[00134046]全生物降解高分子复合材料制备及其应用研究

1、课题来源与背景 我国主要农业污染源为农药、肥料和畜禽粪便等。农药的主要毒性污染物除了原药还有各种助剂。农药的优良控制释防体系是将有效原药定向、定位、定时、定量或动态地传递到有害生物靶标部位的“智能化“递释系统 。“十二五计划“以来,我国学者也在新型控缓释农药方面取得了一些阶段性研究成果,但相关技术、成果和产品仍存在诸多不足,建立以全生物降解高分子材料为载体的新型控缓释制剂新产品及其应用技术是其中之一。 2、研究目的与意义 针对目前环境保护需求和农药控缓释制剂研发应用中存在的问题,兼顾效果和安全,开发新活性成分的同时重视制剂载体材料的研发,开展生物农药控缓释制剂的应用基础研究;拓宽生物降解高分子材料在农业领域的应用范围,创制生物农药新产品助力生态环境改善和现代农业;开发的可生物降解高分子材料、植物源活性物质及其新型控缓释制剂还能应用到新型肥料、农药和生物医药等重要民生产业中,前景广阔。 3、主要论点与论据 I通过已知的材料特性、降解性能和负载能力相结合筛选了三种在农业应用环境中可完全生物降解且适宜于农药控缓释制剂的高分子材料---环糊精、壳聚糖、海藻酸钠。II通过化学改性获得一种优良的适宜于成分复杂的植物源农药原料的新复合材料----壳聚糖固载环糊精聚合物（CS-g-CD）。III该研究应用的模型原药为黄帚橐吾提取物。我们多年跟踪研究证明,黄帚橐吾提取物对鳞翅目和半翅目害虫（如棉铃虫幼虫、菜粉蝶幼虫和蚜虫等）具有较强的胃毒、触杀、拒食和熏蒸等多种农药活性作用,并对灰葡萄孢、尖孢镰刀菌等病原真菌及其引发的植物病害有一定抑制作用,是一种同时具备杀虫和抑菌活性的优良植物源农药资源。IV以完全可生物降解高分子材料--环糊精为负载材料,黄帚橐吾提取物（挥发性成分）为主要有效成分, 铁棒锤生物总碱为辅助有效成分,研发了一种复合长效杀虫剂。该复合长效杀虫剂杀虫毒力强,浓度大于0.1%时,对1-2龄棉铃虫幼虫的校正虫口减退率均在85%以上;起效快,用药三天后校正虫口减退率可达到80%以上;应用稳定性强,持效期长,用药30天后,校正虫口减退率仍可达60%左右;田间应用防效能力强、防治谱广,对蚜虫、棉铃虫小幼虫和马铃薯地下害虫的防治效果比其单成分制剂的防治效果提高了15%以上。V 以可完全生物降解复合高分子新材料--壳聚糖固载环糊精聚合物为负载材料,黄帚橐吾总提物为有效成分,研发了一种黄帚橐吾提取物纳米制剂。 其平均粒径614±20nm,PDI为0.487;制剂含药量为50%～68%;在中性（PH值6.8）环境中相对稳定,在适宜环境中72h以内可稳定释放60%左右的有效活性成分,72h以后有效成分分释放量减小至每四天释放6%左右,20天尚未释放完全。黄帚橐吾提取物纳米制剂对靶标有害生物的防控效果大于80%,同时对部分植物真菌病害的防控效果大于75%。 4、创见与创新 I筛选了三种在农业应用环境中易降解、负载能力强的植物源农药控缓释制剂负载材料：环糊精、壳聚糖和海藻酸钠。II通过化学改性获得一种新复合材料-壳聚糖固载环糊精聚合物（CS-g-CD）,该复合材料具有载药量大、易降解,适用于植物源农药控缓释制剂开发。 III以环糊精为负载材料,黄帚橐吾提取物（挥发性成分）和铁棒锤生物碱为主要有效成分,研发了一种新型控缓释复合长效杀虫粒剂,制订了相应的质量标准（草案）,该制剂对马铃薯地下害虫的防治效果达75%以上。IV以壳聚糖固载环糊精聚合物为负载材料,黄帚橐吾总提取物为主要有效成分,研发了一种新型控缓释粉剂,具有较强的杀虫和抑菌活性。 5、社会经济效益,存在的问题 经济效益：研发了两种模型原药的控缓释制剂,新制剂通过制备工艺创新,兼顾质量和成本,使其具备控释和缓释两步功能,安全环保、延长药物持效期,减少用药次数,降低有效成分分解与流失,提高其利用率和药效,降低了生产应用成本。该研究拓宽了生物降解高分子材料在农业领域的应用范围。如果新成果技术投放市场,代替同量不可生物降解材料及其相关产品,对于降低农药危害,缓解环境污染,提高农产品安全,保护人民健康,促进高分子材料工业和生物农药产业的可持续发展具有显著的社会经济意义。 存在的问题：I关于高分子材料的生物降解性能评价国内尚无统一的标准,该试验采用的土埋试验结果只能反映大概变化趋势。II该研究中复合长效杀虫剂的含量测定用的是紫外分光光度计法,但制剂因加入辅料且有效成分复杂,测定结果会受到影响。III该研究提供的黄帚橐吾提取物纳米制剂均匀度不理想,还需要进一步改进制备技术及其配方。IV该项目的阶段性成果是材料和制剂的应用基础研究,离产业化生产应用尚有一段距离。V该项目研发的全生物降解高分子复合材料、生物农药控缓释制剂及其工艺技术,生产成本相对较高,影响推广应用。