吴建鸿 陈露芸 陈涛 吴艳梅 闫华

摘      要： 开发了“海泥基农药缓释剂的制备与缓释性能”的开放性创新实验。通过SEM、接触角、N2吸脱附等方法对海泥进行表征，测定模型药物上载量和缓释曲线，并通过释放动力学模型探讨缓释机理。该实验的开设有利于培养学生创新意识和创新能力。

关  键  词：开放性实验;海泥;缓释

中图分类号：G64;O6      文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）09-2013-04

Abstract： An open innovation experiment "Preparation and sustained-release performance of sea mud-based pesticide sustained release agent" was exploited. The sea mud was characterized by SEM， contact angle， N2 adsorption and desorption methods. The model drug loading capacity and sustained-release curves were measured， and the release mechanism was discussed by the release kinetics model. This experiment is beneficial to cultivating students' innovative consciousness and innovative ability.

Key words： Open experiment; Sea mud; Sustained-release

开放性创新实验是在教师的指导下，以学生为中心，能发挥学生的主观能动性的教学实验。开放性创新实验与基础性实验比较，更具有新颖性、探究性，对于培养创新性人才具有重要的作用。

近些年，人们开发了海泥砖、海泥陶粒、以及海泥面膜美容护肤产品等。现代研究表明，海泥含有丰富的无机矿物质、胶体成分、海洋特有的有机质和微生物，海泥提取液具有抑菌和抗氧化活性[1-3]。海泥发电技术的成功可望为海底监测仪器提供的长期电源供应，解决海洋开发仪器中电源供给的瓶颈问题[4]。这些研究结果暗示了海泥可能是潜在的巨大资源宝库，等待人们去开发利用。

农药缓释剂可以有效提高农药利用率，降低农药对环境的污染，而受到广泛关注[5，6]。该实验项目利用滩涂海泥为农药载体，通过吸附制备农药缓释剂并测定释放性能。通过该实验项目教学，培养学生的创新意识和创新能力，同时让学生了解滩涂海泥利用现状和农药减施增效的意义，引导学生关注资源、环境等人类面临的问题。

1  实验原理

吸附性固体缓释剂是将药物吸附于固体载体表面，而后通过解吸、扩散达到缓慢释放的一种农药剂型[7，8]。药物上载量（LC）是指单位质量的固体载体上载药物的量，计算公式为：

载药率（LR）是指单位质量的缓释剂所含有药物的量，计算公式为：

药物释放率为解吸释放出的药物占缓释剂所含药物的百分比，计算类似于文献报道的公式[9]：

药物释放的Korsmeyer-Peppas模型：

2  实验内容

2.1  样品采集和处理

海泥采自台州湾滩涂，湿海泥在120 oC温度下进行烘干，然后在研钵中研磨，并用200目的标准筛筛分出去大的颗粒，最后封装在样品瓶中备用。

2.2  样品的表征

样品表面喷金后，用S-4800 扫描电子显微镜（日本日立公司）进行形貌观察。用视频光学接触角测量仪测定水在固体薄片上的接触角。用ASAP2020比表面及孔隙分析仪，通过N2在77 K条件下等温吸脱附曲线，测定样品的BET比表面积和孔径分布。

2.3  药物上载

由于有机染料对紫外-可见光具有吸收特性，根据吸光度可以方便测定浓度，因此，它们常被选作模型药物[10，11]。另外从经济和实验室绿色化考虑，有机染料作为模型药物来替代有毒有害较贵的真实农药也是适宜的。本实验选用亚甲基蓝为模型药物。称取0.50 g海泥干粉，投放到盛有50 mL一定浓度的亚甲基蓝溶液的碘量瓶中，并放置到恒温振动器中震荡24 h，离心分离，得到载药海泥固体，放入真空干燥箱内干燥。通过测定亚甲基蓝溶液在665 nm处的吸光度，根据工作曲线c（μM）=0.007 4+0.815 84A，R=0.999来计算上载前后溶液的浓度c0和c，并根据公式（1）和（2）分别计算AC和LR。

2.4  药物释放曲线测定

载药海泥的缓释性能参照文献[9，12]来测定。称取0.050 g载药海泥，装到透析袋中，并置于不同pH值的50 mL体积分数50%的乙醇水溶液中，间隔一定时间，移取2 mL样品液，稀释到一定浓度后测定吸光度，同时补加2 mL体积分数50%的乙醇水溶液。根据公式（3）测定药物累积释放率Q，并绘制释放曲线。

3  结果与讨论

3.1  SEM

从海泥的SEM图（图1）可知，海泥颗粒粒径从几微米到20～30 μm，并且颗粒是由一個个薄片堆积而成，形成较大的缝隙，颗粒表面比较粗糙。

3.2  水在海泥表面的接触角

药物载体表面的亲疏水性会影响到药物的上载、药剂颗粒的分散性、以及药剂与植物叶片的粘附性。药物载体表面的亲疏水性可以通过接触角的大小来衡量。通常情况下，水在固体表面的接触角θ（图2）的大小可以用来判断水对固体表面的润湿性。

當θ>90o时，水对固体表面不润湿;当θ<90o时，水对固体表面润湿。当θ=0或180o时，则完全润湿。因此，水对固体表面的接触角的大小反映了固体表面的亲疏水性。水的接触角越小，固体表面的亲水性越好。水在原始海泥表面的接触角θ=11.2o，远小于90o;水在海泥表面的接触角较小，说明它们是亲水性的表面。

3.3  N2吸脱附

根据IUPAC对N2吸脱附曲线类型的分类[13]，海泥的N2吸脱附曲线（图3a）基本属于II型，并且带有H3的滞后环，这类滞后环通常是由片状颗粒非刚性聚集造成的。孔径分布图（图3b）显示，海泥中存存在孔径约3 nm的介孔和20～80 nm的大孔。这些大孔由一个个矿物薄片堆积而成，并被SEM图像证实。BET比表面分析结果（表1）显示海泥的比表面积和BJH吸附孔体积分别为20.9 m2/g和0.053 cm3/g。

3.4  模型药物上载与释放曲线

由表1可知，滩涂海泥对模型药物亚甲基蓝的上载量为33.8 mg/g，上载率为3.3%。图4（a）为不同pH下，模型药物的释放曲线，整个释放曲线包含“突释”区（t≤7 h）和“缓释”区（t>7 h）两个部分。经过7 h“突释”，模型药物的累积释放率最多为1%（pH=7.4），之后进入缓释区。pH在近中性条件下，模型药物较快的释放，在偏碱性或酸性条件下释放相对较慢。经过10 d，在近中性（pH=7.4）或碱性（pH=9.0）条件下，累积释放率约为2.0%，在酸性（pH=5.0）条件下累积释放率约为1.8%。

为了进一步探讨模型药物的释放机理，采用Korsmeyer-Peppas模型对模型药物释放数据进行线性拟合（图4b），拟合参数如表2所示。线性相关系数R2大于0.9，说明较好的相关性。扩散指数n<0.5，说明模型药物释放机理为Fick扩散[14，15]。

4  结束语

该开放性创新实验，选题较为新颖，不仅关注资源与环境等问题，而且具有浙江地方特色。实验用到SEM、接触角、N2吸脱附、紫外-可见分光光度计等多种表征手段，综合性较强。通过该实验的训练，不仅可以加强学生对相关知识和理论的理解，而且可以培养学生查阅文献资料、数据处理、分析问题和解决问题能力，提升学生的创新意识和创新能力。

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