一种防治果树虫害的杀虫剂纳米胶囊及其制备工艺的制作方法

本发明涉及生物农药技术领域，特别涉及一种防治果树虫害的杀虫剂纳米胶囊及其制备工艺。

背景技术：

农产品是整个人类社会得以生存和进步的基本物质，但是病、虫、害、鼠等有害生物一直在抢占破坏人类赖以生存的物质，人类与这些有害生物的斗争从来没有停息过。化学农药因其适应面广，操作简单，成本低，效果显著等优点被广泛应用，一直以来是农业病虫害防治的重要手段，在农作物的高产增收方面做出了重大的贡献。但是化学农药的长期使用也带来了种种弊端，如有害生物抗药性的产生、残留毒性以及环境污染等等。目前，许多高毒性、高残留、持久性农药已被禁止使用。因此，寻找安全、高效、对环境无污染的替代品农药是今后新型农药研究发展的主要方向。

从上世纪90年代起，随着人类对环境与农产品质量安全要求的日益升高，迫使农药必须向低毒、无公害方向发展，而生物农药正是一类满足上述要求、与环境相容的绿色农药。生物农药又称天然农药，是指利用生物资源开发的农药，其狭义概念指直接利用生物产生的天然活性物质或生物活体作为农药，广义概念还包括按天然物质的化学结构或类似衍生结构人工合成的农药。生物农药按其来源分为植物源农药、动物源农药和微生物源农药，按其用途分为生物杀虫剂、生物杀菌剂、生物除草剂和植物生长调节剂等。与化学农药相比，生物农药具有选择性强、无污染、不易产生抗药性、不破坏生态环境且生产原料广泛等特点。

抗生素类杀虫剂是一类利用微生物代谢产物来防治害虫的生物制剂。其具有活性高，特异性强，防治效果好，对人畜安全，易降解、不破坏生态平衡等优点。乙基多杀霉素是土壤放线菌多刺糖多孢菌的次级代谢产物，是一高效、广谱性杀虫剂，能有效防治鳞翅目、双翅目和缨翅目害虫，也能很好的防治鞘翅目和直翅目中某些大量取食叶片的害虫。乙基多杀霉素对目标害虫具有很好的靶向性，对瓢虫、草蛉等捕食性天敌毒性很低，对哺乳动物较安全，对环境较友善。

植物源杀虫剂是一类利用具有杀虫活性的植物的某些部位提取其活性成分制成的杀虫剂，它具有高效、选择性高，能与环境相容等特点，不仅符合当今绿色环保农药发展的方向，顺应保护环境的潮流，而且一些植物源杀虫剂从作用机制与作用方式上与化学杀虫剂相比是一个质的飞跃，尤其适用于果树、蔬菜等高附加值农产品的虫害防治。植物源杀虫剂的优点具体表现在以下方面：（1）其活性成分是从天然植物中提取出来的，易降解、残留期短、毒性小，特别适用于水果、蔬菜等被人直接食用的作物；（2）其活性成分复杂，对害虫的作用机制多种多样，其作用方式兼有触杀、胃毒、熏蒸、忌避、拒食、光合化毒杀作用、干扰昆虫的中枢神经系统及生长发育抑制等，有些还能抑制昆虫产卵，改变昆虫行为，甚至改变形态；（3）特异性比较强，毒性相对较小，对非靶标生物比较安全；（4）原料较易得，既绿化了环境又提供了原材料，有时可以因地制宜，就地取材，就地加工。但是植物中的杀虫活性成分通常含量低，需求大量的原料，这就可能带来原料储存、运输不便的问题，也可能与土地资源利用、环境保护相矛盾。

当前，化学杀虫剂仍是全球杀虫主体，而生物杀虫剂存在的一些问题限制了其推广和普及。与化学杀虫剂相比，生物杀虫剂采用的是天然活性物质或生物活体作为活性成分，其稳定性较差，对外界环境因素如温度、湿度和光照等比较敏感，因此储存期较短，田间持效期也较短。生物杀虫剂的剂型加工很大部分是模仿化学杀虫剂进行的，常用的剂型包括乳油、粉剂、可湿性粉剂和悬浮剂等，这些传统剂型大多属于开放性体系，因此也同样存在着活性成分的分解和流失问题，杀虫剂的使用效率不高。

微胶囊剂是当前农药新剂型中技术含量最高、最具开发前景的一种新剂型。微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆形成微小粒子的技术，大小一般在微米级范围（1~400μm）。微胶囊剂能够抑制由于环境因素（如光、热、空气、雨水、土壤、微生物等）和其他化学物质等造成农药的分解和流失，提高药剂本身的稳定性，有利于生态和环境保护，具有控制释放功能，提高农药的利用率，延长其持效期，从而可减少施药的数量和频率，改善农药对环境的压力。研究表明农药微胶囊的粒径对其防治效果、缓释效果等性能的影响至关重要，而纳米尺度的微胶囊其性能明显优于常规尺度的微胶囊。因此开展杀虫剂纳米胶囊的研究，对农业、林业等植保领域都具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对当前生物杀虫剂存在的弊端，提供一种防治果树虫害的杀虫剂纳米胶囊，并涉及该杀虫剂纳米胶囊的制备方法及应用技术。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种防治果树虫害的杀虫剂纳米胶囊，其特征在于，其活性成分为乙基多杀菌素和银杏提取物，在整个杀虫剂纳米胶囊中的含量分别为乙基多杀菌素1%~5%，银杏提取物13~18%；

所述杀虫剂纳米胶囊的制备工艺，包括如下步骤：

（1）植物原料预处理：将银杏外种皮在通风处风干后置于鼓风干燥箱中，在50~60℃下完全干燥，然后采用冷冻粉碎机进行粉碎，过60目筛，制成原料干粉；称取原料干粉，按照1:20的料液比加入去离子水中，经480w微波处理2~3min；

（2）植物成分提取：采用超临界co2萃取，称取预处理后的银杏原料干粉，加入适量的无水乙醇，搅拌均匀后加入到萃取釜中，密封后通入co2流体进行萃取，萃取条件为：萃取温度36~44℃，萃取压力15~25mpa，co2流量16~22l/h，萃取时间60~120min，所得的萃取物于分离釜中减压分离，分离釜压力为4~8mpa、温度为30~35℃，出料后收集得到银杏提取物；

（3）复配和乳化：将乙基多杀菌素和银杏提取物按照一定质量比加入到环己酮中，搅拌均匀得到总质量分数为50%的原药液；在磁力搅拌下将原药液与乳化剂按照1:4的质量比混合均匀，然后进行超声乳化得到初乳液；

（4）高压均质：将初乳液加入微射流均质机中进行高压均质，均质压力为34~38mpa，均质时间为9~13min，均质循环次数为5~9次，氯化钠添加量为0.3%~0.5%，均质结束后得到微乳液；

（5）纳米胶囊自组装：以上述微乳液为模板，用微量注射泵先加入质量分数为0.15%的羧甲基壳聚糖溶液中进行组装，组装后于1400~1600r/min离心2~4min，分离微乳液和羧甲基壳聚糖溶液，用去离子水洗涤2~3次，去除其表面未吸附的羧甲壳基聚糖，再加入质量分数为0.2%的海藻酸钠溶液中进行组装，组装后离心分离微乳液和海藻酸钠溶液，洗涤后去除其表面未吸附的海藻酸钠，如此交替组装8次；

（6）固化、冷冻干燥：以质量分数为1.5%的氯化钙溶液作为固化剂，向组装后的微乳液中加入其体积分数8%~12%的固化剂，于4℃固化1~2h，然后于6000~8000r/min离心10~12min，得到的沉淀先于-20℃预冻24h，再经冻干机冷冻干燥48h，即得杀虫剂纳米胶囊成品。

所述步骤（1）中冷冻粉碎机的温度为-100~-80℃，粉碎时间为20~30min。

所述步骤（3）中乙基多杀菌素和银杏提取物的质量比为1:3~1:16。

所述步骤（3）中磁力搅拌的条件为：温度40℃，搅拌转速1600r/min，搅拌时间20min。

所述步骤（3）中乳化剂的制备方法为：将十二烷基硫酸钠与聚乙烯吡咯烷酮按照3:2的质量比混合后再溶于水中，使乳化剂的总质量分数为5%。

所述步骤（3）中超声乳化的条件为：温度30℃，超声功率200w，超声时间30min。

所述步骤（5）中组装的条件为：组装温度50℃，组装转速1100r/min，组装时间15min。

所述步骤（5）中羧甲基壳聚糖溶液与海藻酸钠溶液的ph值为4.0~4.5。

所述步骤（6）中杀虫剂纳米胶囊成品的粒径为100~300nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明以乙基多杀菌素和银杏提取物作为杀虫剂活性成分，不仅高效、低毒、无污染，而且两者复配后具有协同增效作用，能够增强杀虫活性，比单独的一种成分具有更好的杀虫防治效果。

2、本发明采用乳化交联、高压均质技术，将活性成分制备成微乳液，以该微乳液为模板，以具备生物相容性的羧甲基壳聚糖和海藻酸钠为壁材，采用层层自组装法制备了杀虫剂纳米胶囊。与传统的杀虫剂微胶囊制备方法相比，本发明的制备方法能够在纳米尺度上对胶囊的大小、结构、形态和囊壁厚度进行精确的控制，制备出的胶囊粒径在100~300nm，稳定性高，分散均匀。

3、本发明的杀虫剂纳米胶囊能够实现对乙基多杀菌素和银杏提取物的有效地封装，从而提高其稳定性，达到控制释放、延长持效期、提高有效利用率、减少施药量的目的。另外，此杀虫剂纳米胶囊具有纳米级粒径，能够提高杀虫剂与果树表面和目标虫害的接触面积，一方面增强了杀虫剂的粘附性与渗透性，减少流失，提高有效利用率，另一方面提高了对目标虫害的杀虫活性，大大增强了果树虫害的防治效果。

4、本发明的杀虫剂纳米胶囊具有高效性、环保性、无残留、无污染、无公害的特点，是现代绿色生态农业发展中化学杀虫剂的理想替代品，具有广阔前景。

附图说明

图1为原药液与乳化剂质量比对包封率的影响图；

图2为均质压力对包封率的影响图；

图3为氯化钠添加量对包封率的影响图；

图4为壁材溶液ph值对包封率的影响；

图5为组装温度对包封率的影响图；

图6为组装次数对包封率的影响图；

图7为杀虫剂纳米胶囊的粒径测试图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

一种防治果树虫害的杀虫剂纳米胶囊，其活性成分为乙基多杀菌素和银杏提取物，在整个杀虫剂纳米胶囊中的含量分别为乙基多杀菌素3%，银杏提取物15%。

该杀虫剂纳米胶囊的制备工艺，包括如下步骤：

（1）植物原料预处理：将银杏全草洗净后置于鼓风干燥箱中，在50~60℃下完全干燥，然后采用冷冻粉碎机进行粉碎，过60目筛，制成原料干粉；称取原料干粉，按照1:20的料液比加入去离子水中，经480w微波处理2~3min；

（2）活性成分提取：采用超临界co2萃取，称取预处理后的银杏原料干粉，加入适量的无水乙醇，搅拌均匀后加入到萃取釜中，密封后通入co2流体进行萃取，萃取条件为：萃取温度40℃，萃取压力20mpa，co2流量19l/h，萃取时间90min，所得的萃取物于分离釜中减压分离，分离釜压力为6mpa、温度为32℃，出料后收集得到银杏提取物；

（3）复配和乳化：将乙基多杀菌素和银杏提取物按照1:5质量比加入到环己酮中，搅拌均匀得到总质量分数为50%的原药液；在磁力搅拌下（温度40℃，搅拌转速1600r/min，搅拌时间20min）将原药液与乳化剂（制备方法为：将十二烷基硫酸钠与聚乙二醇400按照3:2的质量比混合后再溶于水中，使乳化剂的总质量分数为5%）按照1:4的体积比混合均匀，然后进行超声乳化（温度30℃，超声功率200w，超声时间30min）得到初乳液；

（4）高压均质：将初乳液加入微射流均质机中进行高压均质，均质压力为48mpa，均质时间为11min，均质循环次数为7次，氯化钠添加量为0.4%，均质结束后再进行旋转蒸发去除有机溶剂，得到微乳液；

（5）纳米胶囊自组装：以上述微乳液为模板，用微量注射泵先加入质量分数为0.15%的羧甲基壳聚糖溶液中进行组装，组装条件为组装温度50℃，搅拌转速1100r/min，组装时间15min，组装后于1500r/min离心3min，分离微乳液和羧甲基壳聚糖溶液，用去离子水洗涤2~3次，去除其表面未吸附的羧甲壳基聚糖，再加入质量分数为0.2%的海藻酸钠溶液中进行组装，组装后离心分离微乳液和海藻酸钠溶液，洗涤后去除其表面未吸附的海藻酸钠，如此交替组装8次；

（6）固化、冷冻干燥：以质量分数为1.5%的氯化钙溶液作为固化剂，向组装后的微乳液中加入其体积分数10%的固化剂，于4℃固化1~2h，然后于7000r/min离心10min，得到的沉淀先于-20℃预冻24h，再经冻干机冷冻干燥48h，即得杀虫剂纳米胶囊成品。

实施例2：制备过程的优化试验

2.1原药液与乳化剂质量比对包封率的影响

将原药液与乳化剂按照1:1，1:2，1:3，1:4，1:5的质量比混合均匀，其它操作与实施例1相同，分别制备纳米胶囊，测定其包封率。包封率（%）=纳米胶囊中原药各组分质量之和/实际投入原药质量之和×100%。

如图1所示，当原药液与乳化剂质量比从1:1变化为1:5，即乳化剂的用量逐渐增多时，其包封率呈先升高后降低趋势，当原药液与乳化剂的体积比为1:4时，包封率最高，为85.23%。乳化剂的用量对乳液的分散性和稳定性有着重要影响，当乳化剂用量过少时，乳化剂不能将原药液充分乳化，当乳化剂用量过多时，乳化微粒间分散性降低，乳液易团聚，都会影响后续的自组装过程。

2.2均质压力对包封率的影响

将初乳液加入微射流均质机中进行高压均质，均质压力设置为20mpa，28mpa，36mpa，44mpa，52mpa，其它操作与实施例1相同，分别制备纳米胶囊，测定其包封率。

如图2所示，随着均质压力的增加，纳米胶囊的包封率呈现先升高后降低的趋势，在均质压力为36mpa时，包封率最高，为82.60%，因此，选择36mpa作为最佳均质压力。高压均质法是指将液态物料在超高压作用下，高速流过特殊的均质腔生成细小的液滴，因此均质压力会影响微乳液的粒径，从而影响后续的自组装过程。

2.3氯化钠添加量对包封率的影响

将初乳液加入微射流均质机中进行高压均质，氯化钠添加量设置为0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，其它与实施例1相同，分别制备纳米胶囊，测定其包封率。

如图3所示，随着氯化钠添加量的增加，纳米胶囊的包封率呈现先升高后降低的趋势，在氯化钠添加量为0.4%时，包封率最高，为79.95%，因此，选择0.4%作为最佳氯化钠添加量。

2.4壁材溶液ph值对包封率的影响

纳米胶囊自组装过程中，羧甲基壳聚糖溶液与海藻酸钠溶液的ph值设置为3.5，4.0，4.5，5.0，5.5，6.0，其它与实施例1相同，分别制备纳米胶囊，测定其包封率。

如图4所示，当壁材溶液ph值从3.5增至5.5时，纳米胶囊的包封率呈现先升高后降低的趋势，当壁材溶液ph值为4.5和5.0时，包封率都较高，且二者差异不显著，因此4.5~5.0为壁材溶液的最佳ph值。当ph值过低或者过高时，羧甲基壳聚糖与海藻酸钠所带电荷不足，产生的静电力不够强，形成的纳米胶囊较不稳定。

2.5组装温度对包封率的影响

纳米胶囊自组装过程中，组装温度设置为20℃，30℃，40℃，50℃，60℃，其它与实施例1相同，分别制备纳米胶囊，测定其包封率。

如图5所示，当组装温度为50℃时，纳米胶囊的包封率最高，为78.33%，因此，选择50℃作为最佳组装温度。随着组装温度的升高，分子运动和扩散速度加快，多层组装结构变得更紧密，而组装温度过高时，可能会造成活性成分分解，产生较大的损失。

2.6组装次数对包封率的影响

纳米胶囊自组装过程中，交替组装次数设置为2次，4次，6次，8次，10次，其它与实施例1相同，分别制备纳米胶囊，测定其包封率。

如图6所示，当组装次数为6次时，纳米胶囊的包封率最高，为81.75%，因此，选择6次为最佳组装次数。当组装次数较少时，活性成分的装载时间太短，不能充分进入纳米胶囊内部，当组装次数过多时，实验操作步骤也越多，活性成分损失加大，包封率下降。

实施例3：杀虫剂纳米胶囊的粒径测试

采用激光粒度仪对实施例1中制备的杀虫剂纳米胶囊进行粒径大小测试，5次重复试验，结果如图7所示。从图中可以看出，纳米胶囊的粒径在100~300nm范围内，多分散系数pdi在0.18~0.24范围内，说明所制备的纳米胶囊体系具有较好的单分散性。

实施例4：杀虫剂纳米胶囊的光解稳定性测试

将实施例1中制备的杀虫剂纳米胶囊以及所用的乙基多杀菌素原药、银杏提取物原药分别置于透明烧杯中，封口，于自然光照下室外放置0、1、4、7、10天后，以hplc法分别测定样品中各原药组分的质量，计算各原药组分的降解率。降解率（%）=[（放置0天样品某组分实测质量-放置n天试样某组分实测质量）/放置0天试样某组分实测质量]×100%。

如表1所示，乙基多杀菌素原药和银杏提取物原药在自然光照射下，第10天的降解率分别为19.36%和28.72%，而纳米胶囊中的乙基多杀菌素和银杏提取物组分在同样条件下，第10天的降解率分别为1.05%和1.44%，说明纳米胶囊的光解稳定性良好。

对比例1

一种防治果树虫害的杀虫剂纳米胶囊，其活性成分为乙基多杀菌素，在整个杀虫剂纳米胶囊中的含量为3%，其制备工艺与实施例1相同。

对比例2

一种防治果树虫害的杀虫剂纳米胶囊，其活性成分为银杏提取物，在整个杀虫剂纳米胶囊中的含量为15%，其制备工艺与实施例1相同。

实施例5：杀虫剂纳米胶囊的田间防效试验

5.1供试作物：葡萄树，露地栽培。

5.2供试害虫：蓟马。

5.3供试药剂：实施例1中制备的杀虫剂纳米胶囊、对比例1中制备的杀虫剂纳米胶囊、对比例2中制备的杀虫剂纳米胶囊、6%乙基多杀菌素悬浮剂（美国陶氏益农公司）、70%吡虫啉水分散粒剂（江苏克胜集团有限公司）。

5.4供试地点：江苏省连云港市灌南县葡萄种植基地，选择土壤肥力一致，虫害危害程度一致的地块进行试验。

5.5试验方法：

处理方法：1种供试药剂作为1个处理，以清水处理为对照。每个处理4次重复，每个重复5株葡萄，中间3株随机选择上、中、下3个枝条挂牌标记。供试药剂按合适剂量施用，在害虫发生初期开始喷洒，利用背负式喷雾器，叶片正反两面喷雾施药。施药前调查虫口基数，施药后1天、7天、14天、28天分别调查残留活虫数，通过各药剂处理施药前后虫量计算虫口减退率，与空白对照相比，计算各药剂的防治效果，计算公式如下：

虫口减退率（%）=[（施药前虫口数-施药后虫口数）/施药前虫口数]×100%；

防治效果（%）=[（处理区虫口减退率-空白对照区虫口减退率）/空白对照区虫口减退率]×100%。

5.6试验结果：

如表2所示，在田间防效试验中，各组药剂对葡萄蓟马均有明显的防治效果。其中实施例1、对比例1和对比例2均为纳米胶囊制剂，在药后1天，其防治效果要低于6%乙基多杀菌素悬浮剂和70%吡虫啉水分散粒剂，这主要是由于纳米胶囊中有效成分的释放较慢所致；而随着时间的延长，纳米胶囊制剂的持效性逐渐显现出来，在药后28天，纳米胶囊制剂的防治效果仍在85%以上，显著高于6%乙基多杀菌素悬浮剂，其中实施例1的防治效果与70%吡虫啉水分散粒剂相当。比较实施例1与对比例1和对比例2，实施例1的防治效果最好，说明实施例1中的乙基多杀菌素和银杏提取物复配后具有协同增效作用，杀虫活性增强，防治效果优于单剂的施用。综上所述，本发明的杀虫剂纳米胶囊不仅持效期长，防治效果与化学杀虫剂相当，而且无污染、无公害，将具有较好的经济和生态效益。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。