专利名称：一种载药纳米胶束溶液及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明属于农业技术领域，具体涉及一种两亲性的、可降解的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的制备方法，以及由该长链疏水基接枝羧甲基壳聚糖制备得到的载药(农药和/或植物养分)纳米胶束溶液，该载药纳米胶束溶液可在瓜果或植物表面交联成膜并缓释农药和植物养分，有利于瓜果的抑菌抗病保果。
背景技术：
近年来，食品安全已为全民所关注，独具特色、安全绿色的农产品深受消费者的青睐。利用成本低廉的天然生物材料为原料结合先进的控制释放技术，采用纳米生物可降解材料作为载体，负载农药和植物养分在瓜果或植物表面非共价键交联成控释膜，以长效缓释农药或植物养分对瓜果等起防病保果作用，可以改善瓜果外观，提高瓜果成果率，并可减少农药和肥料的使用量，减少农药残留，造福社会，同时为企业带来可观的经济效益。近年来，聚合物纳米胶束以其独特的性能而受到广泛关注，在医药卫生，生物技术等领域具有广阔应用前景。聚合物纳米胶束通常由嵌段聚合物或接枝型聚合物通过自聚集形成稳定的壳-核纳米结构。壳聚糖广泛存在于虾蟹的外壳，来源丰富，成本低廉，是自然界中唯一存在的表面带正电荷的天然高分子，具有优良的生物相容性和生物可降解性，而且壳聚糖可以诱导植物产生广谱抗病性，增强植物的自身免疫力并直接抑制多种植物病原微生物(譬如枯萎病和烟草花叶病毒等)，还可作为植物生长调节剂，显著提高农作物产量(譬如商品“生物耐克苗”等)。然而壳聚糖不能直接溶解于水，限制了其应用能力。人们相应地将研究移向了改性壳聚糖，即壳聚糖衍生物。在大量的壳聚糖衍生物中，羧甲基壳聚糖被证实是一种具有良好生物相容性的水溶性壳聚糖衍生物，但其在水中不能形成稳定的胶束。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖(HP-CMCQ的制备方法。本发明的另一目的在于提供由上述方法制备得到的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖，该长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖能够溶解于水中，并能在水中形成稳定的纳米胶
束ο本发明的再一目的在于提供一种载药纳米胶束溶液的制备方法，该载药纳米胶束溶液由上述的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖制备得到。本发明的又一目的在于提供由上述方法制备得到的载药纳米胶束溶液。本发明的第五个目的在于提供上述的载药纳米胶束溶液的应用，该载药纳米胶束溶液可高效负载农药或植物养分并在植物或果实表面形成非共建键结合交联成控释膜，达到长期防病保果或控释植物养分的功效，实现减少农药或植物养分施用量和施用频率、减少农药残留的目的。本发明的目的通过下述技术方案实现一种长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖(HP-CMCQ的制备方法，包括以下步骤(1)将长链醇、氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵混合，搅拌均勻，加热到 60-70°C熔融，再滴入环氧氯丙烷，在60-65°C反应2_4h，然后过滤，收集滤液并用水洗涤， 对滤液干燥除水，再蒸馏掉溶剂得到长链的烷氧基缩水甘油醚；(2)将氢氧化钾溶解于异丙醇中得到溶液A ；将羧甲基壳聚糖加入到溶液A中，再加入步骤(1)制备得到的长链的烷氧基缩水甘油醚，60-65°C下反应12-24h，然后过滤，收集滤液并用无水乙醇洗涤，干燥，得到长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖；步骤(1)所述长链醇与氢氧化钠的摩尔比为1 1-3，优选1 2;步骤(1)所述长链醇与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1 0. 010-0. 030，优选 1 0. 013 ；步骤(1)所述长链醇与环氧氯丙烷的摩尔比为1 1-3，优选1 2;步骤(1)所述长链醇为一元醇，其碳原子数为8-32 ；步骤(1)所述水的温度为50-70°C，用热水洗涤的目的是去除残余的十六烷基三甲基溴化铵和氢氧化钠；步骤⑵所述溶液A中，氢氧化钾的浓度为0. 1-0. 2g/100mL ；步骤( 所述羧甲基壳聚糖与长链的烷氧基缩水甘油醚的质量比为1 1-3. 5，优选 1 2. 1 ；步骤⑵所述无水乙醇的温度为50-70°C，用热无水乙醇洗涤的目的是去除残余的长链醇。上述的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖能够溶解于水中，并能在水中形成稳定的纳米胶束。一种载药纳米胶束溶液的制备方法，包括以下步骤取上述的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖溶解于水中，得到溶液B;取药物溶解于水或乙醇中，得到溶液C ；将溶剂C缓慢滴加入溶液B中，然后蒸除乙醇(若溶剂为乙醇)， 得到载药纳米胶束溶液；所述溶液B中长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的浓度为l_6g/L ；所述溶液C中药物的浓度为10g/L ；所述溶液C与溶液B的体积比为1 10;所述的药物是指农药、植物养分或植物生长素；上述的载药纳米胶束溶液中含有粒径为80-300nm的胶束。将上述的载药纳米胶束溶液喷洒到植物表面，在水分蒸发后纳米胶束能够以非共价键交联结成膜，膜内可包裹着药物，随着时间推移，药物(农药、植物养分或植物生长素) 能够缓慢释放出来，对植物起到杀虫、抑菌、增肥、促生长的作用。本发明的原理是在壳聚糖结构中引入亲水基团和疏水基团能够提高其水溶性； 同时，其疏水基团所形成的核结构可以把药物包裹起来以避免药物结构被破坏，保持了药物的活性。本发明方法通过将长链疏水基团(八到三十二个碳原子的长链的烷氧基缩水甘油醚)引入到羧甲基壳聚糖分子中，获得了一种新型的两亲性壳聚糖衍生物，它能直接溶于水并可以在水中自组装形成结构稳定、聚集紧密的纳米聚集体。该两亲性壳聚糖衍生物是具有良好成膜性的控释载体，在负载药物或植物营养成分后，喷施在瓜果表面或植物叶面上，在水分蒸发后能够以非共价键交联成膜，膜内药物能够缓慢释放，该膜材料还具有良好的透气性、生物安全性和生物可降解性。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果1、本发明制备的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖具有尺寸小的特点，可通过调节长链的烷氧基缩水甘油醚的投料比来获得不同的疏水链接枝率从而调节长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的粒径大小。长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖能够在水中形成稳定的胶束，可以负载疏水性药物分子并紧密的包裹起来。2、本发明制备的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖作为一种安全有效的药物载体， 可提高疏水药物的溶解度，通过非共价键结合形成膜，其表面为羧基和氨基的亲水层，疏水链组成的中间疏水层可包裹并保护药物分子(包括农药或植物养分等)，使药物在自然条件下缓慢分解，持续释放负载药物，通过控释药物维持药物的长效作用，从而提高药物的利用率，减少常规施药使用量和施药频率，减少药物在果蔬表面残留。3、本发明制备的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖形成的膜在农业领域有多方面的应用价值，不仅可以负载农药形成保果抗病的农药控释膜，也可负载肥料等作为叶面控释肥料膜，或控释植物生长激素。4、本发明制备的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的主要原材料为壳聚糖，其来源丰富，特别是沿海地区渔业发达的城市，虾蟹等海产品产生的大量虾壳蟹壳等废料，经简单初步加工就可以得到壳聚糖，因而成本低廉，而且制备本发明的方法，工艺简单，适合大规模生产。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1一种长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖(HP-CMCQ的制备方法，包括以下步骤(1)取27. Okg十八醇、5. Okg氢氧化钠和0. 8kg十六烷基三甲基溴化铵加入反应釜中搅拌，70°C加热熔融，再滴加入9. 3kg环氧氯丙烷，保持在65°C反应池，减压过滤，收集滤液并用热水(60°C )洗三遍，再加入无水硫酸钠除水，减压蒸馏掉溶剂得到淡黄色固体为十八烷基缩水甘油醚。(2)取0. Ikg氢氧化钾溶解在100L异丙醇中，得到溶液A ；将2. Okg羧甲基壳聚糖分散在溶液A中，再加入2. Okg步骤(1)制备得到的十八烷基缩水甘油醚，加热至65°C反应 24h后，抽滤，收集滤液并用热无水乙醇(60°C )洗涤数遍，减压干燥得到长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖，在水溶液中经激光散射检测其粒径为107nm。实施例2一种长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖(HP-CMCQ的制备方法，包括以下步骤(1)取3. 2kg辛醇、8. Okg氢氧化钠和0. 5kg十六烷基三甲基溴化铵加入反应釜中搅拌，60°C加热熔融，再滴加入18. 5kg环氧氯丙烷，保持在60。C反应池，减压抽滤，收集滤液并用热水(60°C)洗三遍，再加入无水硫酸钠除水，减压蒸馏掉溶剂得到淡黄色固体为八烷基缩水甘油醚。(2)取0. Ikg氢氧化钾溶解在100L异丙醇中，得到溶液A ；将2. Okg羧甲基壳聚糖分散在溶液A中，再投入2. 6kg步骤(1)制备得到的八烷基缩水甘油醚，加热至60°C反应 1 后，抽滤，收集滤液并用热无水乙醇(60°C)洗涤数遍，真空干燥得到长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖，在水溶液中经激光散射检测其粒径为^8nm。实施例3一种长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖(HP-CMCQ的制备方法，包括以下步骤(1)取27. Okg十八醇、10. Okg氢氧化钠和0. 4kg十六烷基三甲基溴化铵加入反应釜中搅拌，70°C加热熔融，再滴加入20. 5kg环氧氯丙烷，保持在65V反应4h，减压过滤，收集滤液并用热水(60°C)洗三遍，再加入无水硫酸钠除水，减压蒸馏掉溶剂得到淡黄色固体为十八烷基缩水甘油醚。(2)取0. Ikg氢氧化钾溶解在100L异丙醇中，得到溶液A ；将2. Okg羧甲基壳聚糖分散在溶液A中，再投入4. 2kg步骤(1)制备得到的十八烷基缩水甘油醚，加热至60°C反应 1 后，抽滤，收集滤液并用热无水乙醇(60°C )洗涤数遍，真空干燥得到长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖，在水溶液中经激光散射检测其粒径为161nm。实施例4一种长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖(HP-CMCQ的制备方法，包括以下步骤(1)取22. Okg十四醇、12. Okg氢氧化钠和0. 5kg十六烷基三甲基溴化铵加入反应釜中搅拌，70°C加热熔融，再滴加入18. 5kg环氧氯丙烷，保持在65V反应池，减压过滤，收集滤液并用热水(50°C)洗三遍，再加入无水硫酸钠除水，减压蒸馏掉溶剂得到淡黄色固体为十四烷基缩水甘油醚。(2)取0. Ikg氢氧化钾溶解在100L异丙醇中，得到溶液A ；将2. Okg羧甲基壳聚糖分散在溶液A中，再加入5kg步骤(1)制备得到的十四烷基缩水甘油醚，加热至60°C反应 24h后，抽滤，收集滤液并用热无水乙醇(50°C )洗涤数遍，真空干燥得到长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖，在水溶液中经激光散射检测其粒径为182nm。实施例5一种长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖(HP-CMCQ的制备方法，包括以下步骤(1)取46. Og三十二醇、5. Og氢氧化钠和Ig十六烷基三甲基溴化铵加入150mL三口烧瓶中并置于恒温磁力搅拌机中搅拌，加热(70°C)熔融，再滴加入18. 5g环氧氯丙烷，保持在65°C反应池，减压抽滤，收集滤液并用热水(60°C)洗三遍，再加入无水硫酸钠除水，减压蒸馏掉溶剂得到淡黄色固体为三十二烷基缩水甘油醚。(2)取0. 2g氢氧化钾溶解在IOOmL异丙醇中，得到溶液A ；将2. Og羧甲基壳聚糖分散在溶液A中，再加入7g步骤(1)制备得到的三十二烷基缩水甘油醚，加热至60°C反应 24h后，抽滤，收集滤液并用热无水乙醇(70°C)洗涤数遍，真空干燥得到长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖，在水溶液中经激光散射检测其粒径为196nm。实施例6一种载药纳米胶束溶液的制备方法，包括以下步骤 取Ig水杨酸溶解于IOOmL乙醇中，再缓慢滴加到IL浓度为lmg/mL的实施例1制备得到的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的水溶液中，然后旋转蒸发将残留的有机溶剂除去，得到负载药物的纳米胶束溶液。实施例7一种载药纳米胶束溶液的制备方法，包括以下步骤取Ig米鲜胺溶解于IOOmL乙醇中，再缓慢滴加到IL浓度为lmg/mL的实施例2制备得到的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的水溶液中，然后旋转蒸发将残留的有机溶剂除去，得到负载药物的纳米胶束溶液。实施例8一种载药纳米胶束溶液的制备方法，包括以下步骤取Ig苦参碱溶解于IOOmL乙醇中，再缓慢滴加到IL浓度为lmg/mL的实施例3制备得到的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的水溶液中，然后旋转蒸发将残留的有机溶剂除去，然后进行冷冻干燥得到得到负载苦参碱的纳米胶束粉末，使用时可直接溶解于水喷施。实施例9一种载药纳米胶束溶液的制备方法，包括以下步骤取Ig纳米二氧化钛溶解在IOOmL水中，加到IL浓度为6mg/mL的实施例4制备得到的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的水溶液中，得到负载植物养分的纳米胶束溶液。然后进行冷冻干燥得到稀土植物养分纳米胶束粉，使用时可直接溶解于水喷施。实施例10—种载药纳米胶束溶液的制备方法，包括以下步骤将植物微量元素溶解在IOOmL水中，加到IL浓度为lmg/mL的实施例5制备得到的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖纳米胶束的水溶液中，然后旋转蒸发将残留的有机溶剂除去，得到负载药物的纳米胶束溶液。然后进行冷冻干燥得到叶面肥纳米胶束粉。实施例11本发明产品在广东省云浮土包子农产品公司芒果农场进行了大田实验，在对往年芒果病害进行的分析，确定为芒果的疮痂病，炭疽病及拟盘多毛孢病。在田间进行多种方案的试验a.空白纳米载体(即实施例1得到的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖)浸泡袋和纳米载体负载农药浸泡袋进行对比；b.空白纳米载体(即实施例1得到的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖)和纳米载体负载农药分别浸泡芒果；c.空白纳米载体(即实施例1得到的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖)和纳米载体负载农药分别浸泡芒果后再套袋；每组实验均设置了空白对照做对比，b，c组又分为高浓度和低浓度组，同时设置不同农药复配组。具体方法如下(括号内为编号):a组空白袋子(FO)；纳米载体(实施例1制得)浸泡袋(Fl)；纳米载体负载水杨酸(实施例6制得)浸泡袋(F2)b组⑴高浓度组纳米胶束载药溶液水=1 2
纳米载体(实施例1制得)(F3⑵)纳米载体负载水杨酸(实施例6制得)(F4⑵)纳米载体负载苦参碱(实施例8制得)(F5⑵)纳米载体负载纳米TW2 (实施例9制得)(F6 (2))
7
纳米载体负载米鲜胺(实施例7制得)(F7 (2))(2)低浓度组纳米胶束载药溶液水=1 3纳米载体(F3(3))纳米载体负载水杨酸(F4 (3))纳米载体负载苦参碱(F5 (3))纳米载体负载纳米TiO2 (F6 (3))纳米载体负载米鲜胺(F7 (3))c复配组(即以上b组两种溶液混合)Gl :F7(2)+F4(2)G2 :F7(2)+F6(2)G3 :F5(2)+F4(2)G4 :F5(2)+F6(2)试验步骤(1)纳米载体负载农药浸泡袋组a.纳米载体浸泡袋即Fl组100个进行套袋，此外100个空白无任何处理的袋子复核；b.纳米载体包裹水杨酸浸泡袋即F2组100个进行套袋，此外100个空白无任何处
理的袋子复核。(2)纳米载体负载农药浸泡果组a.高浓度组:F3 (2)，F4 (2)，F5 (2)，F6 (2)，F7 (2)分别每组浸泡 200 个果，每隔一个月浸药一次，共两层，其中100个果进行套袋处理，另外100个不做套袋处理；b.低浓度组:F3 (3)，F4 (3)，F5 (3)，F6 (3)，F7 (3)分别每组浸泡 200 个果，每隔一个月浸药一次，共两层，其中100个果进行套袋处理，另外100个不做套袋处理；c.复配组G1，G2，G3，G4分别每组浸泡200个果，每隔一个月浸药一次，共两层， 其中100个果进行套袋处理，另外100个不做套袋处理；实验结果表1本实验各组一等果所占比例
权利要求
1.一种长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)将长链醇、氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵混合，搅拌均勻，加热熔融，再滴入环氧氯丙烷，在60-65°C反应2-4h，然后过滤，收集滤液并用水洗涤，对滤液干燥除水，再蒸馏掉溶剂得到长链的烷氧基缩水甘油醚；(2)将氢氧化钾溶解于异丙醇中得到溶液A；将羧甲基壳聚糖加入到溶液A中，再加入步骤(1)制备得到的长链的烷氧基缩水甘油醚，60-65°C下反应12-24h，然后过滤，收集滤液并用无水乙醇洗涤，干燥，得到长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖；步骤(1)所述的长链醇为一元醇，其碳原子数为8-32 ；步骤(1)所述长链醇与氢氧化钠的摩尔比为1:1-3;步骤(1)所述长链醇与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1 0.010-0.030;步骤(1)所述长链醇与环氧氯丙烷的摩尔比为1:1-3;步骤( 所述羧甲基壳聚糖与长链的烷氧基缩水甘油醚的质量比为1 1-3.5。
2.根据权利要求1所述的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(1)所述长链醇与氢氧化钠的摩尔比为1:2;步骤(1)所述长链醇与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1 0.013。
3.根据权利要求1所述的长链疏水基接枝羧甲基壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(1)所述长链醇与环氧氯丙烷的摩尔比为1 2。
4.根据权利要求1所述的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(1)所述水的温度为50-70°C ；步骤( 所述溶液A中，氢氧化钾的浓度为0. 1-0. 2g/100mL。
5.根据权利要求1所述的长链疏水基接枝羧甲基壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤( 所述羧甲基壳聚糖与长链的烷氧基缩水甘油醚的质量比为1 2. 1;步骤( 所述无水乙醇的温度为50-70°C。
6.一种长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖，是由权利要求1-5任一项所述的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的制备方法制备得到的。
7.一种载药纳米胶束溶液的制备方法，其特征在于包括以下步骤取权利要求6所述的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖溶解于水中，得到溶液B ；取药物溶解于水或乙醇中，得到溶液C ；将溶液C缓慢滴加入溶液B中，然后蒸除乙醇，得到载药纳米胶束溶液。
8.根据权利要求7所述的载药纳米胶束溶液的制备方法，其特征在于所述溶液B中长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖的浓度为l-6g/L ；所述溶液C中药物的浓度为10g/L ；所述溶液C与溶液B的体积比为1 10。
9.一种载药纳米胶束溶液，是由权利要求7或8所述的载药纳米胶束溶液的制备方法制备得到的。
10.权利要求9所述的载药纳米胶束溶液的应用，其特征在于将权利要求9所述的载药纳米胶束溶液喷洒到植物表面。
全文摘要
本发明公开了一种载药纳米胶束溶液及其制备方法与应用。一种载药纳米胶束溶液，由以下方法制备得到取长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖溶解于水中，得到溶液B；取药物溶解于水或乙醇中，得到溶液C；将溶液C缓慢滴加入溶液B中，然后蒸除乙醇，得到载药纳米胶束溶液。本发明的长链疏水基团接枝羧甲基壳聚糖可提高疏水药物的溶解度，同时保护药物缓慢分解；载药纳米胶束溶液喷洒到植物表面后能形成薄膜，膜内的农药和植物养分能够缓慢释放，对植物起到持续的杀虫、抑菌、增肥、促生长的作用。
文档编号A01N25/04GK102408497SQ20111020658
公开日2012年4月11日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者林钻涛, 肖金菊, 蒋刚彪 申请人:华南农业大学