陳昕璐,臺宗光,,朱全剛,高 申 (.海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院, 上海00433;.上海市皮膚病醫(yī)院, 上海00443)
隨著全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化,蚊媒傳染病的自然疫源區(qū)在不斷擴(kuò)大,疾病的流行頻度也在不斷增強(qiáng),蚊媒傳染病的發(fā)病率呈現(xiàn)出上升趨勢[1]。蚊媒傳染病是嚴(yán)重危害人類健康的公共安全問題,其中登革熱是中國,也是全球最嚴(yán)重的蚊媒傳染病。全球平均每年有3.9億人感染登革熱[2],中國2019年登革熱的發(fā)病率為1.588 8/10萬,總發(fā)病人數(shù)達(dá)22 188例。除此之外,瘧疾[3]、流行性乙型腦炎、黃熱病、寨卡病毒病等蚊媒傳染病頻繁的局部爆發(fā)也給地區(qū)公共衛(wèi)生安全帶來了巨大的壓力[4]。再者,邊防線上的廣大指戰(zhàn)員,因作戰(zhàn)需要長時(shí)間駐守野外,蚊子的襲擊對部隊(duì)的作戰(zhàn)和休息有極大影響。因此,世界各國軍隊(duì)均重視驅(qū)蚊劑的研究開發(fā)。
減少蚊子數(shù)量、阻止蚊子叮咬和使用疫苗等是控制蚊媒傳染病的主要手段。經(jīng)過數(shù)十年殺蟲劑的使用,蚊子對于殺蟲劑的抵抗力明顯增強(qiáng)。同時(shí),殺蟲劑引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題也讓其應(yīng)用受到限制。驅(qū)蚊劑又稱為避蚊劑、驅(qū)避劑,1954年Mecabe等第一次提出驅(qū)蚊劑的概念。研究顯示,幾乎所有蚊蟲驅(qū)避劑都是通過影響蚊蟲的嗅覺感知機(jī)制來誘導(dǎo)蚊蟲的驅(qū)避行為。蚊蟲的氣味受體包括一個與氣味分子特異結(jié)合的嗅覺受體(ORx)和一個共受體(Orco),二者形成ORx-Orco復(fù)合結(jié)構(gòu)[5]。驅(qū)避劑能夠抑制氣味引發(fā)的ORx介導(dǎo)的電流,或者充當(dāng)“掩飾劑”,通過改變?nèi)梭w氣味的化學(xué)特征來降低ORx的反應(yīng)[6]。另外,一些新型驅(qū)避劑(如VUAA1)能夠直接激活 Orco 而不是單獨(dú)激活某個ORx,使蚊蟲喪失對血液和其他氣味的分辨力從而無法識別人體位置。
理想的驅(qū)蚊產(chǎn)品應(yīng)對多種蚊子具有趨避作用且驅(qū)避效果好、時(shí)間長;對人體安全性高、無刺激性且又對環(huán)境友好。市售驅(qū)蚊產(chǎn)品主要是用于皮膚表面的涂抹類產(chǎn)品,國內(nèi)使用最多的為驅(qū)蚊花露水,占國內(nèi)驅(qū)蚊劑市場比例的50%以上。驅(qū)蚊活性成分按其來源可分為天然驅(qū)蚊活性成分和化學(xué)合成驅(qū)蚊活性成分。天然驅(qū)蚊劑大多來源于植物,化學(xué)合成驅(qū)蚊活性成分是人工合成的有蚊子驅(qū)避作用的化學(xué)物質(zhì)。避蚊胺或驅(qū)蚊酯作為國際公認(rèn)的高效化學(xué)驅(qū)蚊成分,常出現(xiàn)在各類花露水中[7]。
新技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上改善了現(xiàn)有驅(qū)蚊劑的刺激性、皮膚滲透性、作用時(shí)間短等問題。同時(shí),隨著制劑技術(shù)的不斷發(fā)展,以納米技術(shù)為支撐的一系列新型驅(qū)蚊劑不斷涌現(xiàn),納米與紡織技術(shù)的結(jié)合也為新型驅(qū)蚊產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了新方法。
本文介紹了天然驅(qū)蚊活性成分、化學(xué)合成驅(qū)蚊活性成分及相關(guān)制劑的發(fā)展情況,為新型驅(qū)蚊劑的研發(fā)提供參考。
天然驅(qū)蚊活性成分可生物降解、低殘留,擁有較高的環(huán)保價(jià)值。一些植物來源的驅(qū)蚊活性成分,由于植物資源豐富,所以制備成本低、有利于推廣[8],但部分天然驅(qū)蚊活性成分存在揮發(fā)速度快、作用時(shí)間短等問題。
大多數(shù)天然驅(qū)蚊活性成分為萜類化合物。香茅提取物和桉樹葉提取物是萜類驅(qū)避劑的典型化合物。二者擁有良好的驅(qū)蚊活性,被應(yīng)用于多種市售驅(qū)蚊產(chǎn)品。自20世紀(jì)初期開始,香茅油就開始被印度軍隊(duì)用來驅(qū)趕蚊子,其驅(qū)避效果可與化學(xué)驅(qū)避劑——N,N-二乙基間甲苯胺(DEET)相當(dāng)。
桉樹葉油是目前為止最有效的天然驅(qū)蚊活性成分之一,將桉樹葉油直接涂抹于皮膚上就可起到驅(qū)蚊的作用,其主要成分為揮發(fā)性高的單萜類化合物——香茅醛,只能在短時(shí)間內(nèi)有效。桉樹葉油的另一種成分檸檬桉醇(PMD)同樣具有強(qiáng)大的驅(qū)蚊活性[9],PMD的揮發(fā)速度較慢,所以具有更加持久的保護(hù)作用[8]。另外,從檸檬桉樹油中分離的以對-薄荷-3,8-二醇為代表的一系列衍生物已被美國疾病控制中心(CDC)認(rèn)可[10],是CDC唯一推薦使用的植物源驅(qū)蚊成分,與合成驅(qū)蚊成分DEET、派卡瑞丁、伊默寧并列。
近年來,許多天然產(chǎn)物的驅(qū)避活性被發(fā)掘出來。Cermak等[11]從椰子油中提取到一種高驅(qū)避活性的脂肪酸,其中中鏈脂肪酸表現(xiàn)的驅(qū)蚊效果最為突出。Cermak等還設(shè)計(jì)了一種含天然椰子脂肪酸的淀粉水配方,其驅(qū)蚊作用時(shí)間長達(dá)96 h,是迄今為止保護(hù)時(shí)間最長的天然驅(qū)蚊產(chǎn)品。Reichert等[12]研究了兩種不同化學(xué)類型的貓薄荷精油及其分離的貓內(nèi)酯異構(gòu)體對埃及伊蚊的驅(qū)蚊效果。結(jié)果表明,所有揮發(fā)油樣品及其純化的紫荊異構(gòu)體均能達(dá)到95%以上的驅(qū)避效果。其中,奈培內(nèi)酯和粗揮發(fā)油樣品在減少蚊子著陸方面比DEET顯示出更好的作用效果。
另有研究表明,蚊子腿獨(dú)特的防水結(jié)構(gòu)在使其具備疏水作用的同時(shí)增強(qiáng)了其對疏水性物質(zhì)的潤濕性,這種潤濕性促使蚊蟲在油涂層表面的接觸時(shí)間縮短,表現(xiàn)為對油涂層的逃逸行為。因此,應(yīng)用疏水性物質(zhì)可以達(dá)到一定的驅(qū)蚊效果。Iikura等[13]發(fā)現(xiàn)個人護(hù)膚品中的硅油可以實(shí)現(xiàn)上述反應(yīng),而兩棲河馬分泌物的物理性質(zhì)與低黏度硅油相似,也可引發(fā)逃逸反應(yīng),這提示了其作為天然驅(qū)蚊劑的潛力。
植物提取物按照一定的配比進(jìn)行組合,各組分之間可實(shí)現(xiàn)協(xié)同。許多研究表明了混配后精油的增效作用。熊正燕等[14]進(jìn)行了4種植物精油(香茅油、冬青油、薰衣草油和檸檬油)混配后對淡色庫蚊的驅(qū)蚊效果研究。研究發(fā)現(xiàn),檸檬油與冬青油以1:1重量比混配后的增效作用最為突出。
郁凱等[15]研究了香樟葉、香樟果實(shí)和天竺桂葉精油的熏蒸使用對致倦庫蚊的作用。用3種精油和兩兩復(fù)配的精油進(jìn)行20 min的熏蒸,檢測熏蒸后24 h內(nèi)的KT值(擊倒蚊子數(shù)量50%所用的時(shí)間)并計(jì)算共毒系數(shù)。香樟葉精油與天竺桂葉精油以體積比1∶9、3∶7、5∶5混配后的共毒系數(shù)均在150以上,香樟果實(shí)精油與天竺桂葉精油以體積比1∶9、5∶5、7∶3混配后的共毒系數(shù)也可達(dá)140。也有研究將合成驅(qū)蚊成分與天然驅(qū)蚊成分配合使用,如將DEET與驅(qū)避活性較強(qiáng)的胡蘿卜醇混合使用,二者表現(xiàn)為協(xié)同作用,顯著延長了驅(qū)蚊時(shí)效[16]。
大多植物源驅(qū)蚊活性成分存在組分復(fù)雜、作用不穩(wěn)定的問題,為此,研究者嘗試合成了大量的具有驅(qū)蚊活性的物質(zhì)。
DEET又稱避蚊胺,由美國農(nóng)業(yè)部門研發(fā),早期只用于軍事,自1957年起開始被推廣,是使用最廣泛的高效廣譜驅(qū)蚊成分。DEET可對包括埃及伊蚊在內(nèi)的多種蚊蟲產(chǎn)生強(qiáng)大而持久的驅(qū)避作用,是公認(rèn)的驅(qū)蚊劑的“金標(biāo)準(zhǔn)”。但DEET引發(fā)的不良反應(yīng)時(shí)常受到人們的關(guān)注,DEET可經(jīng)皮膚吸收進(jìn)入血液,這是DEET引發(fā)不良反應(yīng)的原因之一[17]。不過,DEET的不良事件多在誤用后產(chǎn)生,在正確應(yīng)用方法和劑量下的安全性較高[18]。
IR3535又稱驅(qū)蚊酯,是一種廣譜、高效的驅(qū)蚊成分,由默克公司在β-丙氨酸化學(xué)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上開發(fā)而來。IR3535的作用時(shí)間長,在使用條件下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,同時(shí)具有高的熱穩(wěn)定性。其驅(qū)避效果雖低于DEET,但生物相容性更好,可被用于開發(fā)6個月以上兒童和孕婦的低毒外用驅(qū)避劑配方[19]。
派卡瑞丁是德國拜耳公司研制的一種長效驅(qū)避劑。與DEET相比,派卡瑞丁在皮膚表面蒸發(fā)慢,所以可達(dá)到更加持久的驅(qū)蚊效果。研究表明,派卡瑞丁對敏感人群的眼睛和皮膚具有刺激性,但它較DEET毒性小、耐受性好。含量在5%~10%的派卡瑞丁制劑可用于6個月以上的兒童。此外,派卡瑞丁還具有不油膩,不會導(dǎo)致塑料和丙烯酸降解的優(yōu)勢。
在DEET骨架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,研究人員從120多種酰胺取代基中發(fā)現(xiàn)了與DEET驅(qū)避活性相當(dāng)?shù)腄EPA[7],且毒理學(xué)試驗(yàn)顯示DEPA具備更高的安全性。DEPA的有效時(shí)間可達(dá)8 h以上,能夠達(dá)到長時(shí)間驅(qū)蚊的目的。印度武裝部隊(duì)曾用DEPA做驅(qū)蚊劑來預(yù)防蟲媒病毒的侵害。
與上述其他驅(qū)避劑不同,氯菊酯主要用于衣物和戶外裝備。它可長期附著于織物纖維,耐磨耐洗。20世紀(jì)70年代,氯菊酯開始被用于處理軍服。軍服用含有0.6%二氯菊酯的水乳劑浸泡后可有效驅(qū)避蚊蟲[20]。在此基礎(chǔ)上,Richoux等[21]研究發(fā)現(xiàn)了幾種擬除蟲菊酯酸,這些擬除蟲菊酯酸比親代擬除蟲菊酯更有活性,且具有比DEET更強(qiáng)的空間驅(qū)避性。這些酸還可以與其他擬除蟲菊酯或母體擬除蟲菊酯組合產(chǎn)生協(xié)同作用,表現(xiàn)出更強(qiáng)的空間驅(qū)避性和蒸氣毒性。
昆蟲的ORx需要通過與Orco形成復(fù)合物(OR-Orco)來檢測氣味分子。驅(qū)蚊劑大多都是通過抑制OR-Orco的激活來達(dá)到驅(qū)避蚊蟲的作用。可是,靶向單個氣體分子敏感的OR較為復(fù)雜且限制因素多。如果我們直接刺激Orco,實(shí)現(xiàn)全部的Orco激活,使蚊子的嗅覺過載,就可以阻止它獲取血液氣味并趨向目標(biāo)的行動。于是人們將目光轉(zhuǎn)向了能夠有可能激活所有Orco的化合物上,發(fā)現(xiàn)了代號為“VUAA1”的化學(xué)分子,其驅(qū)蚊效果可達(dá)DEET的數(shù)千倍[22]。VUAA1是首個能夠特異性結(jié)合Orco,導(dǎo)致OR-Orco變構(gòu)激活的化合物,激活OR-Orco后可以使昆蟲對氣味的刺激無法產(chǎn)生反應(yīng),從而讓昆蟲不再對人體的氣味分子敏感。雖然VUAA1驅(qū)蚊效力比DEET強(qiáng)且毒性較低,但其溶解性差、揮發(fā)性低,在沒有佐劑配合使用的情況下驅(qū)蚊作用難以發(fā)揮。這在一定程度上限制了VUAA1的應(yīng)用。不過VUAA1可以通過加熱或與反氟菊酸、香茅油混合的方式來提高其驅(qū)蚊效果。
同時(shí),研究人員還對其構(gòu)效關(guān)系展開深入研究,不斷開發(fā)出具有更高活性和更具商業(yè)價(jià)值的VUAA1類似物。目前,其研究多在于新的類似化合物的合成,其應(yīng)用也多在于昆蟲氣味受體實(shí)驗(yàn)研究,可見如果想要將它發(fā)展成為商業(yè)化驅(qū)蟲產(chǎn)品還有很長的一段路要走。VUAA1提供了一種全新的驅(qū)避機(jī)制,為驅(qū)蚊劑的研究提供了新思路,具有極大的應(yīng)用潛力[23]。
常用的驅(qū)蚊產(chǎn)品一般以噴霧、乳液和凝膠為主,其中劑型、輔料的改變以及制備工藝都會影響驅(qū)蚊效果。大多數(shù)市售驅(qū)蚊劑普遍存在蒸發(fā)速度快、有效保護(hù)時(shí)間短等問題。另外,驅(qū)蚊劑對皮膚刺激性和滲透性也需要在劑型設(shè)計(jì)中尋找解決方案。安全性更高、適用性更好的新型驅(qū)蚊劑是目前的研究方向。
市售驅(qū)蚊產(chǎn)品多以噴霧和涂抹的方式使用。噴霧劑通常以酒精和丙二醇作為溶劑,易對皮膚產(chǎn)生刺激,還會促進(jìn)驅(qū)蚊成分的蒸發(fā)及滲透。納米乳液能夠?qū)⒂H油的活性物質(zhì)分散成納米乳滴的形式克服上述缺點(diǎn)。Agrawal等[24]采用空化輔助技術(shù)制備了香茅油水溶液納米乳液,藥物的釋放速率隨乳滴尺寸的減小而增大,其中最小尺寸的液滴可達(dá)60 nm,使納米乳劑具備了更好的穩(wěn)定性。
納米乳劑還可以克服植物精油揮發(fā)性強(qiáng)所導(dǎo)致的驅(qū)避效果不佳的問題。Narawi等[25]采用高速勻漿機(jī)和超聲儀,以甘油為共溶劑制備了載肉豆蔻油的納米乳劑。該納米乳劑細(xì)胞毒性較小,在8 h內(nèi)的驅(qū)避率最高可達(dá)87.81%。甘油作為共溶劑改善了外觀和穩(wěn)定性,解決了精油揮發(fā)快的問題。
微膠囊化減少了活性成分的暴露,可降低皮膚的滲透,還可顯著延長精油驅(qū)蚊作用的持續(xù)時(shí)間。Misni等[26]采用界面沉淀法將高良姜、柚子、枳實(shí)等植物精油和DEET微膠囊化,減少了植物精油的揮發(fā)、延長了保護(hù)時(shí)間。
相比于緩釋劑,具備控釋作用的微膠囊優(yōu)勢更明顯,可實(shí)現(xiàn)按需釋放活性成分。Ribeiro等[27]采用改性溶膠-凝膠法和水熱法制備了納米TiO2并通過改性界面聚合法制備了香茅油聚氨酯微膠囊,可通過陽光控制藥物釋放。Forgerini等[28]開發(fā)了一種載氯菊酯的脂質(zhì)核納米膠囊,作為噴霧劑使用方便、驅(qū)蚊效果好,并且對織物黏附性高。
兩親性高分子能在水溶液中形成膠束,Balaji等[29]通過聚乙二醇(PEG)聚合和PIT乳化法制備了一種高效水溶性驅(qū)蚊劑。在確定了PEG在DEPA自發(fā)乳化液滴中臨界膠束濃度的前提下,利用液滴物理-PIT乳化技術(shù)得到單分散的聚DEPA(Nano DEPA)膠束。在低暴露濃度下,Nano DEPA即具有明顯的驅(qū)蚊功效。將Nano DEPA浸漬在海藻酸酯交聯(lián)(ACL)棉織物和純棉(PL)織物上,檢測發(fā)現(xiàn)ACL棉織物比PL棉織物具有更高的耐水洗指數(shù)(WRI)。這顯示了其與紡織技術(shù)結(jié)合用于制備驅(qū)蚊材料的潛力。
外用凝膠的成型性好、無毒無刺激性,且在使用體驗(yàn)方面較原藥有所改善。以Pluronic F127為基礎(chǔ)的驅(qū)蚊水凝膠是一種納米膠束凝膠,能夠在皮膚上形成薄膜樣擴(kuò)散障礙,可以延緩驅(qū)蚊活性成分的揮發(fā),延長作用時(shí)間。與乙醇溶液相比,Pluronic F127納米凝膠可以使DEET在皮膚上的保留率提高60%,明顯減少皮膚滲透[17]。
固體脂質(zhì)納米??稍谄つw上形成儲存層,能夠避免藥物降解并控制藥物釋放。由于是采用類脂為載體,其良好的生物相容性和可降解特性引起了許多研究人員的關(guān)注。Puglia等[30]將二乙基甲苯酰胺和對甲氧基肉桂酸乙基己酯(OMC)載入到固體脂質(zhì)納米粒中,二者的協(xié)同效應(yīng)可提高藥物穩(wěn)定性、降低皮膚滲透性并延長作用時(shí)間。Karr等[31]通過界面沉淀的方法將15%濃度的DEET制成固體脂質(zhì)納米粒,使皮膚滲透性較乙醇溶液對照組降低了30%,揮發(fā)時(shí)間延長到48 h。
疏水的小分子可借助范德華力與環(huán)糊精(β-CD)形成包合物。利用這一特性將驅(qū)蚊活性小分子與環(huán)糊精制備包合物,可增加驅(qū)蚊成分的溶解度,并實(shí)現(xiàn)緩釋的效果。Songkro等[32]制備了香茅精油與β-環(huán)糊精的包合物,使香茅油釋放速率明顯降低。吳迪等[33]將驅(qū)蚊酯與γ-環(huán)糊精制成重量比為1∶1的包合物,不僅穩(wěn)定性良好,且具有緩釋、低刺激性的優(yōu)勢。
微海綿技術(shù)常被用于外用護(hù)膚品和皮膚制劑,產(chǎn)品美觀且使用感受良好,因此可以考慮用于護(hù)膚品和驅(qū)蚊產(chǎn)品的結(jié)合。微海綿技術(shù)可將細(xì)微顆粒鎖定在藥物中,通過定時(shí)緩釋實(shí)現(xiàn)對藥物釋放的控制。Sharma等[34]選取不同藥聚比的乙基纖維素為原料,采用準(zhǔn)乳化溶劑擴(kuò)散法制備了一種新型驅(qū)蚊制劑—香茅油微海綿(MS)。MS呈球形,且具有多孔性質(zhì),將香茅油配方包裹在其中,使香茅油具備了更好的安全性和穩(wěn)定性。
納米纖維紡織技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超長效驅(qū)避保護(hù)。Iliou等[8]通過靜電紡絲技術(shù)制備了以香茅油為活化劑的微米/納米纖維單層和三層體系。在微米/納米纖維體系中裝載香茅油,可使其展現(xiàn)更高的驅(qū)蚊活性,保護(hù)時(shí)間可持續(xù)4周以上。通過靜電紡絲技術(shù)在聚乙烯醇納米纖維結(jié)構(gòu)中加入驅(qū)避劑(如薄荷-3,8-二醇、氯菊酯、辣椒和辣椒油等物質(zhì))的微膠囊可以制備新型驅(qū)蚊紡織材料[34]。Sibanda等[35]以高密度聚乙烯為鞘,以含有DEET濃縮物的聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)為芯材,采用熔融紡絲法制備了DEET含量高達(dá)40 %的高密度聚乙烯纖維,可實(shí)現(xiàn)DEET的控制釋放,在20次冷洗后或在實(shí)驗(yàn)室條件下老化8個月后仍有驅(qū)避作用。Etrick等[36]在尼龍6聚合物電紡過程中加入氯氰菊酯,并將氯氰菊酯浸漬在氧等離子體處理的織物上,增加了織物表面的氯氰菊酯含量,顯著提高了蚊子的驅(qū)避率。
在追求更高驅(qū)蚊效果的同時(shí),人們越來越擔(dān)心驅(qū)蚊劑對健康造成的影響。驅(qū)蚊劑的毒性很大程度上取決于接觸途徑和劑量水平。人們最主要的四種接觸方式為皮膚接觸、眼睛接觸、吸入和經(jīng)口攝入[37],最常見的意外暴露途徑是眼睛和鼻腔,這與大多數(shù)驅(qū)蚊劑制備成液體/氣體噴霧的形式有很大關(guān)系。當(dāng)驅(qū)蚊噴霧劑在身體周圍使用,可能被吸入或經(jīng)手部被吞下,誘發(fā)全身性的不良反應(yīng),如不慎進(jìn)入眼睛則有可能引發(fā)局部刺激。這些性質(zhì)對液體/氣體形式驅(qū)蚊劑的研究和設(shè)計(jì)非常重要,應(yīng)該給予充分重視。總之,應(yīng)充分考慮各方面因素,平衡對健康可能產(chǎn)生的不利影響,兒童和孕婦使用驅(qū)蚊劑的安全性問題尤其應(yīng)受到關(guān)注。在驅(qū)蚊劑使用方面,應(yīng)該強(qiáng)調(diào)對產(chǎn)品說明書的嚴(yán)格遵循以避免可能造成的毒性反應(yīng)。
另外,有研究表明,驅(qū)蚊劑與防曬產(chǎn)品同時(shí)使用會降低兩者效果,研發(fā)兼具防曬、護(hù)膚和驅(qū)蚊等多重功效的產(chǎn)品可能具有不錯的市場前景。這也提示研究者要將多因素納入考察范圍,尤其在設(shè)計(jì)軍方應(yīng)用的驅(qū)蚊產(chǎn)品時(shí),應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的實(shí)用性。