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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ
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酶响应型菊酯/二氧化硅纳米粒的制备及性质

    作者简介: 余 圣(1995-),男,硕士生,主要研究方向为刺激响应型纳米粒的制备。E-mail:ecustys@163.com;
    通讯作者: 邹爱华, aihuazou@ecust.edu.cn
  • 中图分类号: TQ450.1

Preparation and Characterization of Enzyme-Responsive LC/HMS Nanoparticles

    Corresponding author: ZOU Aihua, aihuazou@ecust.edu.cn
  • CLC number: TQ450.1

  • 摘要: 以高效氯氟氰菊酯(LC)为模型药物,通过物理吸附作用将LC负载在中空介孔二氧化硅(HMSN)纳米粒中,通过酰胺化反应在HMSN表面接枝羧甲基-β-环糊精(CM-β-CD)作为封堵分子,制备得到具有α-淀粉酶响应型菊酯/二氧化硅纳米粒(CM-β-CD/LC/HMSN)。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、N2物理吸附-脱附及Zeta电位测试等实验证实纳米粒制备的可行性。体外释放实验结果表明,在α-淀粉酶存在的条件下,CM-β-CD/LC/HMSN中LC的释放可达55%,在无酶条件下仅有约20%的农药释放,表明该农药配方的酶依赖性较强。通过浸叶法和浸虫法分别测定CM-β-CD/LC/HMSN对黏虫幼虫的杀虫活性,结果表明通过浸叶法测定的CM-β-CD/LC/HMSN配方对黏虫幼虫具有良好的杀虫效果,但浸虫法的效果较差。通过这一差异可推测CM-β-CD/LC/HMSN在靶标幼虫体内可酶解环糊精从而释放LC,导致黏虫幼虫死亡。本研究可为实现农药控释提供基础理论依据。
  • 图 1  HMSN的透射电镜图

    Figure 1.  TEM image of HMSN

    图 2  HMS、HMSN和CM-β-CD/HMSN的红外光谱图

    Figure 2.  FT-IR spectra of HMS, HMSN and CM-β-CD/HMSN

    图 3  HMSN和CM-β-CD/HMSN的N2吸附-脱附等温线(a)和孔径分布(b)

    Figure 3.  N2 adsorption-desorption isotherm (a) and pore size distribution (b) of HMSN and CM-β-CD/HMSN

    图 4  HMSN和CM-β-CD/HMSN的XRD衍射图谱

    Figure 4.  XRD diffraction patterns of HMSN and CM-β-CD/HMSN

    图 5  CM-β-CD/LC/HMSN的制备过程示意图

    Figure 5.  Preparation process of CM-β-CD/LC/HMSN

    图 6  HMS、HMSN、LC/HMSN、CM-β-CD/HMSN和CM-β-CD/LC/HMSN的Zeta电位(图中的误差条代表标准差(n = 3))

    Figure 6.  Zeta potential of HMS, HMSN, LC/HMSN, CM-β-CD/HMSN and CM-β-CD/LC/HMSN (the error bars in the graph represent standard deviations (n = 3))

    图 7  HMSN、LC/HMSN和CM-β-CD/LC/HMSN的TGA曲线

    Figure 7.  TGA curves of HMSN, LC/HMSN and CM-β-CD/LC/HMSN

    图 8  LC/HMSN和CM-β-CD/LC/HMSN在DMF与水混合溶液(体积比6:4)中的释放曲线(图中的误差条代表标准差(n = 3))

    Figure 8.  Release curves of LC/HMSN and CM-β-CD/LC/HMSN in DMF aqueous solution (V(DMF):V(H2O)=6:4) (the error bars in the graph represent standard deviations (n = 3))

    图 9  CM-β-CD/LC/HMSN与LC在浸叶法(a)与浸虫法(b)下对黏虫的致死率(图中的误差条代表标准差(n = 3))

    Figure 9.  Mortality of CM-β-CD/LC/HMSN and LC for Mythimna separata in larva dipping method (a) and leaf dipping method (b) (the error bars in the graph represent standard deviations (n = 3))

    表 1  HMSN和CM-β-CD/HMSN的孔结构参数

    Table 1.  Pore structure parameters of HMSN and CM-β-CD/HMSN

    SampleSBET/(m2·g−1)Vt/(cm3·g−1)DP/nm
    HMSN473.280.302.45
    CM-β-CD/HMSN51.680.08——
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    表 2  CM-β-CD/LC/HMSN与LC在浸叶法与浸虫法下对黏虫的杀虫活性

    Table 2.  Insecticidal activity of CM-β-CD/LC/HMSN and LC to Mythimna separata in larva dipping method and leaf dipping method

    SampleTreatmentsToxicity regression equationρ(LC50)/(mg·L−1)95% fiducial limit/(mg·L−1)
    CM-β-CD/LC/HMSNLeaf dippingY=2.14+2.19X20.1213.06~30.99
    CM-β-CD/LC/HMSNLarva dippingY=2.49+1.17X135.24115.90~157.81
    LCLeaf dippingY=3.59+3.65X2.431.37~4.30
    LCLarva dippingY=2.83+1.83X15.2413.91~16.70
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-10
  • 网络出版日期:  2020-12-16

酶响应型菊酯/二氧化硅纳米粒的制备及性质

    作者简介:余 圣(1995-),男,硕士生,主要研究方向为刺激响应型纳米粒的制备。E-mail:ecustys@163.com
    通讯作者: 邹爱华, aihuazou@ecust.edu.cn
  • 华东理工大学 化学与分子工程学院,上海 200237

摘要: 以高效氯氟氰菊酯(LC)为模型药物,通过物理吸附作用将LC负载在中空介孔二氧化硅(HMSN)纳米粒中,通过酰胺化反应在HMSN表面接枝羧甲基-β-环糊精(CM-β-CD)作为封堵分子,制备得到具有α-淀粉酶响应型菊酯/二氧化硅纳米粒(CM-β-CD/LC/HMSN)。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、N2物理吸附-脱附及Zeta电位测试等实验证实纳米粒制备的可行性。体外释放实验结果表明,在α-淀粉酶存在的条件下,CM-β-CD/LC/HMSN中LC的释放可达55%,在无酶条件下仅有约20%的农药释放,表明该农药配方的酶依赖性较强。通过浸叶法和浸虫法分别测定CM-β-CD/LC/HMSN对黏虫幼虫的杀虫活性,结果表明通过浸叶法测定的CM-β-CD/LC/HMSN配方对黏虫幼虫具有良好的杀虫效果,但浸虫法的效果较差。通过这一差异可推测CM-β-CD/LC/HMSN在靶标幼虫体内可酶解环糊精从而释放LC,导致黏虫幼虫死亡。本研究可为实现农药控释提供基础理论依据。

English Abstract

  • 在农业生产领域,农药被广泛用于控制杂草、昆虫以及植物疾病,而在农药的喷施过程中仅有30%的药液可作用于靶标生物,其余的农药会进入河流、土壤和大气中。为达到理想的杀虫效果通常会导致农药滥用,对生态环境与非靶标生物造成严重危害[1]。另一方面,传统农药配方中药物的释放主要通过被动扩散等方式进行,农药在达到靶标前会提前释放,从而降低了农药的利用率[2]。因此,近年来发展新型靶标绿色农药配方逐渐受到关注。当受到pH[3]、光[4]、温度[5]、氧化还原[6]等生物或非生物刺激时,刺激响应型农药配方可使得农药智能释放,具有优良的农药靶标控释特性。Ding等[7]将聚乙二醇与光响应性邻硝基苄基偶联,并接枝二氯苯氧乙酸(2,4-D)合成了两亲性聚合物—农药偶联物,该偶联物能在水溶液中自组装成胶束,在无光照的条件下几乎没有药物释放,而在模拟太阳光的条件下,胶束内药物的累积释放速率逐渐增加,在8 h可达到99.6%。Sheng等[8]以腙键诱导水凝胶法制备Av-HG水凝胶用于负载阿维菌素,该体系具有温度和pH双重控制释放特性。Yi等[9]将硫代癸烷通过二硫键接枝到介孔二氧化硅表面以调控水杨酸(SA)的释放,并以癸烷为封堵剂,防止药物提前释放,体外释放实验表明,在GSH存在下,SA的释放速率明显高于无GSH存在的实验组。虽然上述载体都能实现活性成分的控制释放,但大部分工作都集中于对外源性刺激的研究,针对内源性刺激的研究较少。酶是生物消化吸收的关键因素,在咀嚼性口器幼虫的唾液腺和中肠中均存在α-淀粉酶[10-11],因此,本文拟利用α-淀粉酶对环糊精的水解作用来制备酶响应型载体。

    本文使用自模板法制备HMSN用于负载脂溶性LC,以CM-β-CD为封堵剂,通过酰胺化反应将其接枝到HMSN表面,制备α-淀粉酶(α-Amylase)响应型菊酯/二氧化硅纳米粒(CM-β-CD/LC/HMSN)。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、N2吸附—脱附测试、X射线衍射(XRD)、动态光散射(DLS)及热重分析(TGA)等测试对空白CM-β-CD/HMSN及载药CM-β-CD/LC/HMSN纳米粒的结构进行表征。通过薄膜透析法研究α-淀粉酶对CM-β-CD/LC/HMSN纳米粒药物释放行为的影响,进一步通过浸虫法与浸叶法评价纳米粒对黏虫幼虫的生物活性。

    • 正硅酸乙酯(TEOS),N,N-二甲基甲酰胺(DMF),3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES),甲酰胺,羧甲基β-环糊精钠盐,甲苯,无水乙醇,N-羟基琥珀酰亚胺(NHS),1-[3-(二甲基氨基)丙基]-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC),以上试剂均为分析纯,均购于上海泰坦科技股份有限公司;十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),分析纯,购于Sigma-Aldrich;氨水,分析纯,购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司;高效氯氟氰菊酯,工业品,购于江苏扬农化工股份有限公司;润湿分散剂(SP-SC3260),工业品,市购。实验中所用到的水均为实验室自制重蒸水。

    • 傅里叶变换红外光谱仪:采用美国Nicolet公司的Nicolet iS10型FT-IR光谱仪,使用KBr压片法测定样品HMS、LC/HMSN、CM-β-CD/HMSN在4 000~400 cm−1波长范围内的红外光谱。

      全自动比表面及孔隙度分析仪:采用美国Micromeritics公司生产的ASAP-2020型全自动比表面及孔隙度分析仪对样品HMSN、CM-β-CD/HMSN进行比表面积和孔径的测试。

      X射线衍射仪:采用Rigaku公司以CuKαλ=0.154 nm)作为辐射源的D/max-2550型粉末X射线衍射仪(XRD)对样品HMSN、CM-β-CD/HMSN进行物象分析,测试范围为0°~10°。

      纳米粒度及Zeta电位分析仪:采用德国Beekman Coulter公司的纳米粒度及Zeta电位分析仪对样品HMS、HMSN、CM-β-CD/HMSN、LC/HMSN、CM-β-CD/LC/HMSN的Zeta电位进行测量。

      热重分析仪:采用德国耐驰公司的STA 449 F3分析仪在空气中以10 ℃/min的升温速率从20 ℃到800 ℃对样品HMSN、LC/HMSN、CM-β-CD/LC/HMSN进行热稳定性测试。

    • 使用自模板法[12]合成HMS:取30 mL无水乙醇和5 mL重蒸水,加入适量氨水调节pH至碱性,取3 mL TEOS加入到上述溶液中,45 ℃下搅拌40 min后离心、洗涤、干燥,得到二氧化硅球,将制得的二氧化硅球作为中空模板,取300 mg二氧化硅粉末、450 mg CTAB溶解于乙醇/水溶液(乙醇与水体积比2:1)中,加入适量氨水调节pH至碱性,室温下搅拌12 h后离心、洗涤、干燥、刻蚀,得到HMS。取100 mg HMS于30 mL甲苯中,加入100 μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES),以APTES为硅烷偶联剂,于120 ℃油浴中氮气回流搅拌6 h后离心、洗涤、干燥,得到HMSN[13]。称取一定量的LC加入DMF溶剂中,使其全部溶解后,再加入一定量的HMSN,在室温下搅拌24 h,然后将反应液离心、洗涤、干燥,得到的样品即为LC/HMSN,改变LC与HMSN之间的质量比筛选得到最佳药载比,通过UV-vis分光光度计得到载入HMSN内LC的质量(min),并根据式(1)计算LC的载药量WLC

      md表示LC/HMSN固体粉末的总质量;min表示载入HMSN内LC的质量。

      将20 mg羧甲基-β-环糊精钠盐加入到PBS(10 mmol/L,pH 7.4)的缓冲溶液中,加入19.2 mg 1-[3-(二甲基氨基)丙基]-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和11.5 mg N-羟基琥珀酰亚胺(NHS),室温下搅拌活化1h,称取20 mg LC/HMSN加入到缓冲溶液中,并在室温下搅拌24 h后离心、洗涤、干燥,得到的样品即为CM-β-CD/LC/HMSN[14]。按照以上相同的方法进行制备空白载体CM-β-CD/HMSN纳米粒。

    • 采用透析法研究LC/HMSN和CM-β-CD/LC/HMSN的缓释行为,考虑到药物溶解性以及实际应用时的溶剂成分等因素,选用DMF与水的混合溶液(体积比6:4)作为缓释介质。将等量的载药纳米粒分散在5 mL缓释介质中,向其中一份CM-β-CD/LC/HMSN溶液中加入适量的α-淀粉酶,将装有样品的透析袋(截留分子量为8~14 ku)分别浸入45 mL释放介质中,置于恒温振荡器中避光振荡,保持温度为25 ℃,转速为100 r/min。在预设好的时间点依次取出3 mL释放介质,并补充等量新鲜介质。将取出的释放介质通过UV-vis分光光度计测定计算得到不同时刻药物的释放率,计算公式如下:

      其中Cn代表每个取样点缓释介质的质量浓度(mg/L);Ci 代表第i次所取样品的质量浓度(mg/L);V0Vi分别代表缓释介质的总体积和每次相隔一定时间取出的待测样品体积(L)。

    • 为了验证酶响应型菊酯/二氧化硅纳米粒的酶控制释放效果,利用浸虫法和浸叶法进行杀虫活性实验。

      称取40 mg CM-β-CD/LC/HMSN,加入质量分数为25%的润湿分散剂至1 g,搅拌均匀,再加入质量分数为0.05%的吐温-80稀释至100 g,配制成100 mg/L的母液,然后依次稀释至所需的实际药物浓度(40、10、4、1、0.4、0.1和0.04 mg/L)。为进行对照实验,配制空白载体CM-β-CD/HMSN与原药LC分散液作为对照实验组。

      (1) 浸虫法:将3龄黏虫幼虫浸入药液中10 s,置于放有玉米叶的培养皿中,盖严培养皿盖。

      (2) 浸叶法:将玉米叶浸入药液中10 s,晾干后,置于培养皿,然后接入3龄黏虫幼虫,盖严培养皿盖。

      以上实验环境均为光照培养箱,温度25 ℃,光照条件为14 h(光亮)/10 h(黑暗),湿度≥50%。加药后3 d调查黏虫的死亡率。平行3组实验。

    • 根据文献报道通过自模板法得到HMS[12],利用APTES与二氧化硅表面羟基的反应在HMS表面氨基化获得HMSN[13],粒径为302.43 nm,如图1所示。通过酰胺化反应在HMSN表面修饰CM-β-CD获得酶响应型二氧化硅纳米粒(CM-β-CD/HMSN)。利用FT-IR、XRD以及N2吸附—脱附测试验证CM-β-CD/HMSN合成的可行性并对其结构进行表征。

      图  1  HMSN的透射电镜图

      Figure 1.  TEM image of HMSN

      图2是HMS、HMSN、CM-β-CD/HMSN的红外光谱图。从图2可见,HMS的红外谱图在波数1 079 cm−1和800 cm−1处的吸收峰应归结于HMS中的Si—O—Si键的伸缩振动和弯曲振动,而在3 450 cm−1和1 628 cm−1处的吸收峰为Si—OH的伸缩振动和弯曲振动。在HMS表面氨基化后,在1 530 cm−1处出现的新峰为N—H键的伸缩振动,表明HMS表面成功修饰了氨基[13]。进一步在表面接枝CM-β−CD后,由图2可见在1 630 cm−1、1 423 cm−1处出现了新峰,分别为酰胺化反应后形成的C=O键的振动和C—N键的振动[14],由此可认为CM-β-CD成功地接枝在HMSN表面上。

      图  2  HMS、HMSN和CM-β-CD/HMSN的红外光谱图

      Figure 2.  FT-IR spectra of HMS, HMSN and CM-β-CD/HMSN

      N2物理吸附—脱附测试常用来分析介孔材料的介孔参数,如比表面积、孔径等。图3(a)所示为HMSN和CM-β-CD/HMSN的吸附等温曲线,从图中可见HMSN和CM-β-CD/HMSN的吸附等温曲线都是典型的IV型曲线[15-16],但是CM-β-CD/HMSN的吸附等温曲线在相对压力p/p0(0.1~0.4)处不存在尖锐的线型。图3(b)为HMSN和CM-β-CD/HMSN的孔径分布图,由图可知HMSN的孔径大小主要为2.45 nm,但接枝CM-β-CD后,CM-β-CD/HMSN的孔径分布变宽且无尖峰存在,上述结果主要是由于CM-β-CD接枝到HMSN表面后,均匀的介孔孔道被封堵。根据比表面积测试(BET)法和孔体积和孔径(BJH)测试法模型拟合,得到HMSN和CM-β-CD/HMSN的比表面积(SBET)、孔体积(Vt)和和孔径分布(Dp)数值,如表1所示。从表1可以看出,HMSN的SBET为473.28 m2/g,Vt为0.30 cm3/g,Dp为2.45 nm,以上数据可说明HMSN有较大的孔径与比表面积,为后续负载LC提供理论基础。而CM-β-CD/HMSN的SBET明显下降到51.68 m2/g,Vt下降到0.08 cm3/g,Dp值难以测得。这一结果进一步证实CM-β-CD在HMSN表面成功接枝,CM-β-CD堵住HMSN的介孔孔道,导致比表面积和孔体积都有明显的下降。

      图  3  HMSN和CM-β-CD/HMSN的N2吸附-脱附等温线(a)和孔径分布(b)

      Figure 3.  N2 adsorption-desorption isotherm (a) and pore size distribution (b) of HMSN and CM-β-CD/HMSN

      SampleSBET/(m2·g−1)Vt/(cm3·g−1)DP/nm
      HMSN473.280.302.45
      CM-β-CD/HMSN51.680.08——

      表 1  HMSN和CM-β-CD/HMSN的孔结构参数

      Table 1.  Pore structure parameters of HMSN and CM-β-CD/HMSN

      XRD小角度衍射实验可判断纳米介孔材料的介孔有序性,图4为HMSN和CM-β-CD/HMSN的XRD衍射图谱。由图4可见,HMSN在2°~3°之间有一个衍射峰存在,表明HMSN具有有序介孔结构。CM-β-CD/HMSN在2°~3°之间仍有一个强度较弱的衍射峰存在,说明接枝CM-β-CD后HMSN的基本结构并没有被破坏[17-19]。但是CM-β-CD/HMSN衍射峰强度小于HMSN的衍射峰强度,这是由于CD是一种环状低聚糖,当接枝到HMSN表面后,可堵住HMSN表面的介孔,致使样品介孔有序程度下降,因此CM-β-CD/HMSN在2°~3°间的衍射峰强度减弱[19]

      图  4  HMSN和CM-β-CD/HMSN的XRD衍射图谱

      Figure 4.  XRD diffraction patterns of HMSN and CM-β-CD/HMSN

      FT-IR、N2物理吸附-脱附测试及XRD的实验结果表明HMSN及CM-β-CD/HMSN制备的可行性。在以上工作的基础上,以LC为模型药物,根据图5所示制备酶响应型菊酯/二氧化硅纳米粒。首先通过改变LC/HMSN的药载比,以载药量为参考筛选LC/HMSN纳米粒配方,发现当药物与载体质量比为30:1时载药量较好,其载药量为24.98%。在上述获得的LC/HMSN纳米粒表面,通过酰胺化反应修饰CM-β-CD,制备得到酶响应型菊酯/二氧化硅纳米粒(CM-β-CD/LC/HMSN)。

      图  5  CM-β-CD/LC/HMSN的制备过程示意图

      Figure 5.  Preparation process of CM-β-CD/LC/HMSN

      图6所示为样品HMS、HMSN、LC/HMSN、CM-β-CD/HMSN和CM-β-CD/LC/HMSN的Zeta电位结果。由图可见,HMS的Zeta电位为−18.0 mV,而HMSN的Zeta电位为+28.0 mV,这是由于HMS表面氨基功能化后,氨基的存在使其电位由负变为正。在HMSN表面接枝CM-β-CD后,CM-β-CD/HMSN的Zeta电位变为−13.2 mV,这是因为环糊精表面羟基和羧基的存在使其发生正转为负的变化[12]。LC药物分子带有微弱的负电荷,负载LC后的HMSN的电位为+10.1 mV,较HMSN有所降低,由此证明了药物的成功负载。最后在进行CM-β-CD接枝后,CM-β-CD/LC/HMSN的电位变为−7.7 mV,充分表明LC/HMSN表面成功修饰CM-β-CD分子。

      图  6  HMS、HMSN、LC/HMSN、CM-β-CD/HMSN和CM-β-CD/LC/HMSN的Zeta电位(图中的误差条代表标准差(n = 3))

      Figure 6.  Zeta potential of HMS, HMSN, LC/HMSN, CM-β-CD/HMSN and CM-β-CD/LC/HMSN (the error bars in the graph represent standard deviations (n = 3))

      使用热重分析对样品在加热条件下的失重行为进行研究,验证HMSN对LC的载药量及CM-β-CD在其表面的修饰等。如图7所示,HMSN的失重主要是由于载体中水的挥发以及表面氨基的解离,总失重约为21.99%。相对于HMSN的TGA曲线,负载LC后,LC/HMSN总失重进一步增大,失重46.31%,由此可推测LC的负载量为24.32%,这一结果与通过UV-vis测得的载药量(24.98%)几乎一致。而CM-β-CD/LC/HMSN总失重达到了50.88%,相比于LC/HMSN,失重增加4.50%,这主要是由于表面接枝的CM-β-CD的解离[20]。TGA的结果进一步证明CM-β-CD/LC/HMSN纳米粒的成功制备。

      图  7  HMSN、LC/HMSN和CM-β-CD/LC/HMSN的TGA曲线

      Figure 7.  TGA curves of HMSN, LC/HMSN and CM-β-CD/LC/HMSN

    • 样品的体外释放结果如图8所示,在缓释介质中,LC/HMSN的释放曲线表现为明显的缓慢释放行为,48 h后趋于释放平衡,释放量为85%。当HMSN表面接枝CM-β-CD后,LC的释放变得更为缓慢,12 h后趋于平衡,72 h内的释放量仅为20%,这是因为CM-β-CD和HMSN表面的氨基发生酰胺化反应后,环糊精分子堵住HMSN纳米粒的介孔,一定程度上抑制HMSN内部孔道及空腔里的药物释放,降低LC的释放速率。很有意思的是在缓释溶剂中加入α-淀粉酶后,受到α-淀粉酶的影响,HMSN表面接枝的CD逐渐分解脱落,介孔孔道口被打开[20-21],使得LC加速释放,在36 h后,体系中LC的释放趋于平衡,72 h内的释放总量为55%。因此,CM-β-CD/LC/HMSN表现出良好的酶响应性控释行为。

      图  8  LC/HMSN和CM-β-CD/LC/HMSN在DMF与水混合溶液(体积比6:4)中的释放曲线(图中的误差条代表标准差(n = 3))

      Figure 8.  Release curves of LC/HMSN and CM-β-CD/LC/HMSN in DMF aqueous solution (V(DMF):V(H2O)=6:4) (the error bars in the graph represent standard deviations (n = 3))

    • LC具有触杀和胃毒两种作用方式,浸虫法研究的是LC的触杀作用[22],而浸叶法是研究触杀和胃毒相结合的作用效果[23]。CM-β-CD/HMSN纳米粒对黏虫没有杀虫活性,表明CM-β-CD/HMSN有着良好的生物相容特性。

      图9(a)(b)分别是由浸叶法实验与浸虫法实验得到的黏虫致死率与LC浓度关系图。由图可知,随着LC浓度的增加,黏虫的致死率逐渐增大,且在相同浓度下,浸叶法得到的致死率均2倍于浸虫法得到的致死率,说明在使用浸叶法时有更多的LC能够释放出来,发挥杀虫作用。但是两种方法下的致死率均低于LC原药,这可能与LC在CM-β-CD/LC/HMSN纳米粒中的缓慢释放有关。

      图  9  CM-β-CD/LC/HMSN与LC在浸叶法(a)与浸虫法(b)下对黏虫的致死率(图中的误差条代表标准差(n = 3))

      Figure 9.  Mortality of CM-β-CD/LC/HMSN and LC for Mythimna separata in larva dipping method (a) and leaf dipping method (b) (the error bars in the graph represent standard deviations (n = 3))

      根据图9的实验结果,采用DPS数据处理软件,计算得到各药剂的能够引起虫子一半死亡时LC的质量浓度ρ(LC50)值及95%置信限等数据,结果如表2所示,其中毒性回归方程中X为lgρ(LC50),Y为死亡几率值。采用浸虫法时纳米粒的ρ(LC50)值为135.24 mg/L,LC主要通过触杀作用杀虫;而采用浸叶法时的ρ(LC50)值则是20.12 mg/L,明显低于浸叶法,这是由于当采用浸叶法,LC不仅能发挥触杀作用,并且当虫子将叶片吃下去后,虫子体内的α-淀粉酶将CM-β-CD分解,促使LC释放出来,通过胃毒作用杀虫[20-21, 24]。上述结果与体外缓释实验结果一致,结果充分说明CM-β-CD/LC/HMSN具有较好的杀虫活性以及酶响应控释特性。

      SampleTreatmentsToxicity regression equationρ(LC50)/(mg·L−1)95% fiducial limit/(mg·L−1)
      CM-β-CD/LC/HMSNLeaf dippingY=2.14+2.19X20.1213.06~30.99
      CM-β-CD/LC/HMSNLarva dippingY=2.49+1.17X135.24115.90~157.81
      LCLeaf dippingY=3.59+3.65X2.431.37~4.30
      LCLarva dippingY=2.83+1.83X15.2413.91~16.70

      表 2  CM-β-CD/LC/HMSN与LC在浸叶法与浸虫法下对黏虫的杀虫活性

      Table 2.  Insecticidal activity of CM-β-CD/LC/HMSN and LC to Mythimna separata in larva dipping method and leaf dipping method

    • (1) 自模板法制备得到中空介孔二氧化硅纳米粒,将其表面氨基化,并进一步在其表面修饰羧甲基-β-环糊精作为封堵剂,制备得到α-淀粉酶响应型二氧化硅纳米粒。红外光谱、N2吸附-脱附测试和X射线衍射结果均表明了CM-β-CD/HMSN的成功合成;

      (2) 以高效氯氟氰菊酯为模型药物,筛选获得α-淀粉酶响应型菊酯/二氧化硅纳米粒。热重分析和Zeta电位测试结果表明CM-β-CD/LC/HMSN的成功制备,其载药量高达24.98%,解决了LC脂溶性的问题;

      (3) 体外药物释放实验表明CM-β-CD/LC/HMSN纳米粒具有良好的酶响应控释特性。生物活性实验中,采用浸叶法时CM-β-CD/LC/HMSN纳米粒对黏虫幼虫的杀虫活性要优于浸虫法,进一步证明了纳米粒的酶响应性控释行为与杀虫活性。因此,该酶响应型纳米粒可使农药的释放更加智能化,为针对靶标实现农药控释及增加农药使用效率提供新思路。

(9)  表(2) 参考文献 (24)

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