다양한 입자 크기의 Avermectin 나노 전달 시스템의 제조, 특성화 및 생물학적 활성

실험

자료

PLA 및 Av는 각각 Nature Works 및 Qilu Pharmaceutical Co., Ltd.(Inner Mongolia, P. R. China)에서 제공했습니다. 폴리비닐 알코올(PVA), 평균 M_w으로 가수분해된 87–90% 30,000-70,000 중 Sigma-Aldrich Shanghai Trading Co., Ltd.(중화인민공화국 상하이)에서 구매했습니다. 젤라틴은 Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.(중화인민공화국 베이징)에서 구입했습니다. 투석막은 Beijing Tianan Technology Co., Ltd.(중화인민공화국)에서 구입했습니다. 다른 화학 시약은 분석 등급이었고 Beijing Chemical Works(중국 베이징)에서 구입했습니다. 모든 실험에 사용된 물은 Milli-Q 등급(18.2 MΩ cm, TOC ≤ 4 ppb)이며 Milli-Q Advantage A10 시스템(Millipore, Milford, MA, USA)에서 얻었습니다.

Avermectin 나노 전달 시스템의 준비

Av 나노 전달 시스템은 초음파 및 전단 물리적 유화 공정과 결합된 수중유(O/W) 에멀젼 방법을 통해 준비되었습니다. 간단히 말해서, PLA 및 Av는 유상으로서 메틸렌 클로라이드에 용해되었다. 수상의 경우 젤라틴을 40°C의 물에 녹인 다음 PVA 수용액과 혼합했습니다. 그 후, 고전단 유화(FA25, FLUKO, Ruhr-gebiet, Germany) 하에서 다량의 수상에 유상을 천천히 적하하여 거친 에멀젼을 제조하였다. 그런 다음 거친 에멀젼은 초음파 유화에 의해 균일하게 분산되었습니다(JY 92-IIN, SCIENTZ, Ningbo, 중화인민공화국). 그런 다음 균일한 에멀젼을 밤새 자기 교반 하에 고형화시켰다(RW20, IKA, Staufen, Germany). 경화된 Av 나노 전달 시스템을 원심분리를 통해 수집하고 탈이온수로 3회 세척했습니다. 생성물을 원심분리에 의해 수집한 다음 동결건조(FD-81, EYELA, Tokyo, Japan)하여 자유 유동성 분말을 수득하였다. 건조된 분말은 사용할 때까지 4°C에서 보관되었습니다.

나노 전달 시스템의 특성

각 Av 나노 전달 시스템의 형태는 5kV의 가속 전압으로 주사 전자 현미경(SEM, JSM-6700 F, JEOL Ltd., Akishima-shi, Japan)으로 조사되었습니다. SEM 샘플을 실리콘 슬라이스 표면에 적가했습니다. 액적을 실온에서 건조시킨 후 SEM 관찰 중 대전을 방지하기 위해 스퍼터 코터(EM ACE600, Leica, Vienna, Austria)를 사용하여 백금의 얇은 층으로 코팅하였다. Av 나노 전달 시스템의 입자 크기는 zetasizer(Zetasizer NanoZS90; Malvern, Worcestershire, UK)를 사용하여 레이저 산란에 의해 25°C에서 측정되었습니다.

나노 전달 시스템에서 Avermectin 부하 측정

나노 전달 시스템에서 Av의 양은 자외선 가시광선(UV-vis) 분광 광도계(TU901, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 사용하여 245nm의 파장에서 측정되었습니다. 구체적으로, Av가 로딩된 시편을 칭량하여 밤새 클로로포름에 용해시킨 후 감압증류하여 용액을 건조시켰다. 그 다음 메탄올을 첨가하여 건조된 침전물로부터 Av를 용해시켰다. 마지막으로 혼합물을 여과하여 투명한 용액을 얻었으며 이를 UV-vis 분광광도법으로 분석했습니다.

나노 전달 시스템에서 Avermectin의 통제된 방출

다양한 크기의 나노 전달 시스템에서 Av의 방출 프로파일은 다음과 같이 조사되었습니다. 각 크기의 Av 나노 전달 샘플은 10mL의 에탄올/물 혼합물(1:1, v /v ). 그런 다음 현탁액을 투석 백으로 옮기고 90mL의 에탄올/물 혼합물(1:1, v /v ) 방출 매체로 사용됩니다. 플라스크를 실온에서 300rpm으로 배양기 진탕기에서 배양했습니다. 정해진 시간 간격 후 5.0mL의 용액을 제거하고 5.0mL의 새로운 용매로 교체했습니다. 나노 전달 샘플로부터 Av의 방출 속도는 방출 매질에 용해된 Av의 농도를 다른 간격으로 측정하여 계산하고, 이를 서방성 평가에 사용하였다. Av의 농도는 245nm의 파장에서 UV-vis 분광광도계를 사용하여 측정되었습니다. 기술 아바멕틴(TC, 기술 등급 활성 성분)을 대조군으로 사용했습니다.

나노 전달 시스템에서 Avermectin의 광분해 거동

나노 전달 시스템에서 Av의 광분해 거동은 상용 Av WDG를 대조군으로 사용하여 평가되었습니다. 샘플을 메탄올/물(1:1, v /v )를 균일하게 배양접시에 나누어 365nm 파장에서 최대 세기를 갖는 UV 램프(500W) 하에서 25°C에서 원하는 시간 동안 시료를 조사하였다. 지정된 시간 간격(12, 24, 36, 48, 60, 72시간)에서 배양 접시를 반응기에서 꺼내고 샘플의 Av 농도를 분석했습니다.

안정성 테스트

Av 나노 전달 시스템의 안정성은 CIPAC MT 46 및 GB/T 19136-2003에 따라 테스트되었습니다. 샘플을 유리관에 포장하고 0 ± 2 °C에서 7일, 54 ± 2 °C에서 14일 동안 보관했습니다. 그런 다음 나노 전달 시스템에서 Av 양의 변화를 연구했습니다.

생물학적 분석

다양한 크기의 Av 나노 전달 시스템의 생물학적 분석은 잎 침지 방법을 사용하여 수행되었습니다. 샘플을 다양한 Av 농도에서 Triton X-100 수용액으로 희석했습니다. 양배추(브라시카 올레라시아 L.) 잎을 희석된 Av 현탁액에 담그고 실온에서 건조시키고 페트리 접시에 부착하였다. 진딧물 유충을 각 접시에 도입하고 처리된 진딧물을 25°C 및 75% 상대습도의 인큐베이터에서 배양하였다. 대조 테스트와 비교하기 위해 4번의 복제를 수행했습니다. 사망률은 치료 후 48시간에 평가되었습니다. 농도 사망률 데이터는 DPS v12.01 통계 소프트웨어를 사용하여 분석되었습니다. 치사 농도 중앙값(LC₅₀ ) 및 95% 신뢰 한계가 계산되었습니다. 상업용 WDG를 대조군으로 사용했습니다.

결과 및 토론

Avermectin 나노 전달 시스템의 구성 및 특성화

Av 나노 전달 시스템은 그림 1에 표시된 절차에 따라 구성되었습니다. 이 과정에서 위에서 언급한 방법에 따라 물과 유상이 준비되었습니다. 유상을 고전단 유화에 의해 수상(수중유형 에멀젼)에 유화시켜 거친 에멀젼을 제조하였다. 코스 에멀젼은 그 다음 초음파 유화에 의해 균일하게 분산되었다. 그 다음 생성된 나노입자의 교반, 증발 및 원심분리가 뒤따랐다. 전달 시스템의 입자 크기는 살충제의 방출 특성과 생물학적 활성에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 그림 2와 같이 합성 매개변수를 제어하여 입자 크기가 344~827nm인 Av 나노 전달 시스템을 구성했습니다. 입자 크기는 살충제의 제어 방출 특성에 대한 중요한 매개변수입니다. Av 나노 전달 시스템의 입자 크기는 PVA/젤라틴 농도 비율을 변경하여 제어할 수 있습니다. 다양한 Av 나노 전달 시스템은 그림 3과 같이 344~827nm 범위의 크기와 33.4~57.5%(33.4, 44.9, 45.2, 57.5%) 범위의 Av 함량으로 준비되었습니다. 모든 Av 제품은 표면 및 구형 입자 형태.

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Av 나노 전달 시스템의 준비를 보여주는 개략도

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SEM 이미지(a –d ) 및 크기 분포(e ) 입자 크기가 다른 Av 나노 전달 시스템

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입자 크기가 다른 Av 나노 전달 시스템의 Av 양

체외 나노 전달 시스템의 아베르멕틴 방출

최근 몇 년 동안 살충제 방출 시스템의 개발은 초기의 느리고 정성적인 방출 시스템과 달리 정확하고 정량적인 방출로 전환되었습니다. 제어 가능한 방출을 달성하기 위해 다양한 입자 크기를 갖는 Av 나노 전달 시스템의 방출 프로파일을 체계적으로 조사했습니다. 그림 4는 동일한 시간 간격 후 입자 크기가 다른 나노 전달 시스템에서 방출되는 Av의 비율을 보여줍니다. 기술 Av는 출시 속도가 빠르며 25시간 후에 거의 완전히 출시되었습니다. 농약 지속 유효 기간은 장기간에 걸쳐 약효를 유지하기 위해 농약의 지속 방출이 필요합니다. 기술적 인 abamectin의 버스트 방출과 비교하여 준비된 모든 나노 전달 시스템은 상대적으로 느린 속도로 Av를 방출하고 더 긴 기간 동안 서방성을 유지했습니다. 나노 전달 시스템의 Av 방출 프로파일은 폭발적인 방출과 실험의 240시간 프레임에 걸친 점진적인 방출로 구성되었습니다. 전달 시스템 크기가 827nm에서 344nm로 감소함에 따라 누적 방출은 240시간 후 53.2%에서 79.4%로 증가했습니다. 결과는 나노 전달 시스템으로부터의 Av 방출 속도가 입자 크기가 감소함에 따라 점진적으로 증가함을 나타내었다. 이는 나노 전달 시스템의 껍질에 있는 살충제의 침투 및 유출을 도우면서 주변에 노출되는 더 높은 표면적 때문이었습니다. 결과는 나노 전달 시스템으로부터의 Av 방출 속도가 입자 크기를 수정함으로써 효과적으로 제어될 수 있음을 보여주었다.

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에탄올/물에서 입자 크기가 다른 Av 나노 전달 시스템의 방출 거동(50:50, v /v ) 200시간 이상

생물학적 활동

진딧물에 대한 다양한 입자 크기의 나노 전달 시스템에서 방출된 Av의 생물학적 활성은 그림 5에 나와 있습니다. LC₅₀ Av 나노 전달 시스템의 입자 크기가 감소함에 따라 점차적으로 감소했습니다. 나노 에멀젼의 생체 이용률은 입자 크기가 작고 표면 대 부피 비율이 높기 때문에 기존 에멀젼보다 높은 것으로 보고되었습니다. 따라서 입자 크기가 작은 Av 나노 전달 시스템의 높은 생물학적 활성은 소규모 효과로 인한 분산성, 습윤성 및 머무름의 증가에 기인합니다. 모든 Av 나노 전달 시스템은 더 낮은 LC₅₀를 가졌습니다. 상업적인 Av WDG보다 가치와 더 높은 활동. 높은 효능은 농작물 표면에 Av 농약의 부착 및 침투를 강화하는 나노 크기의 입자로 인해 발생했으며, 이는 분무 중 누출로 인한 농약 손실을 줄였습니다.

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입자 크기가 다른 Av 나노 전달 시스템의 생물학적 분석 결과

나노 전달 시스템에서 Avermectin의 자외선 차단 특성

나노 전달 시스템에서 Av의 UV 차단 특성을 확인하기 위해 인공 조사를 통해 Av의 광분해 속도를 추정했습니다. 조사 시간에 따른 Av의 광분해 속도 분석은 그림 6에 나와 있습니다. abamectin의 광분해 비율은 48시간 후 나노 전달 시스템의 경우 18.7%, 상업용 Av WDG의 경우 46.7%였습니다. 72시간 후 아바멕틴의 광분해 비율은 나노 전달 시스템의 경우 25.6%, 상업용 Av WDG의 경우 51.5%였습니다. 이러한 결과는 나노 전달 시스템이 벽 캐리어의 보호 효과 때문에 Av의 억제된 광분해를 나타냄을 보여주었다.

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UV 조사에서 상용 WDG 및 나노 전달 시스템과 Av 광분해 비율 비교

저장 안정성

입자 크기가 다른 Av 나노 전달 시스템의 안정성은 0, 25, 54°C 온도에서 로딩 함량을 측정하여 평가했습니다. 그림 7은 나노 전달 시스템이 실온 및 저온에서 보관하는 동안 Av 로딩에 큰 변화 없이 안정적으로 유지되었음을 보여줍니다. 고온에서 Av의 저하로 인해 54°C에서 14일 후에 Av의 작은 손실이 관찰되었습니다. 이러한 결과는 Av 나노 전달 시스템이 우수한 저장 안정성을 가짐을 보여주었다.

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다양한 보관 온도에서 Av 나노 전달 시스템의 안정성

결론

Av의 제어 방출, 화학적 안정성 및 생체 활성을 향상시키기 위해 유화 중합 방법을 사용하여 평균 입자 크기가 다른 Av 나노 전달 시스템을 합성했습니다. Av 나노 전달 시스템은 일관된 방출 거동을 보였다. 나노 전달 시스템으로부터의 Av 방출 속도는 더 높은 표면적 때문에 입자 크기가 감소함에 따라 점차 증가했습니다. Av 나노 전달 시스템의 생물학적 활성은 향상된 접착력과 침투력으로 인해 입자 크기가 감소함에 따라 점차 증가했습니다. Av 나노 전달 시스템은 우수한 광분해 방지 특성과 안정성을 보였다. 전달 시스템은 환경 민감성, 바람직하지 않은 토양 흡착 및 짧은 활동 기간과 같은 현재 생물농약의 단점을 극복합니다. 이렇게 하면 살충제 효능이 향상되고 필요한 살포 빈도가 줄어듭니다.

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