海藻酸钠-羧甲基壳聚糖水凝胶颗粒的制备及其对多杀菌素抗光解与控释性能研究

为解决生物农药多杀菌素(Spinosad)易光解、持效期短的问题，青岛农业大学化学与药学院团队开发了基于天然聚合物(海藻酸钠/羧甲基壳聚糖)的pH/温度双响应控释水凝胶颗粒。该制剂封装效率达91.5%，光降解率降低50%以上，在鳞翅目害虫肠道碱性环境(pH 8.0-10.0)中可实现靶向释放，为可持续害虫防控提供了新策略。

　　

在农业生产中，生物农药因其环境友好特性备受青睐，但光稳定性差这一"阿喀琉斯之踵"严重制约其田间应用。以微生物源杀虫剂多杀菌素(Spinosad)为例，其阳光半衰期仅1.6天，频繁施药不仅增加成本，更可能导致害虫产生抗药性。如何构建既能屏蔽紫外线又能智能释放的递送系统，成为农业领域亟待突破的技术瓶颈。

青岛农业大学化学与药学院的Hong-Guang Zhang（张洪光）团队在《Reactive and Functional Polymers》发表研究，创新性地选择两种天然高分子——海藻酸钠(Sodium alginate, SA)和羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl chitosan, CMCS)作为载体，通过离子交联法制备具有核壳结构的水凝胶颗粒。这种设计巧妙利用了SA的pH响应特性和CMCS的温敏特性，使颗粒在土壤中性环境中保持稳定，而在鳞翅目害虫碱性肠道中快速崩解释药。

研究采用SEM（扫描电镜）、FT-IR（傅里叶变换红外光谱）、TGA（热重分析）和DSC（差示扫描量热法）等技术证实，多杀菌素通过物理吸附而非化学键合方式负载于水凝胶网络。特别值得关注的是，该载药系统展现出"智能门控"特性：在25°C中性环境(pH 7.0)中，72小时累积释放率仅38.5%；当环境变为40°C碱性条件(pH 10.0)时，释放率骤增至82.3%，完美匹配鳞翅目害虫中肠的生理特征。光稳定性测试显示，载药颗粒使多杀菌素的半衰期延长2.3倍，这归功于水凝胶网络对紫外线的散射吸收作用。

通过Ritger-Peppas模型分析，研究人员发现药物释放遵循Fickian扩散机制（释放指数n=0.33），表明水凝胶的三维网络结构有效延缓了药物分子扩散。溶胀实验进一步揭示，颗粒在pH 2.0-6.0范围内溶胀度不足20%，而在pH 8.0-10.0时可达320%，这种"开关式"响应源于羧基在碱性环境中的去质子化作用。

该研究突破性地实现了三个技术目标：首先，91.5%的封装效率和22.3%的载药量解决了生物农药负载率低的难题；其次，光降解抑制率超50%显著延长了药效持续时间；最重要的是，pH/温度双响应释放特性使农药能在目标害虫体内精准释放，减少对非靶标生物的影响。这种以天然多糖为基材的控释系统，不仅成本低廉、可生物降解，其制备工艺还可扩展至其他光敏感型农药，为绿色农业提供了新的技术范式。

研究团队在讨论中指出，未来可通过引入纳米黏土等无机材料进一步增强紫外线阻隔效果，或通过接枝疏水基团调节释放动力学。这项成果标志着我国在智能农药递送系统领域取得重要进展，为减少化学农药使用、推动农业可持续发展提供了创新解决方案。