嘧草醚固体分散体的制备、表征及除草活性研究

程松波，章乐乐，王 秦，胡 航，徐德锋

（常州大学药学院医学院（筹），江苏常州 213100）

嘧草醚作为嘧啶水杨酸类除草剂，是日本化学公司研制的新一代稻田除草剂，可于杂草芽前至苗后后期施用，通过茎叶和根被杂草吸收，并迅速传导至全株，抑制乙酰乳酸合成酶、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的合成，进而影响蛋白质的合成代谢，抑制细胞分裂和植物生长，从而表现出杀草活性[1]。嘧草醚在推荐使用剂量范围内对水稻高度安全，且没有品种敏感度差异，可在水稻生长的各个时期施用[2-3]。嘧草醚的水溶性差是制约其除草活性的关键因素之一，限制了其在日常生活中的有效应用，如何有效提高其溶解性、增加生物利用度成为目前研究的重点。

为提高农药溶解性，传统方法主要将其制成水乳剂、悬浮剂、可湿性粉剂、乳油等[4]。嘧草醚在市场上的主要产品有10%嘧草醚可湿性粉剂、2%嘧草醚大粒剂等，但是传统剂型会用到大量有机溶剂和表面活性剂，均对环境产生污染。

固体分散体的概念最早是由Sekiguchi等[5]在1961年提出，当时以尿素为载体，热熔法制备磺胺噻唑固体分散体。固体分散体技术是将难溶性药物以分子、无定形、微晶等形式分散在载体中，广泛用于改善难溶性药物的溶解度、溶出速率、生物利用度[6]。目前，采用固体分散技术解决难溶药物溶解性的报道多在药学领域，通过固体分散体技术，某些难溶性农药在溶解度、生物利用率方面得到有效提高。本研究以PEG-4000、PEG-6000和PVP-K30为载体，将嘧草醚制成固体分散体，通过体外溶出试验及FT-IR、XRD、SEM分析嘧草醚在固体分散体中的存在状态，筛选出性能高的固体分散体。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

Agilent 1260型高效液相色谱仪，美国Agilent公司；恒温水浴锅DS-4、超声波清洗仪，巩义予华仪器有限公司；Nicolet iS50型傅里叶变换红外光谱仪，赛默飞世尔科技有限公司；Bruker SMART APE XⅡ型X射线衍射仪，美国布鲁克公司；Supra 55型场发射扫描电镜，德国蔡司公司；250光照培养箱，金坛市城东新瑞仪器厂。

嘧草醚原药（纯度≥96%）、嘧草醚标准品，金坛瑞平化工有限公司；10%嘧草醚微乳剂，北京新禾丰有限公司；PEG-4000（聚乙二醇4000）、PEG-6000（聚乙二醇6000），海凌峰化学试剂有限公司；PVP-K30（聚乙烯吡咯烷酮K30）、乙腈（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；水为实验室制蒸馏水。

1.2 HPLC分析条件

采用Agilent ZOREAX SB-C18ODS柱（4.6 mm×250 mm，5μm），流动相A为乙腈（70%），流动相B为水（30%），流速为1.0 mL/min，进样量为10μL，柱温为25℃，检测波长为254 nm[7]，E-嘧草醚出峰时间是5.2 min，Z-嘧草醚出峰时间是4.5 min，载体不出峰，对试验结果不产生影响，嘧草醚原药中E-嘧草醚纯度大于90%，因此在研究中探究Z-嘧草醚的影响。

1.3 嘧草醚标准曲线绘制

精确称取嘧草醚标准品5.0 mg置于50 mL烧杯中，用乙腈溶解，并用50 mL容量瓶定容摇匀作母液；精确移取0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4 mL母液于10 mL容量瓶中，用乙腈定容、摇匀，配成质量浓度分别为4.0、8.0、12.0、16.0、20.0、24.0μg/mL的标准溶液，在1.2条件下分别测其峰面积。以各质量浓度为横坐标、对应峰面积为纵坐标作标准曲线。

1.4 固体分散体的制备

根据各载体材料的性质，分别采用溶剂-熔融法和溶剂法制备固体分散体。由于PEG-4000和PEG-6000的熔点低，因此采用溶剂-熔融法；PVP-K30熔点高且易溶于有机溶剂，采用溶剂法[8]。

按载药质量比1∶10分别取嘧草醚原药30 mg与载体材料（PEG-4000、PEG-6000）300 mg置于烧杯中，载体在65℃下搅拌至熔融，嘧草醚用少量乙腈溶解加入到熔融的PEG中搅拌形成均一溶液，旋转蒸发出乙腈，于低温冻干24 h，粉碎过80目筛，得到嘧草醚与PEG-4000和PEG-6000的固体分散体。按质量比为1∶10称取嘧草醚原药和PVP-K30，将PVP-K30用乙腈溶解，65℃下加热搅拌，嘧草醚用乙腈溶解，两者混合均匀，旋转蒸发出溶剂，所得产品粉碎过80目筛，即得嘧草醚与PVP-K30固体分散体。

按载药质量比1∶4、1∶6、1∶8、1∶12分别称取嘧草醚原药与载体PVP-K30，将PVP-K30用乙腈溶解，65℃下加热搅拌，嘧草醚用乙腈溶解，两者混合均匀，旋转蒸发出溶剂，所得产品粉碎过80目筛，即得嘧草醚与PVP-K30不同载药比固体分散体。

1.5 物理混合物的制备和物理混合物溶解度的测定

按载药质量比1∶10，分别称取嘧草醚原药与3种载体材料PEG-4000、PEG-6000和PVP-K30置于研钵中，研细过80目筛，得到嘧草醚与3种载体的物理混合物。将过量嘧草醚原药、3种固体分散体（载药质量比为1∶10）和3种物理混合物（载药质量比为1∶10）分别加入到10 mL PE管中，加适量水配成饱和溶液，置于超声波清洗机中，在25℃超声30 min，取1 mL上清液过0.45μm微孔滤膜，通过HPLC法测定滤液中嘧草醚峰面积，将所得峰面积分别代入标准曲线得到各样品中嘧草醚的饱和溶解度。

1.6 嘧草醚及固体分散体体外溶出度的测定

溶出度测定方法参照文献中的方法进行[9-11]。溶出介质为水溶液250 mL，温度为（25±5）℃，转速为100 r/min，取适量样品（含嘧草醚7.5 mg），自药物粉末接触溶出介质开始计时，分别于5、10、20、40、60、90、120 min和4、6、12、24、48 h取样1 mL（同时补充同温等量溶出介质），经0.45μm微孔滤膜过滤后，用HPLC测其峰面积，计算不同时间的溶出度，并换算为累积溶出百分率。

1.7 固体分散体物相鉴别

傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析条件：取适量嘧草醚原药、PVP-K30、嘧草醚-PVP-K30、物理混合物，以溴化钾压片法进行红外光谱测定，波数范围为400～4 000 cm-1，设置分离度为2 cm-1，扫描次数为16次。

X射线粉末衍射（XRD）分析条件：Cu-Kα靶单色器，管电流为20 mA，管电压为30 kV，扫描范围为5～80°，扫描速度为8°/min，扫描模式为theta/2theta联动，扫描方式为continue。

场发射电子扫描电镜（SEM）分析条件：蔡司SUPRA-55场发射扫描电镜，高压5 kV，表面喷金5 min，工作距离为65 mm。

1.8 除草活性测定

采用盆栽法测定以PVP-K30为载体的嘧草醚固体分散体对低叶龄稗草除草活性[2,12]，阴性对照为清水，阳性对照为10%嘧草醚可湿性粉剂，3次重复，每次试验处理3组，每组试验5份，每份试验有15棵稗草。试验前，将稗草种子置于水中浸泡3 d，并放在阴暗处，每天换一次清水，待发芽移栽到小杯中并置于恒温培养箱中，到一叶期时，分别喷洒嘧草醚固体分散体、可湿性粉剂与清水，保持小杯内土壤湿润。观察喷药7、15、30 d后稗草生长情况，并记录稗草死亡株数。

2 结果与分析

2.1 HPLC检测方法建立

嘧草醚吸收波长为254 nm，载体PEG-4000、PEG-6000、PVP-K30在此处基本无吸收，故HPLC检测波长选择254 nm。按照1.3所述方法获得嘧草醚标准曲线回归方程为y=20.661x-0.317 7，R2=0.999 9，则表明嘧草醚在4.0～24.0μg/mL质量浓度范围内线性关系良好。

2.2 嘧草醚、物理混合物及固体分散体溶解度

由表1可知，嘧草醚的物理混合物及固体分散体溶解度均大于嘧草醚原药，则PEG-4000、PEG-6000和PVP-K30均能不同程度地提高嘧草醚溶解度，载体在物理混合与制作成固体分散体的增溶效果表现为PEG-4000＜PEG-6000＜PVP-K30。

表1 嘧草醚、物理混合物及固体分散体溶解度

2.3 嘧草醚-载体种类分析

分别制备嘧草醚与3种载体质量比为1∶10的嘧草醚固体分散体，测定其体外溶出率，结果如图1所示。由图1可知，嘧草醚原药溶出率较低，12 h时累积释放质量分数为31.2%，而3种固体分散体在12 h的累积释放质量分数分别为81.7%、85.6%、91.8%，可知3种载体制备的嘧草醚固体分散体均能不同程度地提高嘧草醚的溶出度，其中以载体PVP-K30性能最优秀，其溶出率是未添加载体的2.9倍。

图1 嘧草醚及其不同载体固体分散体溶出曲线

2.4 嘧草醚-载体比例分析

鉴于以上结果，选取PVP-30为嘧草醚的载体，进行药物-载体比例分析。取不同药载质量比的PVP-K30为载体固体分散体，考察其体外溶出行为，结果如图2所示。由图2可知，嘧草醚与PVP-K30以不同质量比制成的固体分散体的溶出率均高于嘧草醚原药，在各固体分散体中，药载质量比为1∶6的固体分散体的溶出效果最好，2 h时溶出率已达95%以上。

图2 嘧草醚与PVP-K30不同载药比溶出曲线

2.5 固体分散体FT-IR分析

取嘧草醚原药、PVP-K30、物理混合物和固体分散体（药载质量比为1∶10），在4 000～400 cm-1波数范围内进行FT-IR测试，结果如图3所示。由图3中嘧草醚原药谱线可知，2 933.47 cm-1处为-CH3反对称伸缩振动峰，1 740.12 cm-1处为C=O伸缩振动峰，1 597.66 cm-1处为C=C为芳烃伸缩振动峰，1 102.55 cm-1处为C-O-C对称伸缩振动峰；PVP-K30谱线中，1 633.80 cm-1处为吡咯烷酮环中的C=O伸缩振动峰，1 421.14 cm-1处为-CH2弯曲振动峰，1 288.92 cm-1处为酰胺的特征峰；嘧草醚-PVP-K30固体分散体谱线中，嘧草醚在1 740.12 cm-1处为C=O伸缩振动峰，1 597.66 cm-1处C=C为芳烃伸缩振动峰，1 102.55 cm-1处C-O-C对称伸缩振动峰被载体峰所覆盖；物理混合物谱线中，嘧草醚1 740.12 cm-1处为C=O伸缩振动峰，1 597.66 cm-1处C=C为芳烃伸缩振动峰，1 102.55 cm-1处C-O-C对称伸缩振动峰也被载体峰遮盖，物理混合物的吸收峰要稍高于固体分散体，说明嘧草醚被PVP-K30所包裹，形成包埋物。

图3 样品红外光谱

2.6 XRD分析

嘧草醚、PVP-K30、固体分散体（药载质量比为1∶10）和物理混合物的X射线粉末衍射图如图4所示，由图4可知，嘧草醚原药在2θ为12.9°、13.62°、15.9°、19.38°、21.5°、24.04°、25.44°处显示出清晰的衍射峰，说明嘧草醚原药以晶体形式存在。PVP-K30无特征衍射峰，则为无定形结构。嘧草醚-PVP-30固体分散体无明显衍射峰，为无定形结构说明嘧草醚被包裹于PVP-K30颗粒中。物理混合物在2θ为12.86°、13.6°、15.86°、21.46°处存在衍射峰，说明有嘧草醚晶体存在，没有被包裹完全。

图4 X射线粉末衍射谱图

2.7 SEM分析

嘧草醚、PVP-K30、物理混合物和固体分散体（药载质量比为1∶10）的扫描电镜图如图5所示。由图5（a）可知，嘧草醚为片状晶体，呈不规则分布，宽度约数微米，长度约为数微米至数十微米不等；图（b）为PVP-K30扫描电镜图，PVP-K30为相对规则的球形颗粒，直径约数十微米；图（c）为嘧草醚-PVP-K30固体分散体，基本呈不规则球状颗粒，未发现嘧草醚的晶体结构，这也与XRD表征结果相一致，表明嘧草醚被包裹于PVP-K30颗粒中；图（d）为物理混合物，可以看出嘧草醚晶体吸附在载体表面。SEM分析结果显示，嘧草醚-PVP-K30固体分散体中，嘧草醚被成功包裹于PVP-K30颗粒中。

图5 样品扫描电镜图

2.8 室内活性测试结果

嘧草醚-PVP-K30固体分散体对低叶龄稗草室内除草活性结果表如2。当质量浓度为40 g/hm2时，在7 d时施用嘧草醚-PVP-K30固体分散体的稗草死亡率比嘧草醚可湿性粉剂效果高12.4%；在15 d时，施用嘧草醚-PVP-K30固体分散体比可湿性粉剂高6.6%；在30 d时，固体分散体与可湿性粉剂2种剂型结果一致。由试验可知，嘧草醚固体分散体生物活性在7、15 d高于可湿性粉剂，速效性好。

表2 嘧草醚固体分散体室内除草活性测试结果

3 结 论

随着固体分散技术的兴起，其在药学领域应用比较广泛，而在除草剂方面的应用刚开始。本文以PEG-6000、PEG-20000和PVP-K30为载体，采用溶剂-熔融法和溶剂法制备嘧草醚固体分散体，发现嘧草醚固体分散体可以显著提高其溶出度，其中以PVP-K30的增溶效果最佳，载药质量比为1∶6时，嘧草醚的体外溶出效果最好，约是原药溶出率的2.9倍。嘧草醚固体分散体通过FT-IR、XRD、SEM等进行表征，表明药物以无定形态分散在固体分散体中，从而增加药物溶解度。除草活性测试表明，药后7、15 d，嘧草醚固体分散体活性高于嘧草醚可湿性粉剂，具有再开发的潜力。载体PVP-K30经常被用来做食品澄清剂和稳定剂，也用来做药物制剂的辅料，其绿色环保，符合目前我国绿色发展要求。