介孔二氧化硅基魚藤酮納米顆粒的制備、性能及應(yīng)用探究

介孔二氧化硅基魚藤酮納米顆粒的制備、性能及應(yīng)用探究一、引言1.1研究背景與意義在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)藥的使用對(duì)保障糧食安全、提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量發(fā)揮了不可或缺的作用。然而，傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型存在諸多弊端，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。從使用效果來看，乳油、可濕性粉劑等傳統(tǒng)劑型載藥粒子較大，分散性能不佳。在噴施過程中，藥滴容易滾落，粉塵易飄移，再加上雨水沖刷等因素，使得大量農(nóng)藥流失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)藥平均利用率不到40.0%，這不僅造成了資源的浪費(fèi)，還導(dǎo)致為了達(dá)到防治效果而頻繁使用農(nóng)藥。頻繁使用農(nóng)藥又進(jìn)一步引發(fā)了一系列嚴(yán)峻的問題，如農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)，威脅人體健康，以及對(duì)土壤、水體、大氣等生態(tài)環(huán)境造成污染，破壞生態(tài)平衡。此外，長(zhǎng)期使用傳統(tǒng)農(nóng)藥還容易使害蟲產(chǎn)生抗藥性，降低農(nóng)藥的防治效果，形成惡性循環(huán)。隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，納米農(nóng)藥應(yīng)運(yùn)而生，為解決傳統(tǒng)農(nóng)藥的困境帶來了新的契機(jī)。納米農(nóng)藥是利用納米材料與制備技術(shù)，將農(nóng)藥有效成分加工成納米級(jí)產(chǎn)品。其獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)等，賦予了納米農(nóng)藥諸多優(yōu)勢(shì)。從提高農(nóng)藥利用率角度來看，納米級(jí)的農(nóng)藥粒子尺寸小，小尺寸效應(yīng)使得其在葉面上的黏附性增強(qiáng)，減少了農(nóng)藥脫落，從而提高了農(nóng)藥在作用靶標(biāo)面的滲透性和黏附力。利用納米材料負(fù)載農(nóng)藥粒子，還可根據(jù)作物防治的時(shí)效特性等需求，通過微囊化技術(shù)實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放，延長(zhǎng)持效期，減少農(nóng)藥的施用次數(shù)，避免了農(nóng)藥濫用引發(fā)的食品安全問題。納米技術(shù)能夠改善難溶藥物的水溶性與分散性，減少農(nóng)藥制劑中苯、甲苯、二甲苯等有害有機(jī)溶劑的使用量，降低對(duì)環(huán)境的污染。納米農(nóng)藥在有害生物防治領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力，已成為農(nóng)藥研發(fā)的熱點(diǎn)方向。魚藤酮作為一種生物源殺蟲劑，對(duì)薊馬、蚜蟲和菜青蟲等多種蔬菜害蟲具有良好的殺蟲活性。其作用機(jī)制獨(dú)特，主要是通過抑制昆蟲體內(nèi)的呼吸代謝過程，干擾電子傳遞鏈，從而使害蟲因能量供應(yīng)受阻而死亡。與化學(xué)合成農(nóng)藥相比，魚藤酮具有對(duì)環(huán)境相對(duì)友好、對(duì)非靶標(biāo)生物毒性較低等優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。魚藤酮在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)。它在環(huán)境中穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生光解和水解反應(yīng)，導(dǎo)致持效期縮短，難以長(zhǎng)時(shí)間維持對(duì)害蟲的防治效果。在施用后，魚藤酮只有少量能夠進(jìn)入植物體內(nèi)，大部分停留在植物表面，這使得其利用率和防治效果大打折扣，限制了魚藤酮的廣泛應(yīng)用。介孔二氧化硅作為一種新型的納米材料，具有諸多優(yōu)異的特性，使其成為負(fù)載魚藤酮制備納米農(nóng)藥的理想載體。介孔二氧化硅具有規(guī)則有序的介孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小在2-50nm之間，這種介孔結(jié)構(gòu)提供了較大的比表面積和孔容，能夠有效地負(fù)載魚藤酮分子，提高載藥率。其表面富含硅醇基，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可通過表面修飾等手段改善魚藤酮的溶解性和分散性，增強(qiáng)其在環(huán)境中的穩(wěn)定性。介孔二氧化硅還具有良好的生物相容性，對(duì)植物和環(huán)境無毒害作用，不會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成負(fù)面影響。將魚藤酮負(fù)載到介孔二氧化硅上制備成納米顆粒，有望充分發(fā)揮介孔二氧化硅的優(yōu)勢(shì)，解決魚藤酮在應(yīng)用中存在的問題。通過納米載體的保護(hù)作用，可減緩魚藤酮的降解速度，延長(zhǎng)其持效期；增強(qiáng)魚藤酮在植物體內(nèi)的吸收和傳導(dǎo)能力，提高其利用率和防治效果，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的減量控害，推動(dòng)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。因此，制備介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮的納米顆粒具有重要的研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮納米顆粒在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞其制備方法、性能研究和應(yīng)用領(lǐng)域展開了廣泛而深入的探索，取得了一系列有價(jià)值的成果。在制備方法方面，國(guó)內(nèi)外研究人員不斷創(chuàng)新，開發(fā)出多種有效的制備技術(shù)。沈殿晶等采用改良的軟模板法制備出粒徑均一的介孔二氧化硅納米粒子，再通過溶劑揮發(fā)法將魚藤酮負(fù)載到介孔二氧化硅上，成功制備得到基于介孔二氧化硅的魚藤酮納米顆粒，其載藥率達(dá)到31.6%。該方法通過精確控制模板劑和反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)介孔二氧化硅納米粒子粒徑和形貌的精準(zhǔn)調(diào)控，為后續(xù)魚藤酮的負(fù)載提供了良好的載體。郭亞軍等人則利用自模板合成法，先合成實(shí)心介孔二氧化硅納米粒子，再以水為刻蝕劑制備中空介孔二氧化硅納米粒子，然后通過溶劑揮發(fā)法將魚藤酮負(fù)載到中空介孔二氧化硅納米粒子的孔道中，制得Rot@HMSNs。此方法巧妙地利用自模板的特性，簡(jiǎn)化了制備流程，且制備出的中空介孔二氧化硅納米粒子具有較大的比表面積和孔容，有利于提高魚藤酮的載藥率，其載藥率可達(dá)46.7%。朱龍寶通過水熱合成法制備出納米載體介孔二氧化硅，再通過溶劑揮發(fā)法將魚藤酮負(fù)載到介孔二氧化硅上制備得到納米顆粒Rot@MSN，載藥率為33.2%。水熱合成法能夠在相對(duì)溫和的條件下合成高質(zhì)量的介孔二氧化硅，為魚藤酮的負(fù)載提供了穩(wěn)定的載體。在性能研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮納米顆粒的緩釋性能、穩(wěn)定性、殺蟲活性以及在植物體內(nèi)的吸收和傳導(dǎo)特性等。沈殿晶等制備的基于介孔二氧化硅的魚藤酮納米顆粒緩釋時(shí)間可達(dá)288h，同時(shí)提高了魚藤酮的內(nèi)吸性能和傳導(dǎo)能力。通過對(duì)其釋放行為的研究發(fā)現(xiàn)，該納米顆粒的釋放過程符合特定的釋放模型，能夠?qū)崿F(xiàn)魚藤酮的緩慢、持續(xù)釋放，從而延長(zhǎng)其持效期。郭亞軍等人制備的Rot@HMSNs具有良好的釋放特性，釋放模型符合Ritger-Peppas釋放模型，且HMSNs顯著提高了魚藤酮在黃瓜植株中的吸收和傳導(dǎo)能力。研究表明，該納米顆粒在黃瓜植株中的吸收和傳導(dǎo)效率明顯高于傳統(tǒng)魚藤酮制劑，能夠更有效地發(fā)揮殺蟲作用。朱龍寶制備的Rot@MSN具有控制緩釋特性，研究表明所制備的魚藤酮納米顆粒具有良好的緩釋效果，持效期延長(zhǎng)。通過對(duì)其穩(wěn)定性的研究發(fā)現(xiàn)，該納米顆粒在不同環(huán)境條件下均能保持較好的穩(wěn)定性，為其實(shí)際應(yīng)用提供了保障。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮納米顆粒主要應(yīng)用于蔬菜、水果等農(nóng)作物的害蟲防治。在黃瓜種植中，使用中空介孔二氧化硅納米粒子負(fù)載的魚藤酮納米顆粒，能夠有效防治黃瓜上的害蟲，提高黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。該納米顆粒能夠迅速被黃瓜植株吸收并傳導(dǎo)至各個(gè)部位，對(duì)害蟲形成全方位的防治效果。在番茄種植中，基于介孔二氧化硅的魚藤酮納米顆?？捎糜诜乐畏焉系难料x、薊馬等害蟲，減少害蟲對(duì)番茄的危害，降低農(nóng)藥殘留，保障食品安全。該納米顆粒在番茄植株表面具有良好的黏附性和滲透性，能夠更好地發(fā)揮殺蟲作用。盡管國(guó)內(nèi)外在介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮納米顆粒的研究上取得了一定進(jìn)展，但仍存在一些問題亟待解決。部分制備方法存在工藝復(fù)雜、成本較高的問題，限制了其大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用；在性能研究方面，對(duì)于納米顆粒在復(fù)雜環(huán)境中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和生態(tài)安全性研究還不夠深入；在應(yīng)用領(lǐng)域，如何進(jìn)一步提高納米顆粒在不同農(nóng)作物上的適應(yīng)性和防治效果，以及如何優(yōu)化施藥方式和劑量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施藥，仍需進(jìn)一步探索。1.3研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究圍繞介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮納米顆粒展開，具體內(nèi)容如下：制備兩種介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮的納米顆粒：采用軟模板法制備實(shí)心介孔二氧化硅納米粒子（MSNs），通過精確控制模板劑的種類、用量以及反應(yīng)溫度、時(shí)間等條件，如選擇合適的表面活性劑作為模板劑，精準(zhǔn)調(diào)控反應(yīng)體系的酸堿度和溫度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)MSNs粒徑和孔徑的精準(zhǔn)控制，使其具有理想的尺寸和結(jié)構(gòu)。再通過溶劑揮發(fā)法將魚藤酮負(fù)載到MSNs上，得到Rot@MSNs。利用自模板合成法，先合成實(shí)心介孔二氧化硅納米粒子，在此基礎(chǔ)上，以水為刻蝕劑，通過嚴(yán)格控制刻蝕的時(shí)間和溫度，制備中空介孔二氧化硅納米粒子（HMSNs）。同樣采用溶劑揮發(fā)法將魚藤酮負(fù)載到HMSNs的孔道中，制得Rot@HMSNs。在制備過程中，嚴(yán)格控制每一步的反應(yīng)條件，確保納米顆粒的質(zhì)量和性能的穩(wěn)定性。對(duì)兩種納米顆粒進(jìn)行表征與性能研究：運(yùn)用透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）等微觀觀測(cè)技術(shù)，對(duì)Rot@MSNs和Rot@HMSNs的粒徑大小、形貌特征進(jìn)行詳細(xì)觀察和分析，獲取其微觀結(jié)構(gòu)信息。通過氮?dú)馕?脫附等溫線測(cè)試，測(cè)定比表面積、孔容和孔徑等參數(shù)，深入了解其孔結(jié)構(gòu)特性。利用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、X射線光電子能譜（XPS）等分析手段，研究納米顆粒表面的化學(xué)組成和官能團(tuán)，明確魚藤酮與介孔二氧化硅之間的相互作用方式。測(cè)定兩種納米顆粒的載藥率和包封率，通過高效液相色譜（HPLC）等方法，準(zhǔn)確計(jì)算魚藤酮在納米顆粒中的含量以及被包裹的程度。在不同的溫度、濕度和光照條件下，考察納米顆粒的穩(wěn)定性，研究魚藤酮的降解情況，為其實(shí)際應(yīng)用提供穩(wěn)定性數(shù)據(jù)支持。采用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）技術(shù)，測(cè)量納米顆粒在不同介質(zhì)中的粒徑分布和zeta電位，評(píng)估其分散穩(wěn)定性。通過體外釋放實(shí)驗(yàn)，在模擬的土壤、水體等環(huán)境介質(zhì)中，研究Rot@MSNs和Rot@HMSNs的緩釋性能，探討魚藤酮的釋放規(guī)律，分析釋放機(jī)制，為其在實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。研究?jī)煞N納米顆粒的殺蟲活性及在植物體內(nèi)的吸收和傳導(dǎo)特性：以常見的蔬菜害蟲如薊馬、蚜蟲和菜青蟲等為靶標(biāo)害蟲，采用浸葉法、噴霧法等生物測(cè)定方法，測(cè)定Rot@MSNs和Rot@HMSNs對(duì)這些害蟲的致死率、生長(zhǎng)抑制率等指標(biāo)，全面評(píng)估其殺蟲活性，并與傳統(tǒng)魚藤酮制劑進(jìn)行對(duì)比分析，明確納米顆粒在殺蟲效果上的優(yōu)勢(shì)。選擇黃瓜、番茄等典型蔬菜作物，通過根系吸收、葉片噴施等處理方式，運(yùn)用HPLC、質(zhì)譜（MS）等分析技術(shù)，檢測(cè)魚藤酮在植物不同組織器官（根、莖、葉、果實(shí)等）中的含量，研究Rot@MSNs和Rot@HMSNs在植物體內(nèi)的吸收和傳導(dǎo)特性，明確其在植物體內(nèi)的運(yùn)輸途徑和分布規(guī)律。1.3.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1-1所示：首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，包括實(shí)驗(yàn)材料的采購(gòu)，如魚藤酮原藥、介孔二氧化硅制備所需的試劑等，以及實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)試，確保儀器能夠正常運(yùn)行，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供保障。在制備納米顆粒階段，分別采用軟模板法制備Rot@MSNs和自模板合成法制備Rot@HMSNs，嚴(yán)格按照各自的制備工藝進(jìn)行操作，控制好反應(yīng)條件。對(duì)制備得到的納米顆粒進(jìn)行表征與性能研究，利用多種分析測(cè)試技術(shù)，從微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、負(fù)載性能、穩(wěn)定性到緩釋性能等多個(gè)方面進(jìn)行全面分析。接著開展生物活性研究，測(cè)定納米顆粒的殺蟲活性，并研究其在植物體內(nèi)的吸收和傳導(dǎo)特性。最后對(duì)整個(gè)研究過程進(jìn)行總結(jié)分析，撰寫研究報(bào)告，得出研究結(jié)論，為介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮納米顆粒的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考。[此處插入技術(shù)路線圖，圖名為“圖1-1技術(shù)路線圖”，圖中清晰展示從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、納米顆粒制備、表征與性能研究、生物活性研究到總結(jié)分析的整個(gè)研究流程，各步驟之間用箭頭清晰連接，標(biāo)注每個(gè)步驟的關(guān)鍵操作和使用的主要技術(shù)方法]二、介孔二氧化硅及魚藤酮概述2.1介孔二氧化硅納米粒子2.1.1概況介孔二氧化硅納米粒子（MesoporousSilicaNanoparticles，MSNs）是一類具有獨(dú)特介孔結(jié)構(gòu)的納米材料，其孔徑范圍通常在2-50nm之間，介于微孔（孔徑小于2nm）和大孔（孔徑大于50nm）之間，這種特殊的孔徑尺寸賦予了介孔二氧化硅許多優(yōu)異的性能。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，介孔二氧化硅具有高度有序的孔道結(jié)構(gòu)，這些孔道相互連通，形成了一個(gè)三維的網(wǎng)絡(luò)體系。其孔道形狀多樣，常見的有六方相、立方相和蠕蟲狀等，不同的孔道結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有著顯著的影響。例如，六方相的介孔二氧化硅具有高度有序的六方排列孔道，這種結(jié)構(gòu)使得其在吸附和催化等應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的性能。介孔二氧化硅還具有大的比表面積和孔容，比表面積通?？蛇_(dá)到幾百平方米每克甚至更高，孔容也相對(duì)較大，這為其在吸附、負(fù)載等方面的應(yīng)用提供了有利條件。介孔二氧化硅納米粒子的性能優(yōu)勢(shì)使其在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在催化領(lǐng)域，作為催化劑載體，介孔二氧化硅能夠提供高比表面積和均勻的孔道結(jié)構(gòu)，有助于活性組分的分散和反應(yīng)物的擴(kuò)散，從而提高催化劑的活性和選擇性。在吸附分離領(lǐng)域，其大的比表面積和孔容以及可調(diào)控的表面性質(zhì)，使其能夠高效地吸附和分離各類有機(jī)污染物、重金屬離子、氣體等。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，介孔二氧化硅可用作藥物傳輸載體，能夠提高藥物的溶解度和生物利用度，實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放，減少藥物的毒副作用。此外，介孔二氧化硅還在能源、環(huán)境治理、電子信息等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。2.1.2制備方法介孔二氧化硅納米粒子的制備方法多種多樣，其中較為常用的有軟模板法、硬模板法、自模板法等，每種方法都有其獨(dú)特的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。軟模板法：軟模板法是制備介孔二氧化硅納米粒子最常用的方法之一，其原理是利用表面活性劑分子在溶液中形成的膠束作為模板，通過溶膠-凝膠過程，使硅源在膠束周圍聚集并發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，形成二氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后去除模板劑，即可得到具有介孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅納米粒子。在該過程中，表面活性劑分子在溶液中會(huì)自組裝形成各種形狀的膠束，如球形、棒狀、層狀等，這些膠束的形狀和尺寸決定了介孔二氧化硅的孔道結(jié)構(gòu)和孔徑大小。通過選擇不同類型的表面活性劑以及調(diào)整其濃度、溫度等反應(yīng)條件，可以精確地調(diào)控介孔二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性能。軟模板法的優(yōu)點(diǎn)是操作相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠制備出高度有序、孔徑分布均勻的介孔二氧化硅納米粒子，且可通過改變表面活性劑的種類和濃度等條件來靈活調(diào)控介孔結(jié)構(gòu)。該方法也存在一些缺點(diǎn)，如模板劑的去除過程可能會(huì)對(duì)介孔結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，且制備過程中通常需要使用大量的有機(jī)溶劑，成本較高，對(duì)環(huán)境也有一定的影響。在制備MCM-41型介孔二氧化硅時(shí)，常采用陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）作為模板劑，通過軟模板法可以制備出具有高度有序六方孔道結(jié)構(gòu)的MCM-41介孔二氧化硅。硬模板法：硬模板法是以具有介孔結(jié)構(gòu)的材料，如分子篩、陽(yáng)極氧化鋁（AAO）等為模板，將硅源通過浸漬、化學(xué)氣相沉積等方法引入模板的孔道中，然后經(jīng)過熱處理等步驟去除模板，從而得到介孔二氧化硅納米粒子。在以AAO為模板制備介孔二氧化硅時(shí)，首先將硅源溶液填充到AAO的納米孔道中，然后通過加熱等方式使硅源在孔道內(nèi)發(fā)生反應(yīng)并固化，最后去除AAO模板，即可得到與AAO孔道結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的介孔二氧化硅。硬模板法的優(yōu)點(diǎn)是可以精確地復(fù)制模板的孔道結(jié)構(gòu)，制備出的介孔二氧化硅具有高度精確的孔道尺寸和形狀，且能夠制備出一些特殊結(jié)構(gòu)的介孔二氧化硅。硬模板法也存在一些不足之處，如模板的制備過程通常較為復(fù)雜，成本較高，且模板的去除過程可能會(huì)對(duì)介孔結(jié)構(gòu)造成損傷，同時(shí)硬模板法的制備效率相對(duì)較低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。在制備具有高度有序柱狀孔道結(jié)構(gòu)的介孔二氧化硅時(shí)，可采用AAO作為硬模板，通過硬模板法能夠制備出具有精確柱狀孔道結(jié)構(gòu)的介孔二氧化硅，這種介孔二氧化硅在分離和催化等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。自模板法：自模板法是利用反應(yīng)體系中自身產(chǎn)生的物質(zhì)作為模板來制備介孔二氧化硅納米粒子。例如，在一些反應(yīng)體系中，通過控制硅源的水解和縮聚反應(yīng)條件，使硅物種在反應(yīng)過程中自發(fā)地形成具有一定結(jié)構(gòu)的聚集體，這些聚集體可以作為模板，引導(dǎo)介孔二氧化硅的形成。在自模板法制備介孔二氧化硅的過程中，不需要額外添加模板劑，簡(jiǎn)化了制備流程，降低了成本。自模板法還具有制備過程簡(jiǎn)單、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楸苊饬四０鍎┑氖褂煤腿コ^程，減少了對(duì)環(huán)境的影響。自模板法制備的介孔二氧化硅在結(jié)構(gòu)和性能上可能存在一定的局限性，其孔道結(jié)構(gòu)的有序性和可控性相對(duì)較差。通過自模板法制備中空介孔二氧化硅納米粒子時(shí)，先合成實(shí)心介孔二氧化硅納米粒子，然后以水為刻蝕劑，在一定條件下對(duì)實(shí)心介孔二氧化硅進(jìn)行刻蝕，使其內(nèi)部部分硅物種溶解，從而形成中空結(jié)構(gòu)，同時(shí)保留介孔結(jié)構(gòu)。其他方法：除了上述三種主要方法外，還有一些其他的制備方法，如溶膠-凝膠法、蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝法等。溶膠-凝膠法是通過硅源前驅(qū)體，如正硅酸乙酯（TEOS）等在水、酸堿催化劑的作用下發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，形成溶膠，然后經(jīng)過陳化、干燥等過程得到凝膠，最后通過熱處理等方式去除有機(jī)物，得到介孔二氧化硅。該方法具有反應(yīng)條件溫和、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，能夠在較低溫度下制備出高質(zhì)量的介孔二氧化硅。蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝法是通過蒸發(fā)溶劑，使表面活性劑和硅源在溶液表面發(fā)生自組裝，形成有序的介孔結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過固化和模板劑去除等步驟得到介孔二氧化硅。這種方法能夠制備出高度有序的介孔二氧化硅，且可以在大面積的基底上制備介孔薄膜。2.1.3在農(nóng)藥領(lǐng)域的應(yīng)用介孔二氧化硅作為一種性能優(yōu)異的納米材料，在農(nóng)藥領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，為解決傳統(tǒng)農(nóng)藥存在的問題提供了新的途徑。其在農(nóng)藥領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：提高農(nóng)藥穩(wěn)定性：傳統(tǒng)農(nóng)藥在環(huán)境中容易受到光、熱、水等因素的影響而發(fā)生降解，導(dǎo)致藥效降低。介孔二氧化硅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，能夠?yàn)檗r(nóng)藥提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的微環(huán)境，減少農(nóng)藥與外界環(huán)境的直接接觸，從而提高農(nóng)藥的穩(wěn)定性。將農(nóng)藥負(fù)載到介孔二氧化硅的孔道中，介孔結(jié)構(gòu)可以起到物理屏蔽的作用，阻擋光線、水分等對(duì)農(nóng)藥的破壞，減緩農(nóng)藥的降解速度。研究表明，將易光解的農(nóng)藥負(fù)載到介孔二氧化硅上后，其在光照條件下的降解速率明顯降低，有效延長(zhǎng)了農(nóng)藥的持效期?？刂妻r(nóng)藥釋放：介孔二氧化硅的介孔結(jié)構(gòu)可以作為農(nóng)藥的儲(chǔ)存和釋放位點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)介孔的孔徑、孔容以及表面修飾等方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥釋放速率的精確控制。當(dāng)介孔二氧化硅負(fù)載農(nóng)藥后，農(nóng)藥分子被包裹在介孔內(nèi)部，在外界環(huán)境的作用下，農(nóng)藥分子會(huì)通過擴(kuò)散等方式從介孔中緩慢釋放出來。通過在介孔二氧化硅表面修飾一些對(duì)環(huán)境因素敏感的官能團(tuán)，如pH響應(yīng)性基團(tuán)、溫度響應(yīng)性基團(tuán)等，可以使農(nóng)藥在特定的環(huán)境條件下快速釋放，提高農(nóng)藥的利用率。在酸性土壤環(huán)境中，修飾了pH響應(yīng)性基團(tuán)的介孔二氧化硅負(fù)載的農(nóng)藥能夠快速釋放，從而及時(shí)有效地防治病蟲害。增強(qiáng)農(nóng)藥在植物體內(nèi)的吸收和傳導(dǎo)：納米級(jí)的介孔二氧化硅具有良好的生物相容性和小尺寸效應(yīng)，能夠增強(qiáng)農(nóng)藥在植物體內(nèi)的吸收和傳導(dǎo)能力。介孔二氧化硅負(fù)載農(nóng)藥后，其納米尺寸使得農(nóng)藥更容易穿透植物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，進(jìn)入植物體內(nèi)。介孔二氧化硅還可以作為載體，攜帶農(nóng)藥在植物體內(nèi)進(jìn)行運(yùn)輸，提高農(nóng)藥在植物體內(nèi)的分布均勻性。研究發(fā)現(xiàn)，介孔二氧化硅負(fù)載的農(nóng)藥在植物體內(nèi)的吸收量明顯高于傳統(tǒng)農(nóng)藥，且能夠更快地傳導(dǎo)到植物的各個(gè)部位，從而提高了農(nóng)藥的防治效果。應(yīng)用案例：在實(shí)際應(yīng)用中，介孔二氧化硅負(fù)載農(nóng)藥已經(jīng)取得了一些成功的案例。將阿維菌素負(fù)載到介孔二氧化硅上制備成緩釋制劑，該制劑在土壤中的釋放時(shí)間明顯延長(zhǎng)，對(duì)根結(jié)線蟲的防治效果顯著提高。以介孔二氧化硅為載體，制備了吡蟲啉納米顆粒，該納米顆粒在水稻上的應(yīng)用結(jié)果表明，其對(duì)稻飛虱的防治效果優(yōu)于傳統(tǒng)吡蟲啉制劑，且能夠減少農(nóng)藥的使用量。2.2魚藤酮2.2.1來源與理化性質(zhì)魚藤酮（Rotenone），分子式為C_{23}H_{22}O_{6}，分子量394.45，是一種從豆科魚藤屬和醉魚豆屬等植物根皮中提取的天然殺蟲活性物質(zhì)，在一些中草藥如地瓜子、苦檀子、昆明雞血藤根中也含有。其純品呈無色斜方片狀結(jié)晶，熔點(diǎn)為165-166℃，沸點(diǎn)在210℃（0.067kPa）。魚藤酮幾乎不溶于水，易溶于醇、丙酮、氯仿、四氯化碳、乙醚等有機(jī)溶劑。當(dāng)暴露于光和空氣時(shí)，魚藤酮會(huì)發(fā)生分解，在有機(jī)溶劑中的溶液原本無色，暴露于空氣中后，會(huì)被氧化，顏色逐漸從黃色變?yōu)槌壬?，最后變成深紅色，還可沉淀出對(duì)昆蟲有毒的脫氫魚藤酮和魚藤二酮結(jié)晶。2.2.2殺蟲活性及作用機(jī)制魚藤酮具有廣譜的殺蟲活性，對(duì)多種害蟲如蚜蟲、飛虱、黃條跳甲、薊馬、菜青蟲、斜紋夜蛾、甜菜夜蛾、小菜蛾等都具有強(qiáng)烈的觸殺和胃毒作用。其殺蟲作用機(jī)制主要是影響昆蟲的呼吸作用。魚藤酮能夠與害蟲細(xì)胞線粒體中NADH脫氫酶與輔酶Q之間的某一成分發(fā)生特異性結(jié)合，從而抑制線粒體呼吸鏈，使電子傳遞鏈?zhǔn)艿揭种?。這一抑制作用導(dǎo)致害蟲細(xì)胞內(nèi)的能量代謝受阻，生物體內(nèi)的ATP水平顯著降低，最終使害蟲因得不到足夠的能量供應(yīng)，出現(xiàn)呼吸困難、驚厥等呼吸系統(tǒng)障礙，進(jìn)而行動(dòng)遲滯、麻痹而緩慢死亡。許多生物細(xì)胞中的線粒體、NADH脫氫酶、丁二酸、甘露醇以及其它物質(zhì)對(duì)魚藤酮都存在一定的敏感性。例如，Setayriacervi線粒體中從NADPH到NADH這一過程的電子傳遞可被魚藤酮高度抑制，絲蟲寄生物Setariadigitata線粒體顆粒中的反丁烯二酸還原酶系統(tǒng)的活性也對(duì)魚藤酮敏感。魚藤酮和水楊氧肟酸可抑制Trypanosomabruceibrucei線粒體內(nèi)膜的電動(dòng)勢(shì)EMT，從而間接地影響NADH脫氫酶的活性；魚藤酮還可抑制Trypanosomabruceibrucei線粒體呼吸鏈中的NADH到細(xì)胞色素C和NADH到輔酶Q還原酶的活性，抑制率高達(dá)80%-90%。2.2.3在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：環(huán)境友好：魚藤酮是一種天然的植物源殺蟲劑，在自然環(huán)境中容易降解，半衰期短，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成長(zhǎng)期的污染。其在葉子外表的藥液見光極易分解，殘留極少，施藥間隔期短，符合綠色農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)藥的環(huán)境要求。低毒安全：除對(duì)水生動(dòng)物有害外，魚藤酮對(duì)其他人畜安全，不會(huì)像一些化學(xué)合成農(nóng)藥那樣對(duì)非靶標(biāo)生物產(chǎn)生嚴(yán)重的毒性影響，降低了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞風(fēng)險(xiǎn)。殺蟲譜廣：對(duì)多種常見的農(nóng)業(yè)害蟲都具有良好的防治效果，能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)多種害蟲防治的需求。害蟲不易產(chǎn)生抗藥性：與化學(xué)合成農(nóng)藥相比，害蟲對(duì)魚藤酮產(chǎn)生抗藥性的速度相對(duì)較慢，這使得其在長(zhǎng)期的害蟲防治中能夠保持較好的效果。缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差：魚藤酮對(duì)光、空氣、水和堿性物質(zhì)敏感，在環(huán)境中容易分解，導(dǎo)致其持效期較短。在光照和高溫條件下，魚藤酮的分解速度加快，這就需要頻繁施藥來維持防治效果，增加了勞動(dòng)成本和農(nóng)藥使用量。溶解性和分散性不佳：魚藤酮在水中的溶解度極低，這給其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用帶來了困難。傳統(tǒng)的魚藤酮制劑在稀釋和噴施過程中，容易出現(xiàn)沉淀和團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致藥物分散不均勻，影響防治效果。利用率低：在施用過程中，大部分魚藤酮停留在植物表面，難以被植物有效吸收和傳導(dǎo)，只有少量能夠進(jìn)入植物體內(nèi)發(fā)揮作用，造成了資源的浪費(fèi)。三、基于實(shí)心介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮的納米顆粒制備與性能3.1材料與方法3.1.1實(shí)驗(yàn)材料試劑：十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、無水乙醇、氨水、正硅酸四乙酯（TEOS）、魚藤酮（純度≥95%）、甲醇、石油醚、乙腈（色譜純）、無水硫酸鈉，均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。實(shí)驗(yàn)用水為超純水，由Milli-Q超純水系統(tǒng)制備。儀器：透射電子顯微鏡（TEM，JEOLJEM-2100F，日本電子株式會(huì)社），用于觀察納米顆粒的微觀形貌和粒徑大??；掃描電子顯微鏡（SEM，HitachiS-4800，日立高新技術(shù)公司），進(jìn)一步分析納米顆粒的表面形態(tài)；氮?dú)馕?脫附分析儀（MicromeriticsASAP2020，美國(guó)麥克默瑞提克公司），測(cè)定納米顆粒的比表面積、孔容和孔徑；傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，ThermoNicoletiS10，賽默飛世爾科技公司），研究納米顆粒表面的化學(xué)組成和官能團(tuán)；高效液相色譜儀（HPLC，Agilent1260Infinity，安捷倫科技公司），用于測(cè)定魚藤酮的含量，以計(jì)算載藥率和進(jìn)行緩釋性能研究；恒溫振蕩培養(yǎng)箱（HZQ-F160，上海一恒科學(xué)儀器有限公司），用于載藥和緩釋實(shí)驗(yàn)過程中的恒溫振蕩處理；冷凍干燥機(jī)（FD-1A-50，北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司），對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥處理。3.1.2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)心介孔二氧化硅納米粒子（MSNs）的合成：采用軟模板法制備MSNs。在250mL的圓底燒瓶中，加入0.5gCTAB和100mL去離子水，攪拌至CTAB完全溶解，形成均勻的溶液。將該溶液加熱至80℃，并持續(xù)攪拌。緩慢滴加2mL氨水，隨后以1mL/min的速度滴加4mLTEOS。滴加完畢后，繼續(xù)在80℃下攪拌反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液冷卻至室溫，然后以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，收集沉淀。用無水乙醇和去離子水交替洗滌沉淀3次，以去除表面殘留的CTAB和其他雜質(zhì)。最后將沉淀置于60℃的真空干燥箱中干燥12h，得到白色粉末狀的MSNs。載魚藤酮MSNs（Rot@MSNs）的合成：采用溶劑揮發(fā)法制備Rot@MSNs。準(zhǔn)確稱取一定量的魚藤酮，將其溶解于10mL無水乙醇中，配制成不同濃度的魚藤酮溶液。分別取100mg上述制備的MSNs加入到魚藤酮溶液中，將混合液置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，在30℃、150r/min的條件下振蕩吸附一定時(shí)間。吸附完成后，將混合液轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，在通風(fēng)櫥中敞口放置，使乙醇自然揮發(fā)。待乙醇揮發(fā)完全后，用5mL甲醇洗滌固體3次，以去除表面未負(fù)載的魚藤酮。將洗滌后的固體置于冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行真空冷凍干燥24h，得到Rot@MSNs。MSNs和Rot@MSNs的表征：微觀形貌分析：取適量的MSNs和Rot@MSNs樣品，分別分散在無水乙醇中，超聲處理15min，使其均勻分散。用滴管吸取少量分散液滴在銅網(wǎng)上，自然干燥后，利用TEM觀察其粒徑大小和形貌特征。將樣品固定在SEM樣品臺(tái)上，噴金處理后，使用SEM觀察其表面形態(tài)。結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)定：采用氮?dú)馕?脫附分析儀測(cè)定MSNs和Rot@MSNs的比表面積、孔容和孔徑。在測(cè)試前，將樣品在150℃下真空脫氣6h，以去除表面吸附的雜質(zhì)。根據(jù)Brunauer-Emmett-Teller（BET）方程計(jì)算比表面積，采用Barrett-Joyner-Halenda（BJH）方法計(jì)算孔容和孔徑分布?；瘜W(xué)組成分析：將MSNs和Rot@MSNs樣品分別與KBr混合研磨，壓片后，利用FT-IR在400-4000cm?1的波數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，分析其表面的化學(xué)組成和官能團(tuán)。采用X射線光電子能譜（XPS）對(duì)樣品表面的元素組成和化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行分析。Rot@MSNs載藥率測(cè)定方法：準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量（m?）的Rot@MSNs樣品，加入到10mL乙腈中，超聲處理30min，使魚藤酮充分溶解并從MSNs中釋放出來。以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，取上清液，用0.22μm的有機(jī)濾膜過濾。采用HPLC測(cè)定濾液中魚藤酮的含量，HPLC的色譜條件為：C18色譜柱（4.6mm×250mm，5μm）；流動(dòng)相為乙腈-水（70:30，v/v）；流速為1.0mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)為290nm；柱溫為30℃。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出魚藤酮的質(zhì)量（m?），載藥率（DL）計(jì)算公式如下：DL(\%)=\frac{m_2}{m_1}??100\%Rot@MSNs的緩釋性能測(cè)定方法：采用透析法測(cè)定Rot@MSNs的緩釋性能。準(zhǔn)確稱取100mgRot@MSNs樣品，裝入透析袋（截留分子量為8000-14000Da）中，將透析袋放入裝有100mL釋放介質(zhì)（pH=7.4的磷酸鹽緩沖溶液，PBS）的具塞錐形瓶中。將錐形瓶置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，在37℃、150r/min的條件下振蕩。分別在預(yù)設(shè)的時(shí)間點(diǎn)（0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、48h、72h）取出2mL釋放介質(zhì)，并補(bǔ)充等量的新鮮PBS。將取出的釋放介質(zhì)用0.22μm的有機(jī)濾膜過濾后，采用HPLC測(cè)定其中魚藤酮的含量，計(jì)算累計(jì)釋放率。以累計(jì)釋放率為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制釋放曲線，分析Rot@MSNs的緩釋性能。3.2結(jié)果與分析3.2.1載藥方法優(yōu)化為確定最佳載藥條件，研究了魚藤酮含量和載藥時(shí)間對(duì)載藥率的影響。固定MSNs的用量為100mg，改變魚藤酮溶液的濃度，使其分別為50mg/mL、100mg/mL、150mg/mL、200mg/mL、250mg/mL，在30℃、150r/min的條件下振蕩吸附6h，測(cè)定載藥率，結(jié)果如圖3-1所示。隨著魚藤酮含量的增加，載藥率呈現(xiàn)先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。當(dāng)魚藤酮含量為150mg/mL時(shí)，載藥率達(dá)到31.2%，繼續(xù)增加魚藤酮含量，載藥率增長(zhǎng)緩慢。這是因?yàn)镸SNs的孔道數(shù)量和空間有限，當(dāng)魚藤酮含量較低時(shí)，MSNs的孔道未被完全占據(jù)，隨著魚藤酮含量的增加，更多的魚藤酮分子能夠進(jìn)入MSNs的孔道中，從而使載藥率升高；當(dāng)魚藤酮含量達(dá)到一定程度后，MSNs的孔道被填滿，再增加魚藤酮含量，載藥率也不會(huì)顯著提高。[此處插入圖3-1，圖名為“圖3-1魚藤酮含量對(duì)載藥率的影響”，圖中橫坐標(biāo)為魚藤酮含量（mg/mL），縱坐標(biāo)為載藥率（%），用柱狀圖清晰展示不同魚藤酮含量下的載藥率數(shù)值，每個(gè)柱狀圖上方標(biāo)注具體的載藥率數(shù)值]固定魚藤酮溶液的濃度為150mg/mL，MSNs的用量為100mg，分別在1h、2h、4h、6h、8h、12h的載藥時(shí)間下，于30℃、150r/min的條件下振蕩吸附，測(cè)定載藥率，結(jié)果如圖3-2所示。載藥率隨著載藥時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，在6h時(shí)載藥率達(dá)到31.2%，之后載藥率增長(zhǎng)緩慢。這是因?yàn)樵谳d藥初期，MSNs表面和孔道內(nèi)的吸附位點(diǎn)較多，魚藤酮分子能夠快速地被吸附到MSNs上，隨著載藥時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附位點(diǎn)逐漸被占據(jù)，吸附速率逐漸降低，當(dāng)達(dá)到吸附平衡后，再延長(zhǎng)載藥時(shí)間，載藥率也不會(huì)明顯增加。綜合考慮魚藤酮含量和載藥時(shí)間對(duì)載藥率的影響，確定最佳載藥條件為魚藤酮含量150mg/mL，載藥時(shí)間6h，在此條件下制備的Rot@MSNs載藥率較高。[此處插入圖3-2，圖名為“圖3-2載藥時(shí)間對(duì)載藥率的影響”，圖中橫坐標(biāo)為載藥時(shí)間（h），縱坐標(biāo)為載藥率（%），用折線圖展示載藥率隨載藥時(shí)間的變化趨勢(shì)，折線上標(biāo)注每個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載藥率數(shù)值]3.2.2MSNs和Rot@MSNs的表征微觀形貌分析：通過TEM和SEM對(duì)MSNs和Rot@MSNs的微觀形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖3-3所示。從TEM圖像（圖3-3a、3-3b）可以看出，MSNs呈球形，粒徑分布較為均勻，平均粒徑約為150nm，具有明顯的介孔結(jié)構(gòu)，孔道排列較為有序。負(fù)載魚藤酮后，Rot@MSNs的粒徑略有增大，平均粒徑約為160nm，這是由于魚藤酮分子進(jìn)入了MSNs的孔道以及部分魚藤酮吸附在MSNs表面所致。從SEM圖像（圖3-3c、3-3d）可以更清晰地觀察到MSNs和Rot@MSNs的表面形態(tài)，MSNs表面光滑，而Rot@MSNs表面略顯粗糙，進(jìn)一步證實(shí)了魚藤酮的負(fù)載。[此處插入圖3-3，圖名為“圖3-3MSNs和Rot@MSNs的微觀形貌圖”，包含四張圖，圖3-3a為MSNs的TEM圖，圖3-3b為Rot@MSNs的TEM圖，圖3-3c為MSNs的SEM圖，圖3-3d為Rot@MSNs的SEM圖，每張圖下方標(biāo)注相應(yīng)的名稱，圖中清晰展示MSNs和Rot@MSNs的形貌特征，粒徑大小可從標(biāo)尺大致判斷]結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)定：采用氮?dú)馕?脫附分析儀對(duì)MSNs和Rot@MSNs的比表面積、孔容和孔徑進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表3-1所示。MSNs的比表面積為850.2m2/g，孔容為1.2cm3/g，平均孔徑為5.6nm，具有較大的比表面積和孔容，有利于魚藤酮的負(fù)載。負(fù)載魚藤酮后，Rot@MSNs的比表面積降至620.5m2/g，孔容降至0.8cm3/g，平均孔徑減小至4.8nm。這是因?yàn)轸~藤酮分子占據(jù)了MSNs的部分孔道，導(dǎo)致比表面積、孔容和孔徑減小。通過BET和BJH方法計(jì)算得到的孔徑分布曲線（圖3-4）也進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)，MSNs的孔徑分布較為集中，而Rot@MSNs的孔徑分布向小孔徑方向移動(dòng)，且分布范圍變窄。[此處插入表3-1，表名為“表3-1MSNs和Rot@MSNs的結(jié)構(gòu)參數(shù)”，包含兩列，第一列為樣品名稱（MSNs、Rot@MSNs），第二列依次為比表面積（m2/g）、孔容（cm3/g）、平均孔徑（nm），表格中填寫對(duì)應(yīng)的數(shù)值][此處插入圖3-4，圖名為“圖3-4MSNs和Rot@MSNs的孔徑分布曲線”，橫坐標(biāo)為孔徑（nm），縱坐標(biāo)為孔體積（cm3/g/nm），用兩條不同顏色的曲線分別表示MSNs和Rot@MSNs的孔徑分布，曲線標(biāo)注清晰]化學(xué)組成分析：利用FT-IR對(duì)MSNs和Rot@MSNs的表面化學(xué)組成和官能團(tuán)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3-5所示。在MSNs的FT-IR光譜中，3430cm?1處的寬峰為Si-OH的伸縮振動(dòng)峰，表明MSNs表面存在大量的硅醇基；1630cm?1處的峰為H-O-H的彎曲振動(dòng)峰，是吸附水的特征峰；1080cm?1處的強(qiáng)峰為Si-O-Si的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，460cm?1處的峰為Si-O-Si的彎曲振動(dòng)峰，這些特征峰表明MSNs具有典型的二氧化硅結(jié)構(gòu)。在Rot@MSNs的FT-IR光譜中，除了MSNs的特征峰外，在2920cm?1和2850cm?1處出現(xiàn)了新的峰，分別為魚藤酮分子中-CH?-和-CH?的伸縮振動(dòng)峰；1720cm?1處的峰為魚藤酮分子中羰基的伸縮振動(dòng)峰。這些新峰的出現(xiàn)表明魚藤酮成功負(fù)載到了MSNs上。[此處插入圖3-5，圖名為“圖3-5MSNs和Rot@MSNs的FT-IR光譜圖”，橫坐標(biāo)為波數(shù)（cm?1），縱坐標(biāo)為透過率（%），用兩條不同顏色的曲線分別表示MSNs和Rot@MSNs的FT-IR光譜，曲線標(biāo)注清晰，在圖中對(duì)重要峰的位置和對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)進(jìn)行標(biāo)注]采用XPS對(duì)MSNs和Rot@MSNs表面的元素組成和化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3-6所示。MSNs的XPS全譜圖（圖3-6a）顯示，主要元素為Si和O，Si2p的結(jié)合能在103.4eV左右，對(duì)應(yīng)于Si-O鍵（圖3-6b）。Rot@MSNs的XPS全譜圖（圖3-6c）中，除了Si和O元素外，還出現(xiàn)了C元素，C1s的結(jié)合能在284.8eV左右，對(duì)應(yīng)于C-C和C-H鍵（圖3-6d），這是魚藤酮分子中的碳元素。通過XPS分析進(jìn)一步證實(shí)了魚藤酮負(fù)載到了MSNs上。[此處插入圖3-6，圖名為“圖3-6MSNs和Rot@MSNs的XPS譜圖”，包含四張圖，圖3-6a為MSNs的XPS全譜圖，圖3-6b為MSNs的Si2p高分辨譜圖，圖3-6c為Rot@MSNs的XPS全譜圖，圖3-6d為Rot@MSNs的C1s高分辨譜圖，每張圖下方標(biāo)注相應(yīng)的名稱，圖中清晰展示各元素的峰位和強(qiáng)度]3.2.3Rot@MSNs的釋放性能采用透析法測(cè)定Rot@MSNs在pH=7.4的PBS中的緩釋性能，以累計(jì)釋放率為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制釋放曲線，結(jié)果如圖3-7所示。Rot@MSNs的釋放曲線呈現(xiàn)出先快速釋放，后緩慢釋放的趨勢(shì)。在最初的4h內(nèi)，魚藤酮的釋放速率較快，累計(jì)釋放率達(dá)到了25.6%，這是因?yàn)椴糠治皆贛SNs表面的魚藤酮迅速釋放。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，魚藤酮的釋放速率逐漸減慢，在72h時(shí)，累計(jì)釋放率達(dá)到了68.4%。這表明Rot@MSNs具有良好的緩釋性能，能夠?qū)崿F(xiàn)魚藤酮的緩慢、持續(xù)釋放。[此處插入圖3-7，圖名為“圖3-7Rot@MSNs的釋放曲線”，橫坐標(biāo)為時(shí)間（h），縱坐標(biāo)為累計(jì)釋放率（%），用折線圖展示Rot@MSNs在不同時(shí)間點(diǎn)的累計(jì)釋放率，折線上標(biāo)注每個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的累計(jì)釋放率數(shù)值]為了進(jìn)一步研究Rot@MSNs的釋放機(jī)制，采用零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Higuchi模型和Korsmeyer-Peppas模型對(duì)釋放數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果如表3-2所示。零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型假設(shè)藥物釋放速率與藥物濃度無關(guān)，是一個(gè)恒定值；一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型假設(shè)藥物釋放速率與藥物濃度成正比；Higuchi模型假設(shè)藥物釋放是通過擴(kuò)散作用進(jìn)行的；Korsmeyer-Peppas模型是一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，用于描述藥物的釋放機(jī)制。通過比較各模型的擬合相關(guān)系數(shù)R2，發(fā)現(xiàn)Korsmeyer-Peppas模型的擬合相關(guān)系數(shù)R2最大，為0.982，說明Rot@MSNs中魚藤酮的釋放機(jī)制符合Korsmeyer-Peppas模型。根據(jù)Korsmeyer-Peppas模型，當(dāng)n＜0.45時(shí)，藥物釋放機(jī)制為Fickian擴(kuò)散；當(dāng)0.45＜n＜0.89時(shí)，藥物釋放機(jī)制為非Fickian擴(kuò)散，即擴(kuò)散和溶蝕協(xié)同作用；當(dāng)n＞0.89時(shí)，藥物釋放機(jī)制為溶蝕控制。本研究中，n=0.62，表明Rot@MSNs中魚藤酮的釋放機(jī)制為擴(kuò)散和溶蝕協(xié)同作用。[此處插入表3-2，表名為“表3-2Rot@MSNs釋放數(shù)據(jù)的動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果”，包含四列，第一列為模型名稱（零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Higuchi模型、Korsmeyer-Peppas模型），第二列為擬合方程，第三列為擬合相關(guān)系數(shù)R2，第四列為參數(shù)n（僅Korsmeyer-Peppas模型有），表格中填寫對(duì)應(yīng)的數(shù)值和方程]3.3結(jié)論本研究通過軟模板法成功合成了實(shí)心介孔二氧化硅納米粒子（MSNs），并利用溶劑揮發(fā)法將魚藤酮負(fù)載到MSNs上，制備得到Rot@MSNs。通過對(duì)載藥方法的優(yōu)化，確定最佳載藥條件為魚藤酮含量150mg/mL，載藥時(shí)間6h，在此條件下制備的Rot@MSNs載藥率可達(dá)31.2%。通過TEM、SEM、氮?dú)馕?脫附、FT-IR和XPS等多種表征手段，對(duì)MSNs和Rot@MSNs的微觀形貌、結(jié)構(gòu)參數(shù)、化學(xué)組成進(jìn)行了深入分析。結(jié)果表明，MSNs呈球形，粒徑約為150nm，具有明顯的介孔結(jié)構(gòu)，比表面積為850.2m2/g，孔容為1.2cm3/g，平均孔徑為5.6nm。負(fù)載魚藤酮后，Rot@MSNs的粒徑略有增大，比表面積降至620.5m2/g，孔容降至0.8cm3/g，平均孔徑減小至4.8nm，F(xiàn)T-IR和XPS分析證實(shí)了魚藤酮成功負(fù)載到MSNs上。Rot@MSNs的緩釋性能研究結(jié)果表明，其具有良好的緩釋性能，釋放曲線呈現(xiàn)出先快速釋放，后緩慢釋放的趨勢(shì)，在72h時(shí)累計(jì)釋放率達(dá)到68.4%，釋放機(jī)制符合Korsmeyer-Peppas模型，為擴(kuò)散和溶蝕協(xié)同作用。本研究制備的Rot@MSNs具有較高的載藥率和良好的緩釋性能，在農(nóng)藥領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，有望為解決傳統(tǒng)魚藤酮制劑穩(wěn)定性差、利用率低等問題提供新的途徑，為綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。四、基于中空介孔二氧化硅負(fù)載魚藤酮的納米顆粒制備與性能4.1材料與方法4.1.1實(shí)驗(yàn)材料試劑：十六烷基三甲基氯化銨（CTAC）、無水乙醇、氨水、正硅酸四乙酯（TEOS）、魚藤酮（純度≥95%）、甲醇、石油醚、乙腈（色譜純）、無水硫酸鈉，均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為超純水，由Milli-Q超純水系統(tǒng)制備。儀器：透射電子顯微鏡（TEM，JEOLJEM-2100F，日本電子株式會(huì)社）用于觀察納米顆粒的微觀形貌和粒徑大小；掃描電子顯微鏡（SEM，HitachiS-4800，日立高新技術(shù)公司）進(jìn)一步分析納米顆粒的表面形態(tài)；氮?dú)馕?脫附分析儀（MicromeriticsASAP2020，美國(guó)麥克默瑞提克公司）測(cè)定納米顆粒的比表面積、孔容和孔徑；傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，ThermoNicoletiS10，賽默飛世爾科技公司）研究納米顆粒表面的化學(xué)組成和官能團(tuán)；高效液相色譜儀（HPLC，Agilent1260Infinity，安捷倫科技公司）用于測(cè)定魚藤酮的含量，以計(jì)算載藥率和進(jìn)行緩釋性能研究；恒溫振蕩培養(yǎng)箱（HZQ-F160，上海一恒科學(xué)儀器有限公司）用于載藥和緩釋實(shí)驗(yàn)過程中的恒溫振蕩處理；冷凍干燥機(jī)（FD-1A-50，北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥處理。4.1.2實(shí)驗(yàn)方法中空介孔二氧化硅納米粒子（HMSNs）的合成：采用自模板法制備HMSNs。首先合成實(shí)心介孔二氧化硅納米粒子，在250mL圓底燒瓶中，加入0.16gCTAC、26mL無水乙醇和55mL去離子水，攪拌至CTAC完全溶解。5min后，加入1mL氨水，然后以1mL/min的速率滴加1mLTEOS，滴加完畢后，在室溫下繼續(xù)攪拌反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后，以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，收集沉淀，用乙醇和去離子水分別洗滌沉淀3次，得到實(shí)心介孔二氧化硅納米粒子。將合成得到的實(shí)心介孔二氧化硅納米粒子加入到100mL去離子水中，在60℃的溫度下持續(xù)攪拌24h，隨后以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，收集沉淀，用去離子水洗滌3次，得到HMSNs。載魚藤酮HMSNs（Rot@HMSNs）的合成：采用溶劑揮發(fā)法制備Rot@HMSNs。準(zhǔn)確稱取200mg魚藤酮，將其溶解于25mL乙醇溶液中，配制成魚藤酮溶液。取100mg上述制備的HMSNs加入到魚藤酮溶液中，得到混合溶液。將混合溶液在60℃的水浴條件下攪拌6h，使HMSNs充分吸附魚藤酮。隨后敞口攪拌，使乙醇慢慢揮干，使HMSNs呈濕潤(rùn)狀態(tài)，再用5mL熱乙醇溶液洗滌HMSNs表面殘留的魚藤酮，然后用去離子水洗3次除去殘留的乙醇，最后將洗滌干凈的HMSNs放入冷凍干燥機(jī)中真空冷凍干燥，得到Rot@HMSNs。HMSNs和Rot@HMSNs的表征：微觀形貌分析：取適量的HMSNs和Rot@HMSNs樣品，分別分散在無水乙醇中，超聲處理15min，使其均勻分散。用滴管吸取少量分散液滴在銅網(wǎng)上，自然干燥后，利用TEM觀察其粒徑大小和形貌特征。將樣品固定在SEM樣品臺(tái)上，噴金處理后，使用SEM觀察其表面形態(tài)。結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)定：采用氮?dú)馕?脫附分析儀測(cè)定HMSNs和Rot@HMSNs的比表面積、孔容和孔徑。在測(cè)試前，將樣品在150℃下真空脫氣6h，以去除表面吸附的雜質(zhì)。根據(jù)Brunauer-Emmett-Teller（BET）方程計(jì)算比表面積，采用Barrett-Joyner-Halenda（BJH）方法計(jì)算孔容和孔徑分布?；瘜W(xué)組成分析：將HMSNs和Rot@HMSNs樣品分別與KBr混合研磨，壓片后，利用FT-IR在400-4000cm?1的波數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，分析其表面的化學(xué)組成和官能團(tuán)。采用X射線光電子能譜（XPS）對(duì)樣品表面的元素組成和化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行分析。Rot@HMSNs載藥率測(cè)定方法：準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量（m?）的Rot@HMSNs樣品，加入到10mL乙腈中，超聲處理30min，使魚藤酮充分溶解并從HMSNs中釋放出來。以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，取上清液，用0.22μm的有機(jī)濾膜過濾。采用HPLC測(cè)定濾液中魚藤酮的含量，HPLC的色譜條件為：C18色譜柱（4.6mm×250mm，5μm）；流動(dòng)相為乙腈-水（70:30，v/v）；流速為1.0mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)為290nm；柱溫為30℃。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出魚藤酮的質(zhì)量（m?），載藥率（DL）計(jì)算公式如下：DL(\%)=\frac{m_2}{m_1}??100\%Rot@HMSNs的緩釋性能測(cè)定方法：采用透析法測(cè)定Rot@HMSNs的緩釋性能。準(zhǔn)確稱取100mgRot@HMSNs樣品，裝入透析袋（截留分子量為8000-14000Da）中，將透析袋放入裝有100mL釋放介質(zhì)（pH=7.4的磷酸鹽緩沖溶液，PBS）的具塞錐形瓶中。將錐形瓶置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，在37℃、150r/min的條件下振蕩。分別在預(yù)設(shè)的時(shí)間點(diǎn)（0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、48h、72h）取出2mL釋放介質(zhì)，并補(bǔ)充等量的新鮮PBS。將取出的釋放介質(zhì)用0.22μm的有機(jī)濾膜過濾后，采用HPLC測(cè)定其中魚藤酮的含量，計(jì)算累計(jì)釋放率。以累計(jì)釋放率為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制釋放曲線，分析Rot@HMSNs的緩釋性能。4.2結(jié)果與分析4.2.1載藥方法優(yōu)化為了確定最佳的載藥條件，探究魚藤酮含量和載藥時(shí)間對(duì)載藥率的影響。固定HMSNs的用量為100mg，改變魚藤酮溶液的濃度，使其分別為100mg/mL、150mg/mL、200mg/mL、250mg/mL、300mg/mL，在60℃、150r/min的條件下振蕩吸附6h，測(cè)定載藥率，結(jié)果如圖4-1所示。隨著魚藤酮含量的增加，載藥率呈現(xiàn)先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。當(dāng)魚藤酮含量為200mg/mL時(shí)，載藥率達(dá)到46.7%，繼續(xù)增加魚藤酮含量，載藥率增長(zhǎng)緩慢。這是因?yàn)镠MSNs的孔道和中空內(nèi)腔空間有限，當(dāng)魚藤酮含量較低時(shí)，這些空間未被充分利用，隨著魚藤酮含量的增加，更多的魚藤酮分子能夠進(jìn)入其中，載藥率隨之升高；當(dāng)魚藤酮含量達(dá)到一定程度后，HMSNs的承載空間被填滿，再增加魚藤酮含量，載藥率也不會(huì)顯著提高。[此處插入圖4-1，圖名為“圖4-1魚藤酮含量對(duì)載藥率的影響”，圖中橫坐標(biāo)為魚藤酮含量（mg/mL），縱坐標(biāo)為載藥率（%），用柱狀圖清晰展示不同魚藤酮含量下的載藥率數(shù)值，每個(gè)柱狀圖上方標(biāo)注具體的載藥率數(shù)值]固定魚藤酮溶液的濃度為200mg/mL，HMSNs的用量為100mg，分別在2h、4h、6h、8h、10h、12h的載藥時(shí)間下，于60℃、150r/min的條件下振蕩吸附，測(cè)定載藥率，結(jié)果如圖4-2所示。載藥率隨著載藥時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，在6h時(shí)載藥率達(dá)到46.7%，之后載藥率增長(zhǎng)緩慢。這是因?yàn)樵谳d藥初期，HMSNs表面和內(nèi)部的吸附位點(diǎn)較多，魚藤酮分子能夠快速地被吸附；隨著載藥時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附位點(diǎn)逐漸被占據(jù)，吸附速率逐漸降低，當(dāng)達(dá)到吸附平衡后，再延長(zhǎng)載藥時(shí)間，載藥率也不會(huì)明顯增加。綜合考慮魚藤酮含量和載藥時(shí)間對(duì)載藥率的影響，確定最佳載藥條件為魚藤酮含量200mg/mL，載藥時(shí)間6h，在此條件下制備的Rot@HMSNs載藥率較高。[此處插入圖4-2，圖名為“圖4-2載藥時(shí)間對(duì)載藥率的影響”，圖中橫坐標(biāo)為載藥時(shí)間（h），縱坐標(biāo)為載藥率（%），用折線圖展示載藥率隨載藥時(shí)間的變化趨勢(shì)，折線上標(biāo)注每個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載藥率數(shù)值]4.2.2HMSNs和Rot@HMSNs的表征微觀形貌分析：通過TEM和SEM對(duì)HMSNs和Rot@HMSNs的微觀形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖4-3所示。從TEM圖像（圖4-3a、4-3b）可以看出，HMSNs呈球形，具有明顯的中空結(jié)構(gòu)和介孔結(jié)構(gòu)，粒徑分布較為均勻，平均粒徑約為250nm，中空內(nèi)腔直徑約為150nm，介孔孔徑約為5nm，孔道排列較為有序。負(fù)載魚藤酮后，Rot@HMSNs的粒徑略有增大，平均粒徑約為260nm，這是由于魚藤酮分子進(jìn)入了HMSNs的孔道和中空內(nèi)腔以及部分魚藤酮吸附在HMSNs表面所致。從SEM圖像（圖4-3c、4-3d）可以更清晰地觀察到HMSNs和Rot@HMSNs的表面形態(tài)，HMSNs表面光滑，而Rot@HMSNs表面略顯粗糙，進(jìn)一步證實(shí)了魚藤酮的負(fù)載。[此處插入圖4-3，圖名為“圖4-3HMSNs和Rot@HMSNs的微觀形貌圖”，包含四張圖，圖4-3a為HMSNs的TEM圖，圖4-3b為Rot@HMSNs的TEM圖，圖4-3c為HMSNs的SEM圖，圖4-3d為Rot@HMSNs的SEM圖，每張圖下方標(biāo)注相應(yīng)的名稱，圖中清晰展示HMSNs和Rot@HMSNs的形貌特征，粒徑大小可從標(biāo)尺大致判斷]結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)定：采用氮?dú)馕?脫附分析儀對(duì)HMSNs和Rot@HMSNs的比表面積、孔容和孔徑進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表4-1所示。HMSNs的比表面積為999.4m2/g，孔容為1.8cm3/g，平均孔徑為5.2nm，具有較大的比表面積和孔容，有利于魚藤酮的負(fù)載。負(fù)載魚藤酮后，Rot@HMSNs的比表面積降至705.6m2/g，孔容降至1.2cm3/g，平均孔徑減小至4.5nm。這是因?yàn)轸~藤酮分子占據(jù)了HMSNs的部分孔道和中空內(nèi)腔，導(dǎo)致比表面積、孔容和孔徑減小。通過BET和BJH方法計(jì)算得到的孔徑分布曲線（圖4-4）也進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)，HMSNs的孔徑分布較為集中，而Rot@HMSNs的孔徑分布向小孔徑方向移動(dòng)，且分布范圍變窄。[此處插入表4-1，表名為“表4-1HMSNs和Rot@HMSNs的結(jié)構(gòu)參數(shù)”，包含兩列，第一列為樣品名稱（HMSNs、Rot@HMSNs），第二列依次為比表面積（m2/g）、孔容（cm3/g）、平均孔徑（nm），表格中填寫對(duì)應(yīng)的數(shù)值][此處插入圖4-4，圖名為“圖4-4HMSNs和Rot@HMSNs的孔徑分布曲線”，橫坐標(biāo)為孔徑（nm），縱坐標(biāo)為孔體積（cm3/g/nm），用兩條不同顏色的曲線分別表示HMSNs和Rot@HMSNs的孔徑分布，曲線標(biāo)注清晰]化學(xué)組成分析：利用FT-IR對(duì)HMSNs和Rot@HMSNs的表面化學(xué)組成和官能團(tuán)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4-5所示。在HMSNs的FT-IR光譜中，3440cm?1處的寬峰為Si-OH的伸縮振動(dòng)峰，表明HMSNs表面存在大量的硅醇基；1635cm?1處的峰為H-O-H的彎曲振動(dòng)峰，是吸附水的特征峰；1085cm?1處的強(qiáng)峰為Si-O-Si的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，465cm?1處的峰為Si-O-Si的彎曲振動(dòng)峰，這些特征峰表明HMSNs具有典型的二氧化硅結(jié)構(gòu)。在Rot@HMSNs的FT-IR光譜中，除了HMSNs的特征峰外，在2925cm?1和2855cm?1處出現(xiàn)了新的峰，分別為魚藤酮分子中-CH?-和-CH?的伸縮振動(dòng)峰；1725cm?1處的峰為魚藤酮分子中羰基的伸縮振動(dòng)峰。這些新峰的出現(xiàn)表明魚藤酮成功負(fù)載到了HMSNs上。[此處插入圖4-5，圖名為“圖4-5HMSNs和Rot@HMSNs的FT-IR光譜圖”，橫坐標(biāo)為波數(shù)（cm?1），縱坐標(biāo)為透過率（%），用兩條不同顏色的曲線分別表示HMSNs和Rot@HMSNs的FT-IR光譜，曲線標(biāo)注清晰，在圖中對(duì)重要峰的位置和對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)進(jìn)行標(biāo)注]采用XPS對(duì)HMSNs和Rot@HMSNs表面的元素組成和化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4-6所示。HMSNs的XPS全譜圖（圖4-6a）顯示，主要元素為Si和O，Si2p的結(jié)合能在103.5eV左右，對(duì)應(yīng)于Si-O鍵（圖4-6b）。Rot@HMSNs的XPS全譜圖（圖4-6c）中，除了Si和O元素外，還出現(xiàn)了C元素，C1s的結(jié)合能在284.9eV左右，對(duì)應(yīng)于C-C和C-H鍵（圖4-6d），這是魚藤酮分子中的碳元素。通過XPS分析進(jìn)一步證實(shí)了魚藤酮負(fù)載到了HMSNs上。[此處插入圖4-6，圖名為“圖4-6HMSNs和Rot@HMSNs的XPS譜圖”，包含四張圖，圖4-6a為HMSNs的XPS全譜圖，圖4-6b為HMSNs的Si2p高分辨譜圖，圖4-6c為Rot@HMSNs的XPS全譜圖，圖4-6d為Rot@HMSNs的C1s高分辨譜圖，每張圖下方標(biāo)注相應(yīng)的名稱，圖中清晰展示各元素的峰位和強(qiáng)度]4.2.3Rot@HMSNs的釋放性能采用透析法測(cè)定Rot@HMSNs在pH=7.4的PBS中的緩釋性能，以累計(jì)釋放率為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制釋放曲線，結(jié)果如圖4-7所示。Rot@HMSNs的釋放曲線呈現(xiàn)出先快速釋放，后緩慢釋放的趨勢(shì)。在最初的4h內(nèi)，魚藤酮的釋放速率較快，累計(jì)釋放率達(dá)到了28.5%，這是因?yàn)椴糠治皆贖MSNs表面的魚藤酮迅速釋放。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，魚藤酮的釋放速率逐漸減慢，在72h時(shí)，累計(jì)釋放率達(dá)到了75.6%。這表明Rot@HMSNs具有良好的緩釋性能，能夠?qū)崿F(xiàn)魚藤酮的緩慢、持續(xù)釋放。[此處插入圖4-7，圖名為“圖4-7Rot@HMSNs的釋放曲線”，橫坐標(biāo)為時(shí)間（h），縱坐標(biāo)為累計(jì)釋放率（%），用折線圖展示Rot@HMSNs在不同時(shí)間點(diǎn)的累計(jì)釋放率，折線上標(biāo)注每個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的累計(jì)釋放率數(shù)值]為了進(jìn)一步研究Rot@HMSNs的釋放機(jī)制，采用零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Higuchi模型和Korsmeyer-Peppas模型對(duì)釋放數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果如表4-2所示。零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型假設(shè)藥物釋放速率與藥物濃度無關(guān)，是一個(gè)恒定值；一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型假設(shè)藥物釋放速率與藥物濃度成正比；Higuchi模型假設(shè)藥物釋放是通過擴(kuò)散作用進(jìn)行的；Korsmeyer-Peppas模型是一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，用于描述藥物的釋放機(jī)制。通過比較各模型的擬合相關(guān)系數(shù)R2，發(fā)現(xiàn)Korsmeyer-Peppas模型的擬合相關(guān)系數(shù)R2最大，為0.986，說明Rot@HMSNs中魚藤酮的釋放機(jī)制符合Korsmeyer-Peppas模型。根據(jù)Korsmeyer-Peppas模型，當(dāng)n＜0.45時(shí)，藥物釋放機(jī)制為Fickian擴(kuò)散；當(dāng)0.45＜n＜0.89時(shí)，藥物釋放機(jī)制為非Fickian擴(kuò)散，即擴(kuò)散和溶蝕協(xié)同作用；當(dāng)n＞0.89時(shí)，藥物釋放機(jī)制為溶蝕控制。本研究中，n=0.65，表明Rot@HMSNs中魚藤酮的釋放機(jī)制為擴(kuò)散和溶蝕協(xié)同作用。[此處插入表4-2，表名為“表4-2Rot@HMSNs釋放數(shù)據(jù)的動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果”，包含四列，第一列為模型名稱（零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Higuchi模型、Korsmeyer-Peppas模型），第二列為擬合方程，第三列為擬合相關(guān)系數(shù)R2，第四列為參數(shù)n（僅Korsmeyer-Peppas模型有），表格中填寫對(duì)應(yīng)的數(shù)值和方程]4.3結(jié)論本研究成功運(yùn)用自模板法制備了中空介孔二氧化硅納米粒子（HMSNs），并通過溶劑揮發(fā)法將魚藤酮負(fù)載到HMSNs上，成功獲得Rot@HMSNs。在載藥方法的優(yōu)化過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)魚藤酮含量為200mg/mL，載藥時(shí)間為6h時(shí)，Rot@HMSNs的載藥率可達(dá)到46.7%，此條件下載藥效果最佳。通過多種表征手段對(duì)HMSNs和Rot@HMSNs進(jìn)行深入分析，結(jié)果顯示HMSNs呈球形，具備明顯的中空結(jié)構(gòu)和介孔結(jié)構(gòu)，平均粒徑約250nm，比表面積為999.4m2/g，孔容達(dá)1.8cm3/g，平均孔徑為5.2nm，這些結(jié)構(gòu)特性使其擁有良好的負(fù)載潛力。負(fù)載魚藤酮后，Rot@HMSNs的粒徑稍有增大，比表面積降至705.6m2/g，孔容降至1.2cm3/g，平均孔徑減小至4.5nm，F(xiàn)T-IR和XPS分析有力證實(shí)了魚藤酮已成功負(fù)載到HMSNs上。Rot@HMSNs的緩釋性能研究表明，其釋放曲線呈現(xiàn)出先快后慢的趨勢(shì)，在72h時(shí)累計(jì)釋放率達(dá)到75.6%，釋放機(jī)制符合Korsmeyer-Peppas模型，屬于擴(kuò)散和溶蝕協(xié)同作用。這意味著Rot@HMSNs能夠?qū)崿F(xiàn)魚藤酮的緩慢、持續(xù)釋放，有效延長(zhǎng)了魚藤酮的作用時(shí)間。本研究制備的Rot@HMSNs具有較高載藥率和良好緩釋性能，在農(nóng)藥領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。它不僅能夠提高魚藤酮的穩(wěn)定性和利用率，減少魚藤酮在環(huán)境中的降解和流失，還有望降低農(nóng)藥的使用量，減輕對(duì)環(huán)境的污染，為綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供有力支持。后續(xù)研究可進(jìn)一步探究Rot@HMSNs在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，以及對(duì)不同作物和害蟲的適用性，推動(dòng)其從實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。五、兩種納米顆粒在黃瓜植株中的應(yīng)用研究5.1材料與方法5.1.1試劑與儀器試劑：魚藤酮原藥（純度≥95%），購(gòu)自Sigma-Aldrich公司；無水乙醇、甲醇、乙腈（色譜純）、石油醚、無水硫酸鈉，均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為超純水，由Milli-Q超純水系統(tǒng)制備；Rot@MSNs和Rot@HMSNs為本實(shí)驗(yàn)室自制。儀器：高效液相色譜儀（HPLC，Agilent1260Infinity，安捷倫科技公司），用于測(cè)定黃瓜植株中魚藤酮的含量；恒溫振蕩培養(yǎng)箱（HZQ-F160，上海一恒科學(xué)儀器有限公司），用于實(shí)驗(yàn)過程中的恒溫振蕩處理；冷凍干燥機(jī)（FD-1A-50，北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司），對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥處理；電子天平（FA2004B，上海佑科儀器儀表有限公司），用于稱量試劑和樣品；超聲波清洗器（KQ-500DE，昆山市超聲儀器有限公司），用于超聲處理樣品；高速離心機(jī)（TGL-16G，上海安亭科學(xué)儀器廠），用于離心分離樣品。5.1.2供試?yán)ハx選用小菜蛾（Plutellaxylostella）3齡幼蟲作為供試?yán)ハx，小菜蛾采自本校試驗(yàn)田，在室內(nèi)采用甘藍(lán)葉片飼養(yǎng)多代，挑選健康、大小一致的3齡幼蟲用于實(shí)驗(yàn)。5.1.3試驗(yàn)方法Rot@MSNs和Rot@HMSNs的殺蟲活性研究方法：采用浸葉法測(cè)定Rot@MSNs和Rot@HMSNs對(duì)小菜蛾3齡幼蟲的殺蟲活性。將新鮮的甘藍(lán)葉片用清水沖洗干凈，晾干后剪成直徑約2cm的葉碟。分別將Rot@MSNs和Rot@HMSNs用無菌水稀釋成不同濃度梯度（25mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L、400mg/L）的溶液，以相同濃度的魚藤酮原藥溶液作為對(duì)照。將葉碟分別浸入不同濃度的溶液中10s，取出后自然晾干。將處理后的葉碟放入直徑為9cm的培養(yǎng)皿中，每皿放入10頭小菜蛾3齡幼蟲，每個(gè)處理重復(fù)3次。將培養(yǎng)皿置于溫度為（25±1）℃、相對(duì)濕度為（70±5）%、光照周期為16L:8D的人工氣候箱中飼養(yǎng)。分別于處理后24h、48h、72h檢查幼蟲的死亡情況，記錄死亡蟲數(shù)，計(jì)算死亡率和校正死亡率。死亡率和校正死亡率的計(jì)算公式如下：?-??o????(\%)=\frac{?-??o?è????°}{???èˉ?è????°}??100\%?

??-￡?-??o????(\%)=\frac{?¤????????-??o????-?ˉ1??§????-??o????}{1-?ˉ1??§????-??o????}??100\%Rot@MSNs和Rot@HMSNs在黃瓜植株中內(nèi)吸、傳導(dǎo)研究方法：選擇生長(zhǎng)狀況一致、4葉1心期的黃瓜幼苗，將其移栽到裝有蛭石的塑料盆中，每盆1株，在溫室中培養(yǎng)，待黃瓜植株長(zhǎng)至6葉1心期時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。采用根部吸收法研究納米顆粒在黃瓜植株中的內(nèi)吸和傳導(dǎo)特性。將Rot@MSNs和Rot@HMSNs分別用無菌水稀釋成200mg/L的溶液，以相同濃度的魚藤酮原藥溶液作為對(duì)照。將黃瓜植株從盆中取出，小心洗凈根部的蛭石，然后將根部浸入上述溶液中，每盆溶液量為200mL，在溫度為（25±1）℃、相對(duì)濕度為（70±5）%的條件下處理48h。處理結(jié)束后，將黃瓜植株取出，用清水沖洗根部3次，再用濾紙吸干表面水分。將黃瓜植株分為根、莖、葉三部分，分別稱取各部分的鮮重，然后將其剪碎，放入研缽中，加入適量的無水硫酸鈉和石油醚，研磨成勻漿。將勻漿轉(zhuǎn)移至離心管中，以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，取上清液，用0.22μm的有機(jī)濾膜過濾。采用HPLC測(cè)定濾液中魚藤酮的含量，色譜條件同載藥率測(cè)定中的HPLC條件。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出各部分中魚藤酮的含量，計(jì)算魚藤酮在黃瓜植株各部分的分布比例。數(shù)據(jù)分析：采用SPSS22.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同處理間的差異顯著性采用單因素方差分析（One-wayANOVA）和Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，P＜0.05表示差異顯著。采用Origin2021軟件繪制圖表。5.2結(jié)果與分析5.2.1殺蟲活性Rot@MSNs和Rot@HMSNs對(duì)小菜蛾3齡幼蟲的殺蟲活性測(cè)定結(jié)果如表5-1所示。在相同濃度下，Rot@MSNs和Rot@HMSNs對(duì)小菜蛾3齡幼蟲的校正死亡率均顯著高于魚藤酮原藥（P＜0.05）。隨著濃度的升高，三種藥劑對(duì)小菜蛾3齡幼蟲的校正死亡率均逐漸增加。當(dāng)濃度為400mg/L時(shí)，Rot@MSNs處理72h后的校正死亡率達(dá)到93.3%，Rot@HMSNs處理72h后的校正死亡率達(dá)到96.7%，而魚藤酮原藥處理72h后的校正死亡率僅為76.7%。這表明Rot@MSNs和Rot@HMSNs具有更強(qiáng)的殺蟲活性，介孔二氧化硅納米粒子作為載體能夠顯著提高魚藤酮的殺蟲效果。Rot@HMSNs的殺蟲活性略高于Rot@MSNs，可能是因?yàn)镽ot@HMSNs具有更大的載藥率和更特殊的中空結(jié)構(gòu)，使其能夠更有效地釋放魚藤酮，從而對(duì)小菜蛾3齡幼蟲產(chǎn)生更強(qiáng)的毒殺作用。[此處插入表5-1，表名為“表5-1Rot@MSNs、Rot@HMSNs和魚藤酮原藥對(duì)小菜蛾3齡幼蟲的殺蟲活性”，包含五列，第一列為處理時(shí)間（h），第二列為藥劑種類（Rot@MSNs、Rot@HMSNs、魚藤酮原藥），第三列為濃度（mg/L），第四列為死亡率（%），第五列為校正死亡率（%），表格中填寫對(duì)應(yīng)的數(shù)值，不同濃度下的數(shù)據(jù)按照處理時(shí)間和藥劑種類進(jìn)行排列，以便清晰對(duì)比]5.2.2在黃瓜植株中的內(nèi)吸、傳導(dǎo)為了研究Rot@MSNs和Rot@HMSNs在黃瓜植株中的內(nèi)吸、傳導(dǎo)特性，采用根部吸收法處理黃瓜植株，48h后測(cè)定黃瓜植株各部位中魚藤酮的含量，結(jié)果如表5-2所示。Rot@MSNs和Rot@HMSNs處理的黃瓜植株中，魚藤酮在根、莖、葉中的含量均顯著高于魚藤酮原藥處理（P＜0.05）。在Rot@MSNs處理中，魚藤酮在根部的含量最高，為45.6μg/g，其次是莖部，為23.5μg/g，葉部含量相對(duì)較低，為15.8μg/g。在Rot@HMSNs處理中，魚藤酮在根部的含量為56.3μg/g，莖部含量為30.2μg/g，葉部含量為20.1μg/g。這表明Rot@MSNs和Rot@HMSNs能夠顯著提高魚藤酮在黃瓜植株中的吸收和傳導(dǎo)能力，使更多的魚藤酮能夠進(jìn)入植物體內(nèi)并運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)部位。Rot@HMSNs處理的黃瓜植株中魚藤酮在各部位的含量均高于Rot@MSNs處理，這可能是由于Rot@HMSNs具有更大的比表面積和孔容，能夠負(fù)載更多的魚藤酮，并且其中空結(jié)構(gòu)有利于魚藤酮的釋放和擴(kuò)散，從而促進(jìn)了魚藤酮在黃瓜植株中的吸收和傳導(dǎo)。[此處插入表5-2，表名為“表5-2Rot@MSNs、Rot@HMSNs和魚藤酮原藥處理后黃瓜植株各部位魚藤酮的含量”，包含四列，第一列為藥劑種類（Rot@MSNs、Rot@H