锂皂石(LAP)是一种镁硅酸盐层状粘土矿物，由上下两层硅氧四面体夹杂一层镁氧八面体构成。八面体中的一些Mg²⁺被Li⁺取代、OH^-被F^-取代，形成强缺电子的电负性结构^[1]。表面活性剂对LAP进行修饰，可以作为吸附剂。Baskaralingam等^[2]用阳离子表面活性剂十六烷基二甲基苄基氯化铵和十六烷基氯化吡啶分别修饰LAP，用生成的复合材料吸附活性橙122。Lair等^[3]研究了两性表面活性剂十二烷基氧化胺(OA)在LAP上的吸附。在酸性环境下OA质子转化成阳离子表面活性剂，在其它情况下为非离子表面活性剂。在低pH值条件下OA与LAP层板间存在静电作用，在高pH值条件下通过表面活性剂极性基团与LAP表面的亲水基团相互作用将OA吸附在LAP表面^[4]。Thiebault等^[5]研究了用两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱(CB)修饰的LAP复合材料(CB-LAPs)对放射性废水中的Co²⁺、Sr²⁺和Cs⁺离子的吸附行为。结果表明，Cs⁺和Sr²⁺通过阳离子交换吸附到CB-LAPs上，而Co²⁺通过螯合作用吸附。表面活性剂在LAP层间或表面的排列方式，对于吸附位点的有效性和保持阳离子交换性能都是关键的因素。Esumi等^[6]研究发现，表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵和1,2-双(十二烷基二甲基)-乙基二甲基溴插层LAP更有利于从水溶液中吸附2-萘酚。这是表面活性剂在层间形成疏水微区所致。

LAP具有高比表面积和强大的阳离子交换能力，使其成为药物的理想载体。例如，离子型雷奈酸锶(SRA)^[7]、氧氟沙星(OFL)^[8]、地塞米松(DEX)^[9]、阿霉素(DOX)^[10~14]和两性多西霉素、盐酸四环素^[15]等。Nair等^[7]将SRA通过静电作用吸附在LAP表面，再与聚已酸内酯混合反应生成复合材料。这种复合材料具有持续释放性能，3%的载药量就能提高碱性磷酸酶活性。将LAP添加到结兰胶甲基丙烯酸酯(GG-MA)中形成弱凝胶^[8]，不仅能调控GG-MA凝胶的强度、溶胀性能，还能降低OFL前8 h药物释放量。Roozbahani等^[9]研究发现，DEX插层LAP复合材料的包封率依赖溶液的pH值。pH 值为3.0时包封率为(95.10±0.80)%，远高于pH 7.0和13.0的包封率。复合材料DOX-LAP在pH 值为5.4的条件下释放比pH 值为7.4时快得多。与单纯DOX药物相比，在浓度相同的条件下DOX-LAP在抑制人上皮癌细胞增长的效果很好^[10]。Wang等^[11]发现，由聚乳酸-聚乙二醇修饰的DOX-LAP复合材料具有很好的细胞相容性、pH响应释放性能和生理稳定性，可延长DOX在血液中的循环时间和提高抗癌效果。由靶向剂叶酸、聚乙二醇-乳糖酸分别修饰的DOX-LAP复合材料具有pH响应释放性能，可将药物定向传递至肿瘤细胞表现出靶向抑制效果^[12,13]。Xiao等^[14]使用层层自组装方法，在DOX-LAP纳米颗粒表面交替沉积阳离子聚烯丙胺盐酸盐和阴离子聚苯乙烯磺酸钠。用光散射和Zeta电势监测多层包裹颗粒的制备过程，系统研究了药物的释放性能和抗肿瘤效果。结果表明，多层聚电解质改善了药物的持续释放性能。改变聚电解质的层数以控制药物传递，可改善药物在中性和酸性pH值条件下的释放。Hamilton等^[15]的研究表明，LAP可吸附更多的盐酸多西霉素、盐酸四环素，而且将药物吸附在LAP层间。粘土对细菌没有活性，复合材料释放药物对葡萄球菌、表皮细菌和绿脓杆菌都有很高的活性。

目前LAP复合材料负载的药物主要是离子型。功夫菊酯(LCT)是拟除虫菊酯类农药中一个非常重要的品种，广泛用于棉花，蔬菜和果树等。农药的传统大容量喷雾法以及不合理使用，使农药的利用率偏低。调查结果表明，2019年我国的农药利用率仅为39.8%，远低于发达国家。使用LAP制备农药缓释材料，是提高农药利用率、降低环境污染的一条有效途径。本文采用复合组装法，先制备一系列表面活性剂(SB、DCB、OA和CTAB)插层LAP材料，然后将功夫菊酯(LCT)增溶在SB胶束中，混合反应后制备出LCT/SB-LAP、LCT/DCB-SB-LAP、LCT/OA-SB-LAP和LCT/CTAB-SB-LAP复合材料，研究其在不同释放介质中的释放行为，并分析其释放机理。

锂皂石；功夫菊酯(LCT，94.6%)；十二烷基羧基甜菜碱(30%)，用丙酮提纯后使用；十六烷基磺基甜菜碱(98%)；十二烷基氧化胺(95%)；十六烷基三甲基溴化铵(98%)；N-甲基吡咯烷酮(NMP)，AR级；乙醇(95%)；Brij56，Aldrich公司；二甲基亚砜-d6。实验用水均为去离子水。四种表面活性剂的结构见图1。

用D8 Focus型X-射线衍射仪分析样品晶型结构，CuKα(λ=0.154056 nm)，扫描速度为12°/min，扫描范围为1°~65°；用Vector 22型傅里叶变换红外光谱仪测定样品红外光谱，使用KBr压片法(样品与KBr质量比为1:100)，测检范围4000~400 cm^-1；用Thermo plus EVO2 TG8121型同步热分析仪测试样品的热分解行为，空气气氛，升温速度10℃/min，温度范围为20~700℃；用TU1901型光谱仪测定紫外-可见光谱；使用400 MHz Bruker AV400型核磁共振仪(美国Wisconsin公司，DMSO-d6为溶剂)测试¹H NMR谱；用电感耦合等离子发射光谱(ICP-OES)测定样品S含量；使用Zetasizer Nano ZSE在25℃下测试Zeta电位，测试时将每个样品(6.5 mg)分散在5 g NMP中；用Nova Nano SEM 450型扫描电子显微镜(美国FEI)观察样品的形态。

用离子交换法制备DCB(SB、OA、CTAB)-LAP复合物。将适量的DCB(SB、OA、CTAB)分散在30℃的10 mL水中搅拌溶解，加入1.0 g LAP后超声0.5 h，将SB、DCB和CTAB体系的pH值分别调至6.0，OA体系调至7.0，体系在通氮气条件下在60℃反应12 h，浆液在80℃烘箱干燥12 h，将产物分别标记为DCB-LAP、SB-LAP、OA-LAP和CTAB-LAP。(OA、CTAB)-SB-LAP。

采用复合组装法^[16]制备LCT/SB-LAP、LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP。首先取1.5 g LCT溶于15 mL NMP溶液中，加入一定浓度的SB/NMP溶液形成半透明胶束。然后将1.0 g SB-LAP(或DCB-LAP、OA-LAP和CTAB-LAP)加入到胶束中，体系在通氮气条件下在70℃搅拌反应12 h。将产物离心分离后用95%乙醇洗3次，然后在80℃烘箱中干燥12 h。将产物分别标记为LCT/SB-LAP、LCT/DCB(OA，CTAB)-SB-LAP。

分别将15 mg LCT/SB-LAP、LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP放入10 mL容量瓶内，用无水乙醇溶解并定容，然后超声30 min。采用紫外-可见光谱法测定278 nm处的吸光度，确定溶液中LCT的浓度，根据LCT的标准工作曲线计算浓度。根据LCT浓度和所用样品的质量计算出LCT的载药量。LCT/SB-LAP、LCT/DCB-SB-LAP、LCT/OA-SB-LAP和LCT/CTAB-SB-LAP中LCT的载药量分别为13.3%、20.2%、16.5%和18.2%。

将0.1 g LCT/SB-LAP、LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP样品分别分散在200 mL pH 5.0或6.8缓冲溶液中，每隔一定时间分别取出3.5 mL上清液，并补充等量的缓冲溶液。将取出的上清液用0.45 μm微孔过滤膜过滤，测量278 nm的吸光度以测定其中的LCT含量，求出LCT的释放量。重复进行3次释放实验，取结果的平均值。释放实验的标准误差<3.0%。

为了进一步理解释放机理，用准二级动力学和抛物线扩散模型拟合释放数据^[17~19]。

其中，X_t和X_e分别为任意时间(t)、平衡时的释放百分比；k(k_d)为相应的释放动力学速率常数。

图2给出了SB(OA、DCB、CTAB)-LAP、LCT/SB-LAP和LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP的XRD谱。SB-LAP、DCB-LAP、OA-LAP和CTAB-LAP样品的第一衍射峰位置分别位于2.12°、2.24°、2.10°和2.18°，对应层间距d₀₀₁=4.16、3.94、4.20和4.05 nm。结果远大于LAP的d₀₀₁值(1.40 nm)^[20]，表明SB、OA、DCB和CTAB均成功插层LAP。与SB-LAP相比，LCT/SB-LAP的第一衍射峰晶面对应的衍射峰向低角度移动到2θ=1.74°，d₀₀₁=4.57 nm，表明农药LCT插层SB-LAP。另外，在LCT/SB-LAP复合材料中3.63°的衍射峰应归于吸附在复合材料表面的SB分子。LCT/DCB-SB-LAP的第一衍射峰移动到2θ=2.16°(d₀₀₁=4.09 nm)，与DCB-LAP相比略有增大。LCT/OA-SB-LAP第一衍射峰的位置与SB-LAP和OA-LAP相同。LCT/CTAB-SB-LAP的第一衍射峰位置移至2.02°，对应d₀₀₁=4.37 nm。LAP层板厚度约为0.96 nm^{[9, 20]}，LCT/SB-LAP、LCT/DCB-SB-LAP、LCT/OA-SB-LAP和LCT/CTAB-SB-LAP层间高度分别为3.61、3.13、3.13 和3.41 nm。SB、DCB、OA和CTAB的分子长度分别为2.76、1.98、1.54和2.15 nm^{[21, 24]}。根据复合材料的层间高度和表面活性剂的分子尺寸，推断出表面活性剂和农药分子在层间排列示意图(图3)。SB和DCB(OA、CTAB)的极性头之间存在静电作用，SB-DCB(OA)在层间是单层倾斜排列，SB和CTAB-SB可能是单层垂直排列。为了进一步明确SB在LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP制备过程中的作用，采用¹H NMR和ICP-OES技术研究了复合材料中S的含量。

NMR是证实复合材料中化合物存在的一种重要分析方法^[25]。图4给出了LCT/DCB(OA，CTAB)-SB-LAP和表面活性剂(SB、DCB、OA、CTAB)的液体¹H NMR谱图。LCT/DCB-SB-LAP的¹H NMR谱图显示出DCB、SB和LCT分子中主要基团上H的吸收峰。根据DCB和SB的谱图，δ1.65处的峰为SB中Hb1和DCB中Hb2的吸收峰，δ1.95处的峰归属为SB的Ha1吸收峰，证实DCB和SB存在于复合材料中。与LCT的¹H NMR谱相比，可见LCT分子也存在于复合材料中。对于LCT/OA-SB-LAP复合材料(图4b)，在δ1.73处的峰为OA的Hb3吸收峰，δ1.65和1.95是SB分子中的Hb1和Ha1吸收峰，表明OA和SB分子已经进入复合材料层间。对于LCT/CTAB-SB-LAP(图4c)，δ1.65处的峰归属于SB的Hb1和CTAB的Hb4吸收峰，而δ1.95对应SB的Ha1吸收峰。这些结果表明，SB和CTAB分子都存在于复合材料中。因此，制备复合材料时LCT分子由SB辅助进入复合材料层间。

用ICP-OES技术测量出不同样品的S含量，结果列于表1。可以看出，DCB和LAP化合物中含少量的S。LCT/SB-LAP样品的S含量为2.97%，远低于SB-LAP样品的8.36%。这表明，当LCT分子进入层间时一部分SB分子从SB-LAP层间离开，部分SB分子仍存在于复合材料中。LCT/DCB-SB-LAP、LCT/OA-SB-LAP和LCT/CTAB-SB-LAP比DCB-LAP、OA-LAP和CTAB-LAP具有更高的S含量，表明LCT分子与SB一起进入层间。

图5给出了LCT、LAP、SB(OA、DCB、CTAB)-LAP、LCT/SB-LAP和LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP的FT-IR光谱图。LAP的特性峰出现在1009、1641和3474 cm^-1，分别归属于硅酸盐中Si-O-Si典型特征峰^[26]、结构羟基的弯曲振动峰^[27]以及吸附水的伸缩振动吸收峰。671 cm^-1处的峰可归属为Mg-O的振动^{[5, 28, 29]}。对于LCT，3072和2970 cm^-1处吸收峰分别归属于苯环和苯环附近烷基链上C-H的伸缩振动。1587和1488 cm^-1处吸收峰为苯环的碳骨架振动。1727 cm^-1处吸收峰归属于C=O的伸缩振动，1234和1278 cm^-1处特征峰分别为C-O-C的对称和不对称伸缩振动，而苯醚的不对称伸缩振动出现在1078 cm^-1处。这些结果都与文献[30, 31]一致。对于所有含表面活性剂的样品，2926和2852 cm^-1附近吸收峰归于表面活性剂分子的CH₂基团的不对称和对称伸缩振动^[32]。对于SB-LAP(图5a)，1469 cm^-1处的吸收峰对应亚甲基剪式振动^[32]，1213和1077 cm^-1归属为SB中S=O的不对称和对称伸缩振动。对于LCT/SB-LAP，S=O的不对称和对称振动吸收峰(1210和1060 cm^-1)出现证实SB的存在。1490、1060和1035 cm^-1处的特征峰证实LCT的存在。对于DCB-LAP(图5b)，特征峰1469和1340 cm^-1归属于DCB中C=O的不对称和对称伸缩振动吸收峰^[22]。对于LCT/DCB-SB-LAP，SB中S=O的不对称和对称伸缩振动吸收峰出现在1204、1068 cm^-1处，1739、1587 cm^-1处吸收峰分别为LCT分子中C=O和C=C的伸缩振动峰。1492和1340 cm^-1处的吸收峰为DCB中C=O的不对称和对称伸缩振动吸收峰。这些结果表明，LCT、SB分子已经插入DCB-LAP层间。对于OA-LAP(图5c)，1068、 cm^-1峰为OA中C-N和N-O的伸缩振动吸收峰。对于LCT/OA-SB-LAP，特征峰1060和1056 cm^-1是OA中C-N和N-O的伸缩振动吸收峰，1585和1480 cm^-1处吸收峰归为LCT中C=C的伸缩振动，1740 cm^-1是LCT中C=O伸缩振动吸收峰。图中没有SB的S=O特征峰，可能是复合材料中SB的含量较低所致。对于CTAB-LAP(图5d)，1066 cm^-1附近吸收峰对应CTAB中C-N的伸缩振动。对于LCT/CTAB-SB-LAP，1069 cm^-1处的吸收峰归属为CTAB中C-N的伸缩振动，1587和1548 cm^-1处吸收峰归属为LCT中苯环的碳骨架振动。1741 cm^-1处的吸收峰为LCT中C=O的伸缩振动吸收峰，证实LCT分子插入了复合材料层间。

图6给出了LAP、SB(OA、DCB、CTAB)-LAP、LCT/SB-LAP和LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP失重过程的TGA和DTA曲线。LAP有2个失重阶段：第1个阶段(25~150℃)是游离水和吸附水的脱除，相应DTA曲线上88℃处有一个强吸热峰。第2个阶段(150~700℃)是LAP脱羟基过程，对应302℃处宽放热峰^[33]。SB-LAP有3个失重过程(图6A-)：第1个过程(25~150℃)归于游离水和吸附水的去除和SB的熔化，对应DTA曲线上46和141℃ 2个弱吸热峰。第2个过程(200~600℃)是SB蒸发、氧化分解和燃烧过程，对应225、331、360和517℃处4个放热峰。第3个过程(600~700℃)是LAP脱羟基过程，对应一个放热峰(684℃)^[34，35]。LCT/SB-LAP表现出3个失重过程(图6A-)：第1个过程(25~200℃)是由于LCT和SB的熔化，其吸热峰(142℃)非常弱，比纯SB吸热峰温度(136℃)稍高。第2个过程(200~600℃)为SB和LCT的熔融、分解和燃烧过程，对应233、268、336、360和502℃处5个放热峰(图6A-)。第3个过程(600~700℃)有一个弱而宽的放热峰(650℃)。DCB-LAP的DTA曲线有两个弱吸热峰(53和228℃)和一个强放热峰(360℃)，分别对应为吸附水脱除以及DCB的分解和燃烧。对于LCT/DCB-SB-LAP，2个强放热峰(360和506℃)对应LCT、DCB和SB的分解和燃烧。LCT/OA-SB-LAP的DTA曲线上的LCT、OA和SB放热峰位置(374、424和526℃)比OA-LAP中相应的峰温度(359和520℃)高，表明LCT的加入增强了它们之间的相互作用。CTAB-LAP在249、273、334和542℃处峰归为CTAB的分解和燃烧过程，在249、273℃处的放热峰与纯CTAB热分解相似^[34]，表明一些CTAB分子吸附在LAP的表面上。LCT/CTAB-SB-LAP在137℃处的弱吸收峰归为LCT和SB的熔化，362和538℃处放热峰归属为SB、CTAB和LCT的分解和燃烧。

由LCT-SB胶束成功制备了LCT/DCB (OA、CTAB)-SB-LAP复合材料，采用¹H NMR和ICP-OES手段证实SB分子成功插入层间。为了更进一步研究SB在制备复合材料中的作用，测量了不同样品在NMP中Zeta电势，结果列于表2。可以看出，DCB和CTAB带正电荷，而SB和OA带负电荷，其中SB的Zeta电势最小。此外，LCT/DCB-SB-LAP(LCT/OA-SB-LAP、LCT/CTAB-SB-LAP)复合材料的Zeta电势比DCB-LAP(OA-LAP、CTAB-LAP)小。这表明，添加SB降低了复合材料Zeta电势，且有助于LCT进入层间。另外，LCT/SB-LAP的Zeta电势比SB-LAP略高，意味着LCT/SB-LAP中SB的含量有所下降。

在制备复合材料过程中，两个因素影响LCT插层。首先，层间表面活性剂为LCT进入提供了空间和疏水环境。DCB、CTAB、SB、OA在LAP中插层扩大了层间距，进一步与SB胶束反应时，DCB、CTAB、SB、OA与LAP间较强的静电作用使表面活性剂分子不会完全逃离层间，层间较大的空间有助于LCT-SB的进入。但是，当Brij56-LAP与LCT-SB胶束反应时，Brij56和LAP间的作用较弱使层间Brij56分子离开LAP，层间的空间变小使SB分子难以进入层间。其次，表面活性剂胶束和LAP间的作用影响LCT的进一步插层。当DCB(CTAB)胶束和相应的复合物(DCB-LAP)混合反应时，DCB和LAP边缘间的静电排斥使DCB难以接近复合物。对于OA，由于其Zeta电势仅有-10.14 mV，OA和LAP间静电作用比较弱，使OA分子难以进入复合物层间，复合材料难以合成。对于SB，由于其Zeta电势为-28.30 mV，SB和复合物间有强烈的静电作用，SB分子从NMP溶液迁移到LAP边缘，与LCT一起进入复合材料层间，成功制备LCT/DCB (OA、CTAB)-SB-LAP复合材料。

图7给出了SB(OA、DCB、CTAB)-LAP、LCT/SB-LAP和LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP的形貌。SB(OA、DCB、CTAB)-LAP的SEM照片显示为层状结构、并以不同形状和大小的聚集体形式存在^[35]，与LAP的SEM照片相似^[34]。与DCB(OA、CTAB)-LAP相比，SB和LCT的插入没有破坏LAP的层状结构。另外，从SEM照片可见，所有样品均具有光滑的表面，与文献[12]的结果类似。

图8给出了LCT/SB-LAP和LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP复合材料在pH 5.0和6.8缓冲溶液中释放曲线。对于LCT/SB-LAP(图8a)，在最初的70 min内LCT快速释放，之后缓慢释放。在pH值为5.0和6.8的缓冲溶液中分别在55和70 min时达到释放平衡，LCT的累积释放量分别为62%和69%。对于LCT/DCB-SB-LAP，在起初的35 min内快速释放，然后缓慢释放。在pH值为5.0和6.8的缓冲溶液中分别在释放220和190 min时达到平衡，累积释放量分别为72%和66%。对于LCT/OA-SB-LAP，在pH值为5.0的溶液中在70 min内有一个相对快速的释放。这与LCT/SB-LAP的释放过程类似，在释放70 min时达到平衡，累积释放量为57%。在pH值为6.8的缓冲溶液中在35 min内发生快速释放，然后缓慢释放直至310 min达到平衡，累积释放量约为58%。对于LCT/CTAB-SB-LAP，在pH值为5.0和6.8的缓冲溶液中的两条释放曲线几乎重合，释放70 min时达到平衡，累积释放量仅为40%。这些结果表明，DCB(OA)的添加使LCT缓慢释放。

LCT/SB-LAP和LCT/DCB(OA、CTAB)-SB-LAP复合材料的释放行为可能受以下因素影响：(1)LAP的溶胀^[36] ；(2)层间高度；(3)表面活性剂与LAP间的相互作用。对于LCT/SB-LAP，一方面LAP分散在溶液中发生溶胀，有利于表面活性剂和LCT分子从层板脱除。另一方面，4种复合材料中LCT/SB-LAP的层间高度(3.61 nm)最大，为离子在层间和释放介质之间交换提供了便利。这两方面的原因导致C急剧释放。另外，SB的Zeta电势在4种表面活性剂中最小，SB和LAP边缘间存在强烈的静电相互作用，延缓了LCT的释放。总之，LAP溶胀和层间高度是LCT快速释放主要原因。对于LCT/CTAB-SB-LAP，其层间高度(3.41 nm)小于LCT/SB-LAP层间高度，不利于LCT释放。另外，作为阳离子表面活性剂，CTAB可通过补偿LAP的表面负电荷来阻止阳离子交换^[38]。因此，LCT/CTAB-SB-LAP累积释放量是4种复合材料中最低的。对于LCT/DCB-SB-LAP和LCT/OA-SB-LAP，层间高度(3.13 nm)是4种复合材料中最小的，表面活性剂分子在层间可能呈单层倾斜排列，从而延迟了LCT的释放。另外，DCB(OA)与LAP间的静电作用比较弱，有助于LCT的释放。研究表明，两性表面活性剂在不同pH值时表现出不同电性，可保持有机改性LAP复合材料的阳离子交换能力^[39]。两方面的作用使LCT从复合材料中缓慢释放，表面活性剂在层间的倾斜排列方式可能起主要作用。

利用准二级动力学和抛物线扩散模型对释放数据进行了拟合，结果在图9、10和表3中给出。准二级动力学和抛物线扩散拟合曲线呈直线，相关系数(R²)分别在0.9910~0.9999和0.9639~0.9923。准二级动力学描述整个释放动力学过程比抛物线扩散模型更适合，释放由扩散过程控制^[35]。

借助SB胶束使农药LCT进入LAP层间，LCT/SB-LAP、LCT/DCB-SB-LAP、LCT/OA-SB-LAP和LCT/CTAB-SB-LAP的层间高度分别为3.61、3.13、3.13和3.41 nm。提出了SB辅助LCT在LAP中插层机理。SB和LAP间有强烈的静电作用，使LCT伴随SB进入LAP层间。LCT的释放速率和累积释放量，与表面活性剂类型、层间排列方式有关。LCT/DCB-SB-LAP和LCT/OA-SB-LAP具有比LCT/SB-LAP更好的缓释性能，是表面活性剂在层间以单层倾斜排列引起的，用准二级动力学和抛物线扩散模型能很好地拟合其释放行为。