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磺酸阴离子纳米淀粉颗粒制备及装载埃玛菌素研究史兰香，张志辉，张宝华（石家庄学院 化工学院，河北 石家庄050035）摘要：以水溶性淀粉为原料，经水解制备纳米淀粉颗粒，再以变色酸为阴离子化试剂，以固体光气为交联剂，以 N，N-二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂，制备了磺酸阴离子纳米淀粉颗粒，继而以其装载埃玛菌素制备了埃玛菌素缓释纳米颗粒.最优工艺条件为：埃玛菌素浓度 35 g/L，载药温度40 益，载药时间 2 h，表面活性剂用量 0.7%，搅拌速度 1 200 r/min.埃玛菌素载药量 209.2 mg辕g，纳米载药颗粒具有缓释性，药效显著优于原药.关键词：磺酸阴离子纳米淀粉颗粒；埃玛菌素；缓释；载药中图分类号：O657.7文献标识码：A文章编号：1673-1972（2023）06-0061-060引言埃玛菌素（甲氨基阿维菌素）是基于阿维菌素合成的一种具有高效、广谱、安全的半合成杀虫剂，对多种农作物害虫具有良好的防治效果，但其稳定性较差，易分解，应用受限，急需开发持效性好的缓释型埃玛菌素制剂来满足农业生产需要.淀粉是一种价格便宜、生物相容性好、可生物降解的多羟基化合物1，通过增加其比表面积、引入活性官能团、修饰偶联药物分子等可制备成淀粉载药系统，保护药物免遭生物酶和自然环境的破坏，提高其药效2-8.Ameye 等9通过聚丙烯酸与淀粉共聚制备了接枝淀粉，并将其装载睾丸激素，达到了 68 h 睾丸激素药效稳定持久的效果.王晋等10以三氯氧磷为交联剂，采用反相乳液聚合法制备出 200 nm 的交联纳米淀粉颗粒，以其包封抗癌药物甲氨蝶呤，提高了甲氨蝶呤的抗癌活性.薛博等11以三聚磷酸钠为交联剂制备了阴离子淀粉微球，以 2.367 mg/g 的吸附量装载了姜黄素，提高了姜黄素的生物活性.杨小玲等12以对氨基苯磺酸与三聚氯氰为原料，合成了 6-氯-2，4-二（4-磺酸苯氨基）-1，3，5-三嗪，并以其为醚化剂，与玉米淀粉一起反应成功制备了含磺酸基阴离子淀粉.为延长埃玛菌素的持效期、提高其稳定性和杀虫效果，本研究以水溶性淀粉水解制备纳米淀粉颗粒，再以变色酸为阴离子化试剂，在 N，N-二甲基甲酰胺（DMF）与固体光气存在下经交联反应制备了磺酸阴离子纳米淀粉颗粒，并以其装载埃玛菌素，制备了具有缓释性能的磺酸阴离子纳米淀粉埃玛菌素颗粒.1实验部分1.1仪器与试剂LGJ-10 型真空冷冻干燥机（北京四环科学仪器厂）；SPI-400 原子力显微镜（Nikon 公司）；FT-IR 红外光谱仪（Nicolet 公司）；HPLC（安捷伦公司）；X 射线衍射分析仪（布鲁克公司）；Zeta-Size 检测仪（Malvern 公司）；埃玛菌素购于国药集团化学试剂有限公司；其他试剂均为分析纯.1.2方法1.2.1磺酸阴离子纳米淀粉的制备称取一定量的可溶性淀粉配成 8%的水混悬液，加入 0.5%的聚乙二醇，搅拌，加热水解至溶液澄清，冷收稿日期：2022-11-04基金项目：河北省重点研发计划项目（22322701D）作者简介：史兰香（1965-），女，河北唐县人，教授，主要从事制药工程研究.第 25 卷 第 6 期石家庄学院学报Vol.25，No.62023 年 11 月Journal of Shijiazhuang UniversityNov.2023图 1磺酸阴离子纳米淀粉工艺路线却，慢慢滴加乙醇，离心，乙醇洗涤，真空干燥，制得纳米淀粉颗粒.将 5 g 纳米淀粉颗粒加入到 50 mL DMF 中，搅拌溶解，加入 1.75 g 变色酸、3.3 g 固体光气和 1.5 g 乙醇钠，在 0耀10 益反应 3 h，调整 pH 为 2，离心分离，沉淀物用乙醇洗涤，40 益真空干燥，制得磺酸阴离子纳米淀粉颗粒（图 1）.1.2.2磺酸阴离子纳米淀粉磺酸基含量测定取 1 g 磺酸阴离子纳米淀粉，加热溶于一定体积的蒸馏水中，冷却至室温，加入一定量的 0.1 mol/L 标准NaOH 溶液，震荡，以酚酞为指示剂，用 0.1 mol/L 标准 HCl 溶液反滴定至终点，根据消耗 HCl 溶液的量，计算磺酸基的含量.1.2.3磺酸阴离子纳米淀粉颗粒粒径的测定用投射电子显微镜测定颗粒的粒径.1.2.4埃玛菌素缓释纳米颗粒的制备取适量的磺酸阴离子纳米淀粉颗粒加入到一定量的蒸馏水中，加入 0.7%的吐温 80，加热至 40 益溶解，制成饱和溶液，取适量的埃玛菌素乙醇溶液，缓慢地滴加到上述溶液中，以 1 200 r/min 的速度搅拌 2 h，冷却至室温，置 4 益冰箱中过夜.过滤，分别用蒸馏水、无水甲醇、蒸馏水洗涤，置于 50 益的鼓风干燥箱中干燥，得到埃玛菌素缓释纳米颗粒.1.2.5埃玛菌素缓释纳米颗粒载药量测定在 37 益温度下，将一定量的埃玛菌素缓释纳米颗粒加入纯水中，搅拌 1 h，离心，取上清液，按 GB20693-2006 甲氨基阿维菌素原药 方法测定埃玛菌素的含量，计算载药量.1.2.6埃玛菌素缓释纳米颗粒释放研究分别准确称取 1 mg 埃玛菌素缓释纳米颗粒和埃玛菌素原药，分别置于筒状透析袋并悬浮于 PBS（pH7.4）缓冲液中，于 37 益下，100 r/min 振荡透析.分别于 0.5，1，2，4，6，12，24，48，72，96 h 取样，按GB20693-2006 甲氨基阿维菌素原药 方法测定埃玛菌素的含量，计算埃玛菌素的累计释放率（ARP）.2结果与讨论设计利用淀粉单元上丰富的羟基、变色酸分子结构上的酚羟基同时与固体光气发生反应，以碳酸酯键交联，同时通过变色酸引入磺酸基团的方法，制备磺酸阴离子纳米淀粉颗粒，赋予其良好的离子活性、表面活性、吸附性和机械强度.埃玛菌素分子中的甲氨基与磺酸阴离子纳米淀粉分子中的磺酸基相互作用，将埃玛菌素装载到磺酸阴离子纳米淀粉颗粒上，再通过淀粉大分子的包裹效应，赋予埃玛菌素的缓释性能，提高其稳定性和药效.2.1磺酸阴离子纳米淀粉颗粒粒径分布测定实验测定了磺酸阴离子纳米淀粉颗粒的粒径及分布情况（图 2），结果显示，颗粒粒径平均值为 55 nm，分布为 45耀65 nm.2.2工艺条件的优化2.2.1投料量对磺酸基含量的影响阴离子纳米淀粉颗粒中磺酸基含量的高低直接影响到埃玛菌素的载药量大小.按照 1.2.1 的方法，考察阴离子纳米淀粉、变色酸、固体光气和乙醇钠的投料比对阴离子纳米淀粉颗粒中磺酸基含量的影响（表 1）.石家庄学院学报2023 年 11 月62表 2埃玛菌素浓度的影响浓度/（g/L）载药量/（mg/g）载药颗粒形貌15154.3颗粒表面有凹陷25177.9略有团聚35197.2表面光滑，分散性好45183.7有团聚图 2磺酸阴离子纳米淀粉颗粒的粒径分布304050607080粒径/nm05101520253035结果显示，随着变色酸、固体光气和乙醇钠的投料量增加，磺酸基含量增加，但当 W（阴离子纳米淀粉）颐W（变色酸）颐W（固体光气）颐W（乙醇钠）=1颐0.35颐0.66颐0.30 时，磺酸基含量高，继续增加投料量，磺酸基含量增加缓慢.综合考虑，投料量以 W（阴离子纳米淀粉）颐W（变色酸）颐W（固体光气）颐W（乙醇钠）=1颐0.35颐0.66颐0.30为宜.2.2.2埃玛菌素浓度的影响按照 1.2.1 的方法，固定其他条件不变，改变埃玛菌素的浓度，考察埃玛菌素浓度对载药量的影响（表 2）.结果显示，随着埃玛菌素浓度的增大，磺酸阴离子纳米淀粉颗粒的载药量增加，当埃玛菌素浓度为 35 g/L时，载药量最高，且颗粒表面光滑，分散性好，没有颗粒团聚现象.2.2.3载药温度的影响固定埃玛菌素浓度 35 g/L，改变载药温度，按照 1.2.1 的方法，考察载药温度对磺酸阴离子纳米淀粉载药W（阴离子纳米淀粉）颐W（变色酸）颐W（固体光气）颐W（乙醇钠）磺酸基含量/（mmol/g）1颐0.28颐0.47颐0.221.551颐0.31颐0.59颐0.271.871颐0.35颐0.66颐0.302.201颐0.39颐0.73颐0.332.22表 1投料量的影响第 6 期史兰香，张志辉，张宝华：磺酸阴离子纳米淀粉颗粒制备及装载埃玛菌素研究63温度/益载药量/（mg/g）20111.530179.440201.150207.6表 4载药时间的影响表 3载药温度的影响时间/h载药量/（mg/g）1172.02209.23193.1表 5搅拌速度的影响实验次数载药量平均载药量1209.3209.22209.23209.14209.15209.3量的影响（表 3）.结果显示，埃玛菌素的载药量随载药温度的提高而增大，颗粒分散性好，但载药温度升高至50 益时，虽然埃玛菌素的载药量增大，但纳米颗粒出现团聚现象，分散性变差，因此，载药温度以 40 益为宜.2.2.4载药时间的影响固定埃玛菌素浓度 35 g/L，载药温度 40 益，改变载药时间，按照 1.2.1 的方法，考察载药时间对磺酸阴离子纳米淀粉载药量的影响（表 4）.结果显示，载药时间以 2 h 为宜，延长载药时间，载药量下降.2.2.5搅拌速度的影响依上述优化的条件，改变搅拌速度，按照 1.2.1 的方法，考察搅拌速度对磺酸阴离子纳米淀粉载药量的影响（表 5）.结果显示，搅拌速度为 1 200 r/min 时，载药量最高.2.2.6工艺稳定性研究在上述最优工艺条件下，重复进行 5 批次实验，考察埃玛菌素缓释纳米颗粒制备工艺的稳定性（表 6）.结果表明，产品制备工艺稳定，平均载药量 209.2 mg/g.2.3埃玛菌素缓释纳米颗粒释放研究按照 1.2.6 的方法，考察埃玛菌素缓释纳米颗粒药物的释放情况，并与埃玛菌素原药释放结果相对比（图3）.结果显示，埃玛菌素原药 24 h 累计释放率 100%，缓释纳米颗粒 24 h 埃玛菌素累计释放率 61%，表明制备的埃玛菌素缓释纳米颗粒具有较好的缓释性能.2.4埃玛菌素缓释纳米颗粒药效测定用浸叶法在黄瓜叶片上测定药剂对蚜虫的杀灭实验.将埃玛菌素缓释纳米颗粒分散在水中，制成 1%的分散剂，以市售 1%埃玛菌素苯甲酸盐乳油为对照.测试样品分别用水稀释 1 000 倍和 3 000 倍，防效时间72 h，蚜虫基数 50 只，以足、触角颤动者为活虫，对难以判断死活的蚜虫用昆虫针轻触虫体，无任何反应者为死亡，统计蚜虫的死亡数，计算杀虫率（表 7）.结果显示，两种浓度的埃玛菌素缓释纳米颗粒水分散剂的杀虫率均比相应的埃玛菌素苯甲酸盐乳油的杀虫率高，且随着时间的延长，杀虫率的差异更加显著，说明制备的搅拌速度/（r/min）载药量/（mg/g）1 000203.81 200209.21 500207.4表 6工艺稳定性考察单位：mg/g石家庄学院学报2023 年 11 月64图 3埃玛菌素缓释纳米颗粒的释放曲线埃玛菌素缓释纳米颗粒使埃玛菌素的药效得到大幅提高.3结论制备了平均粒径 55 nm 的磺酸阴离子纳米淀粉颗粒，以其装载埃玛菌素，载药量达 209.2 mg辕g，载药颗粒具有缓释性.最优制备工艺条件为：埃玛菌素浓度 35 mg/mL，载药温度 40 益，载药时间 2 h，表面活性剂用量0.7%，搅拌速度 1 200 r/min.埃玛菌素载药量 209.2 mg辕g.用制备的磺酸阴离子纳米淀粉颗粒装载埃玛菌素的成功，为开发新型埃玛菌素载药体系提供了新方法和新思路.参考文献：1TALCEDAY,HIZUKURIS,JULIONOB援PurificationandStructureofAmylosefromRiceStarchJ.CarbohydrateResearch,1986,148:299-308.2ALEXIOUC,ARNOLDW,HULINP,etal.MagneticMitoxantroneNanoparticleDetectionbyHistology,X-rayandMRJAfterMagnetic原药磺酸阴离子纳米淀粉载药颗粒020406080100020406080100时间/h药剂稀释倍数杀虫率/%24 h48 h72 h1%埃玛菌素缓释纳米颗粒水分散剂1 00073.287.3100.03 00071.684.0100.01%埃玛菌素苯甲酸盐乳油1 00062.477.785.13 00060.271.078.3表 7药效实验结果第 6 期史兰香，张志辉，张宝华：磺酸阴离子纳米淀粉颗粒制备及装载埃玛菌素研究65TumorTargetingJ.JournalofMagnetism&MagneticMaterials,2001,225:187-193.3 HARRIS N G,GAUDEN V,FRASER P A,et al.MRI Measurement of Blood-brain Barrier Permeability Following SpontaneousReperfusionintheStarchMicrosphereModelofIschemiaJ.MagneticResonanceImaging,2002,20:221-230.4丁年平，谢新安，刘华敏，等.阴离子淀粉微球的制备及表征J.现代化工，2009，29（增刊 2）：141-145.5孙锦，关欣，寇宗亮，等.淀粉纳米颗粒的高效制备及吸附性能J.食品与发酵工业，2019，45（9）：108-116.6孙锦，刘芳，何会泉，等.微波超声波辅助制备木薯淀粉纳米颗粒及其特性表征J.食品工业科技，2018，39（20）：128-134.7薛博，李新华，朱雯鹏.较小粒径阴离子淀粉微球合成工艺研究J.粮食与饲料工业，2015，（2）：25-28.8朱勇，谢新玲，张友全，等.阴离子木薯淀粉纳米颗粒的制备及其吸附性能J.广西大学学报（自然科学版），2021，46（6）：1 643-1 653.9 AMEYE D,VOORSPOELS J,FOREMAN P,et a1.Ex Vivo Bioadhesion and in Bivo Testoster-one Bioavailability Study of DifferentBioadhesive Formulations Based on Starch-g-poly(acrylic acid)Copolymers and Starch辕poly(acrylic acid)Mixtures J.Journal ofControlledRelease,2002,79(1-3):173-182.10王晋，胡新，侯新朴.可生物降解药物载体一淀粉纳米粒的研究J.中国药学杂志，2001，36（4）：255-258.11薛博，李新华，王虹玲.阴离子淀粉微球吸附姜黄素工艺研究J.安徽农业科学，2015，43（12）：230-232+255.12杨小玲，王欢，陈佑宁.含磺酸基的阴离子淀粉的制备及吸附性能研究J.中国食品添加剂，2020，（4）：155-158.（责任编辑王颖莉）Preparation of Sulfonic Acid Anion Starch Nanoparticles and Loading of EmamectinSHI Lan-xiang,ZHANG Zhi-hui,ZHANG Bao-hua(School of Chemical Engineering,Shijiazhuang University,Shijiazhuang,Hebei 050035,China)Abstract:Using water-soluble starch as raw material,starch nanoparticles have been prepared by hydrolysis,and then using chromochropic acid as anionic reagent,solid phosgene as cross-linking agent and DMF as solvent,sulfonic acid anion starch nanoparticles have been prepared and drug sustained-release nanoparticles have beenprepared by loading emamectin with sulfonic anion starch nanoparticles.The optimal process conditions are asfollows:concentration of emamectin 35mg/mL,loading temperature 40 益,loading time 2 h,surfactant dosage 0.7%,stirring speed 1 200 rpm.The drug loading of emamectin is 209.2 mg/g.The nano-drug loading particles havesustained-release properties and significantly better efficacy than parent drug.Key words:sulfonic acid anion starch nanoparticles;emamectin;slow release;drug loading石家庄学院学报2023 年 11 月66