收集濾液并用熱水(60°C)洗三遍，再加入無水硫酸鈉除水，減壓蒸餾掉溶劑得到淡黃色固體為十八烷基縮水甘油醚。(2)取0. Ikg氫氧化鉀溶解在100L異丙醇中，得到溶液A ；將2. Okg羧甲基殼聚糖分散在溶液A中，再投入4. 2kg步驟(1)制備得到的十八烷基縮水甘油醚，加熱至60°C反應 1 后，抽濾，收集濾液并用熱無水乙醇(60°C )洗滌數遍，真空干燥得到長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖，在水溶液中經激光散射檢測其粒徑為161nm。實施例4一種長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖(HP-CMCQ的制備方法，包括以下步驟(1)取22. Okg十四醇、12. Okg氫氧化鈉和0. 5kg十六烷基三甲基溴化銨加入反應釜中攪拌，70°C加熱熔融，再滴加入18. 5kg環氧氯丙烷，保持在65V反應池，減壓過濾，收集濾液并用熱水(50°C)洗三遍，再加入無水硫酸鈉除水，減壓蒸餾掉溶劑得到淡黃色固體為十四烷基縮水甘油醚。(2)取0. Ikg氫氧化鉀溶解在100L異丙醇中，得到溶液A ；將2. Okg羧甲基殼聚糖分散在溶液A中，再加入5kg步驟(1)制備得到的十四烷基縮水甘油醚，加熱至60°C反應 24h后，抽濾，收集濾液并用熱無水乙醇(50°C )洗滌數遍，真空干燥得到長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖，在水溶液中經激光散射檢測其粒徑為182nm。實施例5一種長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖(HP-CMCQ的制備方法，包括以下步驟(1)取46. Og三十二醇、5. Og氫氧化鈉和Ig十六烷基三甲基溴化銨加入150mL三口燒瓶中并置于恒溫磁力攪拌機中攪拌，加熱(70°C)熔融，再滴加入18. 5g環氧氯丙烷，保持在65°C反應池，減壓抽濾，收集濾液并用熱水(60°C)洗三遍，再加入無水硫酸鈉除水，減壓蒸餾掉溶劑得到淡黃色固體為三十二烷基縮水甘油醚。(2)取0. 2g氫氧化鉀溶解在IOOmL異丙醇中，得到溶液A ；將2. Og羧甲基殼聚糖分散在溶液A中，再加入7g步驟(1)制備得到的三十二烷基縮水甘油醚，加熱至60°C反應 24h后，抽濾，收集濾液并用熱無水乙醇(70°C)洗滌數遍，真空干燥得到長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖，在水溶液中經激光散射檢測其粒徑為196nm。實施例6一種載藥納米膠束溶液的制備方法，包括以下步驟 取Ig水楊酸溶解于IOOmL乙醇中，再緩慢滴加到IL濃度為lmg/mL的實施例1制備得到的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的水溶液中，然后旋轉蒸發將殘留的有機溶劑除去，得到負載藥物的納米膠束溶液。實施例7一種載藥納米膠束溶液的制備方法，包括以下步驟取Ig米鮮胺溶解于IOOmL乙醇中，再緩慢滴加到IL濃度為lmg/mL的實施例2制備得到的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的水溶液中，然后旋轉蒸發將殘留的有機溶劑除去，得到負載藥物的納米膠束溶液。實施例8一種載藥納米膠束溶液的制備方法，包括以下步驟取Ig苦參堿溶解于IOOmL乙醇中，再緩慢滴加到IL濃度為lmg/mL的實施例3制備得到的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的水溶液中，然后旋轉蒸發將殘留的有機溶劑除去，然后進行冷凍干燥得到得到負載苦參堿的納米膠束粉末，使用時可直接溶解于水噴施。實施例9一種載藥納米膠束溶液的制備方法，包括以下步驟取Ig納米二氧化鈦溶解在IOOmL水中，加到IL濃度為6mg/mL的實施例4制備得到的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的水溶液中，得到負載植物養分的納米膠束溶液。然后進行冷凍干燥得到稀土植物養分納米膠束粉，使用時可直接溶解于水噴施。實施例10—種載藥納米膠束溶液的制備方法，包括以下步驟將植物微量元素溶解在IOOmL水中，加到IL濃度為lmg/mL的實施例5制備得到的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖納米膠束的水溶液中，然后旋轉蒸發將殘留的有機溶劑除去，得到負載藥物的納米膠束溶液。然后進行冷凍干燥得到葉面肥納米膠束粉。實施例11本發明產品在廣東省云浮土包子農產品公司芒果農場進行了大田實驗，在對往年芒果病害進行的分析，確定為芒果的瘡痂病，炭疽病及擬盤多毛孢病。在田間進行多種方案的試驗a.空白納米載體(即實施例1得到的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖)浸泡袋和納米載體負載農藥浸泡袋進行對比；b.空白納米載體(即實施例1得到的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖)和納米載體負載農藥分別浸泡芒果；c.空白納米載體(即實施例1得到的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖)和納米載體負載農藥分別浸泡芒果后再套袋；每組實驗均設置了空白對照做對比，b，c組又分為高濃度和低濃度組，同時設置不同農藥復配組。具體方法如下(括號內為編號):a組空白袋子(FO)；納米載體(實施例1制得)浸泡袋(Fl)；納米載體負載水楊酸(實施例6制得)浸泡袋(F2)b組⑴高濃度組納米膠束載藥溶液水=1 2
納米載體(實施例1制得)(F3⑵)納米載體負載水楊酸(實施例6制得)(F4⑵)納米載體負載苦參堿(實施例8制得)(F5⑵)納米載體負載納米TW2 (實施例9制得)(F6 (2))
7
納米載體負載米鮮胺(實施例7制得)(F7 (2))(2)低濃度組納米膠束載藥溶液水=1 3納米載體(F3(3))納米載體負載水楊酸(F4 (3))納米載體負載苦參堿(F5 (3))納米載體負載納米TiO2 (F6 (3))納米載體負載米鮮胺(F7 (3))c復配組(即以上b組兩種溶液混合)Gl :F7(2)+F4(2)G2 :F7(2)+F6(2)G3 :F5(2)+F4(2)G4 :F5(2)+F6(2)試驗步驟(1)納米載體負載農藥浸泡袋組a.納米載體浸泡袋即Fl組100個進行套袋，此外100個空白無任何處理的袋子復核；b.納米載體包裹水楊酸浸泡袋即F2組100個進行套袋，此外100個空白無任何處
理的袋子復核。(2)納米載體負載農藥浸泡果組a.高濃度組:F3 (2)，F4 (2)，F5 (2)，F6 (2)，F7 (2)分別每組浸泡 200 個果，每隔一個月浸藥一次，共兩層，其中100個果進行套袋處理，另外100個不做套袋處理；b.低濃度組:F3 (3)，F4 (3)，F5 (3)，F6 (3)，F7 (3)分別每組浸泡 200 個果，每隔一個月浸藥一次，共兩層，其中100個果進行套袋處理，另外100個不做套袋處理；c.復配組G1，G2，G3，G4分別每組浸泡200個果，每隔一個月浸藥一次，共兩層， 其中100個果進行套袋處理，另外100個不做套袋處理；實驗結果表1本實驗各組一等果所占比例
權利要求
1.一種長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將長鏈醇、氫氧化鈉和十六烷基三甲基溴化銨混合，攪拌均勻，加熱熔融，再滴入環氧氯丙烷，在60-65°C反應2-4h，然后過濾，收集濾液并用水洗滌，對濾液干燥除水，再蒸餾掉溶劑得到長鏈的烷氧基縮水甘油醚；(2)將氫氧化鉀溶解于異丙醇中得到溶液A；將羧甲基殼聚糖加入到溶液A中，再加入步驟(1)制備得到的長鏈的烷氧基縮水甘油醚，60-65°C下反應12-24h，然后過濾，收集濾液并用無水乙醇洗滌，干燥，得到長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖；步驟(1)所述的長鏈醇為一元醇，其碳原子數為8-32 ；步驟(1)所述長鏈醇與氫氧化鈉的摩爾比為1:1-3;步驟(1)所述長鏈醇與十六烷基三甲基溴化銨的摩爾比為1 0.010-0.030;步驟(1)所述長鏈醇與環氧氯丙烷的摩爾比為1:1-3;步驟( 所述羧甲基殼聚糖與長鏈的烷氧基縮水甘油醚的質量比為1 1-3.5。
2.根據權利要求1所述的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的制備方法，其特征在于步驟(1)所述長鏈醇與氫氧化鈉的摩爾比為1:2;步驟(1)所述長鏈醇與十六烷基三甲基溴化銨的摩爾比為1 0.013。
3.根據權利要求1所述的長鏈疏水基接枝羧甲基殼聚糖的制備方法，其特征在于步驟(1)所述長鏈醇與環氧氯丙烷的摩爾比為1 2。
4.根據權利要求1所述的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的制備方法，其特征在于步驟(1)所述水的溫度為50-70°C ；步驟( 所述溶液A中，氫氧化鉀的濃度為0. 1-0. 2g/100mL。
5.根據權利要求1所述的長鏈疏水基接枝羧甲基殼聚糖的制備方法，其特征在于步驟( 所述羧甲基殼聚糖與長鏈的烷氧基縮水甘油醚的質量比為1 2. 1;步驟( 所述無水乙醇的溫度為50-70°C。
6.一種長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖，是由權利要求1-5任一項所述的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的制備方法制備得到的。
7.一種載藥納米膠束溶液的制備方法，其特征在于包括以下步驟取權利要求6所述的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖溶解于水中，得到溶液B ；取藥物溶解于水或乙醇中，得到溶液C ；將溶液C緩慢滴加入溶液B中，然后蒸除乙醇，得到載藥納米膠束溶液。
8.根據權利要求7所述的載藥納米膠束溶液的制備方法，其特征在于所述溶液B中長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖的濃度為l-6g/L ；所述溶液C中藥物的濃度為10g/L ；所述溶液C與溶液B的體積比為1 10。
9.一種載藥納米膠束溶液，是由權利要求7或8所述的載藥納米膠束溶液的制備方法制備得到的。
10.權利要求9所述的載藥納米膠束溶液的應用，其特征在于將權利要求9所述的載藥納米膠束溶液噴灑到植物表面。
全文摘要
本發明公開了一種載藥納米膠束溶液及其制備方法與應用。一種載藥納米膠束溶液，由以下方法制備得到取長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖溶解于水中，得到溶液B；取藥物溶解于水或乙醇中，得到溶液C；將溶液C緩慢滴加入溶液B中，然后蒸除乙醇，得到載藥納米膠束溶液。本發明的長鏈疏水基團接枝羧甲基殼聚糖可提高疏水藥物的溶解度，同時保護藥物緩慢分解；載藥納米膠束溶液噴灑到植物表面后能形成薄膜，膜內的農藥和植物養分能夠緩慢釋放，對植物起到持續的殺蟲、抑菌、增肥、促生長的作用。
文檔編號A01N25/04GK102408497SQ20111020658
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月22日
發明者林鉆濤, 肖金菊, 蔣剛彪 申請人:華南農業大學