一种氨基封端的聚乙二醇修饰的纳米肥药制剂的制备方法

本发明属于农用化学品，涉及一种氨基封端的聚乙二醇修饰的纳米肥药制剂的制备方法。

背景技术：

1、农业生产事关最基本的国计民生。农药在农业领域扮演着不可或缺的角色。传统的农药由于其生物活性差、沉积性差、分散性差、降解缓慢等缺点导致传统农药的有效利用率很低，90％以上的农药残留于农产品或者排到周围环境中，从而给周围的地下水和土壤带来污染，并且其施用会对农作物生长产生不利影响。丙硫菌唑(ptc)是一种用于防治多种作物真菌病害的常用农药。sinuo tian等2019年发表在environmental pollution期刊上的toxic effects on zebrafish embryos(danio rerio)caused by prothioconazole指出传统的ptc制剂存在药效发挥不稳定、残留问题和环境污染等问题。因此，提高ptc的有效性和安全性十分重要，而研究发现纳米技术被认为是解决此问题的可行性技术。

2、目前开发的普通纳米农药制剂载体，如金属氧化物纳米颗粒、脂质纳米颗粒和玉米醇溶蛋白等，存在着缺乏目标性和缓释效果难以控制等缺点。此外，纳米颗粒的固聚或沉积也可能降低其稳定性和分散性，从而降低其杀菌效果。因此，我们需要选择合适的纳米载体，并对其表面进行一定的修饰，使其不仅在水中有良好的分散性并保护ptc免受光降解，而且可以作为植物的叶面肥促进植物生长，从而成为一种出色的纳米肥药制剂。

3、本发明利用氨基封端的聚乙二醇进行改性了纳米载体介孔二氧化硅(msin)负载ptc，成功开发了一种纳米肥药制剂。这种改性纳米载体具有高负载和持续释放性能。该制剂通过氨基封端的聚乙二醇修饰实现了在弱酸性(ph＝5,与植物叶面细胞在水分平衡条件下的ph相近)下的响应释放，利用末端的氨基官能团与植物叶面的靶向细胞进行结合，实现ptc的高保留能力。同时氨基封端的聚乙二醇修饰使其实现了在水中的良好稳定性和分散性，并且表现出高生物相容性和低非目标生物毒性。改性后的msin载体有效逃脱蛋白质的吸附增加其在植株中的传输性能，作为叶面硅肥随植物生长内化代谢，降低对土壤和水源的潜在影响，更符合可持续农业的要求。通过优化工艺，提高生产效率和降低成本，该纳米肥药制剂具备广泛应用的可行性，巩固在环保、高效农业领域的领先地位。

技术实现思路

1、本发明提供了一种具有高效、环保、高靶向投放和ph控释效果的纳米肥药制剂及其制备方法。该纳米肥药制剂包括肥药载体和肥药活性成分。为了克服现有技术的不足，本发明采用了氨基封端的聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅纳米颗粒(msin-peg-nh2)作为肥药载体，并将其进行负载活性成分ptc得到一种氨基封端的聚乙二醇修饰的纳米肥药制剂。

2、本发明的技术方案：

3、一种氨基封端的聚乙二醇修饰的纳米肥药制剂，该氨基封端的聚乙二醇修饰的纳米肥药制剂以一种氨基封端的聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅纳米颗粒作为肥药载体负载活性成分为任意液体制剂的肥药化学品制备而成。其中，所述的聚乙二醇修饰(peg)使得纳米载体具有出色的生物相容性、低毒性、ph响应行为和在亲水性叶子上具有更高的保留率等优异性能。所述氨基封端的二氧化硅纳米颗粒载体，可以通过末端的氨基官能团与植物叶面的靶向细胞结合，实现肥药的高效保留和缓释功能。所述的介孔的作用是其大大提高了纳米颗粒的表面积，并且具有孔隙截留能力，提高了纳米颗粒对液体制剂的肥药化学品的负载量。所述的介孔二氧化硅纳米颗粒(msin)可以随着植物生长被植物内化代谢，作为硅肥提升植物细胞壁的坚韧性和提高植物的光合效率，更符合可持续农业的要求。

4、一种氨基封端的聚乙二醇修饰的纳米肥药制剂的制备方法，包括以下步骤：

5、通过高速离心分离得到的羧基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子(msin-cooh)，用乙醇洗涤3～5次，然后真空干燥8～12h；将msin-cooh纳米粒子分散在ph为7.0～7.4的tris缓冲溶液中，然后加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐(edc)和n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)来活化msin-cooh纳米粒子上的羧基，活化1～1.5h；将双端氨基的聚乙二醇(nh2-peg-nh2)溶于ph7.0～7.4的tris缓冲溶液中后，逐滴缓慢加入被活化的msin-cooh反应体系中，室温搅拌反应8～15h，离心，用去离子水洗涤3～6次，分散于水中保存，得到氨基封端的聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅纳米颗粒(msin-peg-nh2)纳米粒子；

6、优选地，所述的负载方法包括以下步骤：将msin-peg-nh2纳米粒子投放至离心管中，随后加入二氯甲烷，得到10mg/ml～50mg/ml的纳米粒子分散液，并进行10～40分钟超声处理，确保纳米颗粒悬浮液均匀分散。接着将ptc加入纳米粒子分散液中，进行10～15h磁力搅拌。离心后获得一种氨基封端的聚乙二醇修饰的纳米肥药制剂(ptc@msin-peg-nh2)，并使用甲醇溶液多次洗涤以确保有效去除游离ptc。

7、优选地，所述msin-cooh的制备参考了现有文献(you liang等2020年发表在journal of hazardous materials期刊上题目为fabrication of smart stimuli-responsive mesoporous organosilicananovehicles for targeted pesticidedelivery)中的方法合成。

8、优选地，所述的nh2-peg-nh2的制备方法包括以下步骤：取peg溶解于有机溶剂中，加入三乙胺，然后在氮气保护气氛下缓慢加入sobr2。将反应混合物在80～90℃下搅拌反应2～3.5h，并对有机溶剂层使用无水硫酸钠干燥，经过滤和减压蒸馏去除有机溶剂后得到br-peg-br。接下来，将br-peg-br置于高压釜中，在通风橱下注入气态氨至内部压力达到5.0～8.5mpa，然后将高压釜放入预热至130～150℃的炉中在此温度下反应6～12h。反应完成后，将高压釜冷却至室温，反应后利用40～110ml甲苯多次萃取，将反应物转移至分离漏斗中进行分层，收集甲苯层，并使用无水硫酸钠干燥。最后，过滤去除无水硫酸钠，减压蒸馏去除甲苯，即可得到nh2-peg-nh2(黄色固体粉末，低温真空干燥保存)；

9、优选地，所述nh2-peg-nh2与msin-cooh的质量比为(1.2～2.5):1，msin-cooh、edc与nhs的质量比为(0.8～2):1:1；

10、优选地，所述的有机溶剂为甲苯、二甲基甲酰胺、二氯甲烷；

11、优选地，所述peg的分子量为1500～10000；所述peg与sobr2的质量比为1:(2.6～4.8)；peg与三乙胺的质量比为1：(0.7～2)；

12、优选地，所述ptc与msin-peg-nh2的质量比为(1～5):1。

13、本发明的有益效果：一种氨基封端的聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅负载ptc的纳米肥药制剂，由上述方法制备得到。其中，所述的聚乙二醇修饰(peg)使得纳米载体具有出色的生物相容性、低毒性、ph响应行为和在亲水性叶子上具有更高的保留率等优异性能；所述氨基封端的聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅纳米颗粒载体，可以通过末端的氨基官能团与植物叶面的靶向细胞结合，实现肥药的高效保留和缓释功能；所述的ptc是一种广谱的杀菌剂，常用于防治多种作物的真菌病害；所述的介孔的作用是其大大提高了纳米颗粒的表面积，并且具有孔隙截留能力，提高了纳米颗粒对液体制剂的肥药化学品的负载量；所述的氨基封端的聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅可以增加在植物中纳米颗粒的传输能力，并且可以随着植物生长被植物内化代谢，作为硅肥提升植物细胞壁的坚韧性和提高植物的光合效率，更符合可持续农业的要求。