一种利用瞬时纳米沉淀技术制备阿维菌素纳米粒子的方法

1.本发明属于纳米农药技术领域，涉及一种环境友好型纳米农药的快速可控制备方法，具体为一种利用瞬时纳米沉淀技术制备阿维菌素纳米粒子的方法。


背景技术：

2.阿维菌素是一种常用的农药产品，由于具有高效、低毒和高选择性等优点，已成为一种广谱农用杀虫和杀螨剂，但是传统的农药制剂对农药的利用率不高，因此，近年来农药的减量增效成为农药领域的关键问题，而使用纳米载体技术将农药制成纳米农药为解决这一难题提供了新思路。传统化工技术制备农药纳米粒子的制备过程复杂，难以大规模实际应用，一些常规的技术往往存在能量利用率低，物质转化较慢等不足，在生产和实际应用中具有很大的局限性。
3.不同于大多数基于热力学平衡组装的纳米载体技术，新兴的瞬时纳米沉淀技术(flash nanoprecipitation,fnp)基于动力学控制原理、通过强化自组装的方式制备纳米材料，其所使用的装置为多通道涡流混合器，可以通过改变工艺参数(流速比、雷诺数、流体组分)调节和控制纳米粒子结构。这种方法不仅具有易于操作、载药率高、制备时间短、易于放大与连续化生产等优势，还可以系统地调控纳米微观结构，如形貌、内部结构、表面结构等，从而进一步拓宽了纳米材料的应用范围。值得注意的是，近几年来瞬时纳米沉淀技术在纳米农药的制备和负载以及控释体系的构建方面展现出巨大潜力，对制备水基化功能性纳米农药控释制剂和研究农用化学品靶向高效传递过程具有重要的意义。然而，现有技术中瞬时纳米沉淀技术常用的稳定剂为嵌段共聚物，其制备复杂、成本高昂，不适于应用在需要大规模使用农药的农业生产中。更重要的是，为制备功能型纳米粒子往往需要对聚合物或药物分子进行复杂的化学修饰从而背离了绿色化学的理念。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明提供一种利用瞬时纳米沉淀技术制备阿维菌素纳米粒子的方法，以实现对阿维菌素纳米粒子的快速且粒径可控的制备。
5.本发明采用的技术方案如下：一种利用瞬时纳米沉淀技术制备阿维菌素纳米粒子的方法，具体包括如下过程：将阿维菌素溶于四氢呋喃中，装入1号注射器，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，装入2号注射器，作为2号液流；3号和4号注射器均为去离子水，分别为3号和4号液流；在注射泵的作用下，将上述的四股液流同时注入混合装置中发生瞬间碰撞混合，形成纳米粒子悬浮液，除去溶剂后，得到阿维菌素纳米粒子。
6.本发明进一步设置为，所述1号液流中阿维菌素的浓度和2号液流中阿拉伯胶的浓度比为1：2～12，所述2号液流中阿拉伯胶的浓度为4～24mg/ml。
7.优选地，所述1号液流中阿维菌素的浓度和2号液流中阿拉伯胶的浓度比为1：2～6。
8.本发明进一步设置为，所述混合装置中，溶剂四氢呋喃和水的溶剂比为1：9～21；
优选为1：13～21。
9.本发明进一步设置为，所述混合装置中，雷诺数的范围为350～1850；优选为1000～1850。
10.本发明进一步设置为，所述混合装置为多通道涡流混合器，所述多通道涡流混合器内部有四个液流通道，且相邻两个液流通道呈90
°
。
11.本发明进一步设置为，所述1号液流通道和2号液流通道间隔设置，所述3号液流通道和4号液流通道间隔设置。
12.本发明进一步设置为，所述1号液流和2号液流的注射流速为2～10ml/min；所述3号液流和4号液流的注射流速为32～80ml/min。
13.本发明进一步设置为，所述1号液流流速和2号液流流速相等，3号液流和4号液流的流速相等。
14.本发明进一步设置为，制得的阿维菌素纳米粒子的粒径大小为340-500nm。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
16.(1)本发明的技术方案是基于瞬时纳米沉淀技术，采用成本低廉、绿色环保的天然两亲性高分子多糖阿拉伯胶(arabic gum，ag)作为稳定剂，实现快速可控地制备阿维菌素纳米粒子。
17.(2)采用本发明所述的方法制备阿维菌素纳米粒子，易于操作、耗时少、粒径可控、重复性好、容易工业放大等优点，在农药生产、生物医药等领域有着广阔的应用前景。
附图说明
18.图1是实施例中用于制备阿维菌素纳米粒子的实验装置示意图；
19.图2是实施例3的阿维菌素纳米粒子的粒径分布图；
20.图3是实施例3的阿维菌素纳米粒子的透射电子显微镜图；
21.图4是通过改变药物与浓度比调控阿维菌素纳米粒子粒径的dls图；
22.图5是通过改变水与四氢呋喃溶剂比调控阿维菌素纳米粒子粒径的dls图；
23.图6是通过改变雷诺数调控阿维菌素纳米粒子粒径的dls图；
24.图7是实施例3所制备的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化图。
具体实施方式
25.为了更好地理解本发明，下面用下列实施例来进一步说明本发明内容，但本发明的保护范围并不仅限于实施例。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其他的改变和修改，仍包括在权利要求书中保护的范围内。
26.以下实施例中，未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件、或者按照产品说明书进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
27.如图1所示，本发明的实施例中用于制备阿维菌素纳米粒子的实验装置为多通道涡流混合器，混合器内部有四个液流通道，其相邻两个连通混合器内部的液流通道呈90
°
；其中，阿维菌素溶于四氢呋喃中，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，作为2号液流；3号液流和4号液流均为去离子水。并且，在本发明的下述实施例中，1号液流和2号液流间隔
设置，3号液流和4号液流间隔设置。使用时，同时开启两台注射泵，一台注射泵控制液流1和液流2的流速，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，四股液流同时注入涡流中心，连续快速可控地制备纳米粒子。
28.采用上述实验装置，进行下述阿维菌素纳米粒子的制备。
29.实施例1
30.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为4mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：2；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，液流1和液流2的流速设置为8ml/min，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流3和液流4的流速设置为48ml/min，该过程中，四氢呋喃与去离子水的溶剂比为1：13。同时开启两台注射泵，控制四股液流同时流入四通道涡流混合器中，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，经截留分子量为8k-14k的透析袋透析24小时除去有机溶剂，制得阿维菌素纳米粒子。对本实施例制得的阿维菌素纳米离子进行表征分析，本实施例制得的阿维菌素纳米粒子的粒径约为350nm。同时监测本实施例制得的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化，经过14天后，阿维菌素纳米粒子的粒径变化较小，表现出较好的稳定性。
31.实施例2
32.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为24mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：12；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，液流1和液流2的流速设置为8ml/min，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流3和液流4的流速设置为48ml/min，该过程中，溶剂四氢呋喃与水的溶剂比为1：13。同时开启两台注射泵，控制四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，用截留分子量为8k-14k的透析袋透析24小时除去有机溶剂，制得阿维菌素纳米粒子。对本实施例制得的阿维菌素纳米离子进行表征分析，阿维菌素纳米粒子的粒径约为430nm。同时监测本实施例制得的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化，同样地，制得的阿维菌素纳米粒子表现出较好的稳定性。
33.实施例3
34.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为12mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：6；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，液流1和液流2的流速设置为8ml/min，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流3和液流4的流速设置为48ml/min，该过程中，溶剂四氢呋喃与水的溶剂比为1：13，雷诺数为1442。同时开启两台注射泵，四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，经透析24小时除去有机溶剂，制得阿维菌素纳米粒子。对本实施例制得的阿维菌素纳米粒子进行表征分析，本实施例制得的阿维菌素纳米粒子的粒径约为360nm，其粒径分布图和透射电子显微镜图分别如图2和图3所示。同时监测本实施例制得的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化，结果如图7所示，本实施例中制得的阿维菌素纳米粒子具有很好的稳定性。
35.上述实施例1-3中，所述混合器中的雷诺数是一致的，制得的阿维菌素粒子的粒径大小和粒径分布对比结果如图4所示，由图4的结果看出，阿拉伯胶和阿维菌素的浓度比对
于粒径大小和粒径分布是有影响的。在实施例1-3中，随着阿拉伯胶和阿维菌素浓度比的增大，制得的阿维菌素纳米粒子的粒径也在不断增加，而粒径分布则先增大后减小，因此，在后续的实验中，阿拉伯胶和阿维菌素的浓度比优选1：6。
36.实施例4
37.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为12mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：6；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流1和液流2的流速设置为8ml/min，液流3和液流4的流速设置为32ml/min，该过程中，溶剂四氢呋喃与水的溶剂比为1：9。同时开启两台注射泵，四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，经透析24小时除去有机溶剂，制得阿维菌素纳米粒子。对本实施例制得的阿维菌素纳米粒子进行表征分析，制得的阿维菌素纳米粒子的粒径约为500nm。并监测本实施例制得的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化，同样地，制得的阿维菌素纳米粒子表现出较好的稳定性。
38.实施例5
39.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为12mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：6；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流1和液流2的流速设置为8ml/min，液流3和液流4的流速设置为80ml/min，该过程中，溶剂四氢呋喃与水的溶剂比为1：21。同时开启两台注射泵，四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，经透析24小时除去有机溶剂，制得阿维菌素纳米粒子。对本实施例制得的阿维菌素纳米粒子进行表征分析，制得的阿维菌素纳米粒子的粒径约为340nm。同时监测本实施例制得的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化，制得的阿维菌素纳米粒子表现出较好的稳定性。
40.实施例6
41.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为12mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：6；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流1和液流2的流速设置为8ml/min，液流3和液流4的流速设置为64ml/min，该过程中，溶剂四氢呋喃与水的溶剂比为1：17。同时开启两台注射泵，四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，用截留分子量为8k-14k的透析袋透析24小时除去有机溶剂，制得阿维菌素纳米粒子。对本实施例制得的阿维菌素纳米粒子进行表征分析，制得的阿维菌素纳米粒子的粒径约为350nm。同时监测本实施例制得的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化，制得的阿维菌素纳米粒子表现出较好的稳定性。
42.上述实施例3-6制得的阿维菌素粒子的粒径大小和粒径分布的对比结果如图5所示。由图5的结果看出，实验装置中，溶剂去离子水和四氢呋喃(thf)的含量比对制得的阿维菌素纳米粒子的粒径大小和粒径分布存在一定影响。在实施例3-6中，随着去离子水和四氢呋喃(thf)含量比的增大，制得的阿维菌素纳米粒子的粒径也在逐渐减小，而对于粒径分布的影响则是有限的。
43.实施例7
44.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为12mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：6；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流1和液流2的流速设置为2ml/min，液流3和液流4的流速设置为12ml/min，该过程中，溶剂四氢呋喃与水的溶剂比为1：13，雷诺数为361。同时开启两台注射泵，四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，经透析24小时除去有机溶剂，制得阿维菌素纳米粒子。对本实施例制得的阿维菌素纳米粒子进行表征分析，制得的阿维菌素纳米粒子的粒径约为480nm。同时监测本实施例制得的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化，制得的阿维菌素纳米粒子表现出较好的稳定性。
45.实施例8
46.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为12mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：6；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流1和液流2的流速设置为6ml/min，液流3和液流4的流速设置为36ml/min，溶剂四氢呋喃与水的溶剂比为1：13，雷诺数为1082。同时开启两台注射泵，四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，用截留分子量为8k-14k的透析袋透析24小时除去有机溶剂，制得阿维菌素纳米粒子。对本实施例制得的阿维菌素纳米粒子进行表征分析，制得的阿维菌素纳米粒子的粒径约为400nm。同时监测本实施例制得的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化，制得的阿维菌素纳米粒子表现出较好的稳定性。
47.实施例9
48.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为12mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：6；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流1和液流2的流速设置为10ml/min，液流3和液流4的流速设置为60ml/min，溶剂四氢呋喃与水的溶剂比为1：13，雷诺数为1803。同时开启两台注射泵，四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，经透析24小时除去有机溶剂，制得阿维菌素纳米粒子。对本实施例制得的阿维菌素纳米粒子进行表征分析，制得的阿维菌素纳米粒子的粒径约为350nm。同时监测本实施例制得的阿维菌素纳米粒子在常温下14天内的粒径变化，制得的阿维菌素纳米粒子表现出较好的稳定性。
49.上述实施例3和实施例7-9制得的阿维菌素粒子的粒径大小和粒径分布的对比结果如图6所示。由图6的结果看出，雷诺数的不同同样会对粒径大小和粒径分布产生影响，并且在上述实施例中，随着雷诺数的增大，制得的阿维菌素纳米粒子得粒径在不断的降低。
50.对比例1
51.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为12mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：6；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流1和液流2的流速设置为8ml/min，液流3和液流4的流速设置为96ml/min，溶剂四氢呋喃与
水的溶剂比为1：25。同时开启两台注射泵，四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，经透析24小时后，药物沉淀，没有成功载药。
52.对比例2
53.阿维菌素溶于四氢呋喃中，浓度为2mg/ml，作为1号液流；阿拉伯胶溶于去离子水中，浓度为2mg/ml，作为2号液流，阿维菌素与阿拉伯胶的浓度比为1：1；3号和4号液流均为去离子水。一台注射泵控制液流1和液流2的流速，另一台注射泵控液流3和液流4的流速，液流1和液流2的流速设置为8ml/min，液流3和液流4的流速设置为48ml/min，溶剂四氢呋喃与水的溶剂比为1：13。同时开启两台注射泵，四股液流同时流入四通道涡流混合器，待溶液流出稳定后，在出口处收集制备的纳米粒子悬浮液，经透析24小时后，药物沉淀，没有成功载药。
54.需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。