Otimização da Nano-Entrega de Avermectina: Impacto do Tamanho da Partícula na Liberação, Estabilidade e Controle de Pragas

Resumo

Empregar nano-carreadores para ingredientes ativos de pesticidas aumenta taxas de utilização e prolonga eficácia através de liberação controlada e proteção aprimorada. No entanto, a maioria das formulações de liberação controlada apresenta partículas grandes e polidispersas, limitando insights de desempenho. Neste estudo, sistemas de nano-entrega de avermectina (Av) foram engenheirados com tamanhos de partícula precisamente controlados, e sua cinética de liberação, fotostabilidade e bioatividade foram avaliadas. Ajustando tamanho de partícula, o perfil de liberação de Av pôde ser finamente ajustado, e atividade biológica aumentou com diminuição do tamanho. Estes achados demonstram que sistemas de nano-entrega de Av melhoram marcadamente liberação controlável, proteção UV e eficácia, reduzindo resíduos de pesticida e frequência de aplicação.

Contexto

Pesticidas são fundamentais para manejo de doenças e pragas de plantas, ainda formulações convencionais sofrem de pobre dispersão, degradação rápida e altas taxas de perda (até 70–90%) devido a biodegradação, fotólise, evaporação, escoamento superficial e lixiviação de água subterrânea. Estes desafios comprometem segurança alimentar e qualidade ambiental, sublinhando necessidade de estratégias avançadas de entrega.

Nanotecnologia oferece via promissora para melhorar desempenho de pesticidas. Formulações de nanopartículas aumentam área de superfície e melhoram distribuição espacial em superfícies foliares, enquanto nano-carreadores poliméricos permitem liberação lenta e controlada de ingredientes ativos. Ácido polilático (PLA), polímero biodegradável aprovado pelo FDA, provou ser eficaz como carreador para moléculas bioativas e é cada vez mais explorado para encapsulação de pesticidas devido à sua amigabilidade ambiental, baixo custo e escalabilidade.

Entrega por nanopartículas expande área de contato entre praga e pesticida, aumentando adesão e penetração. Avermectina (Av) é biopesticida de amplo espectro e baixa toxicidade, mas degrada rapidamente sob UV e tem meia-vida aquosa curta. Microencapsulação foi tentada, mas cápsulas resultantes (1–5 µm) são grandes e irregulares, limitando dispersão e eficácia. Trabalho limitado existe em sistemas de nano-entrega de Av com distribuição de tamanho controlada.

Esta pesquisa visa sintetizar sistemas de nano-entrega de Av com tamanhos de partícula variados via polimerização em emulsão usando PLA, e avaliar como tamanho influencia comportamento de liberação, fotostabilidade e atividade biológica.

Experimental

Materiais

PLA e Av foram fornecidos pela Nature Works e Qilu Pharmaceutical Co., Ltd. (Mongólia Interior, China). Álcool polivinílico (PVA, 87–90% hidrolisado, M_w 30.000–70.000) foi comprado da Sigma-Aldrich Shanghai. Gelatina foi obtida da Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Membranas de diálise vieram da Beijing Tianan Technology Co., Ltd. Todos os outros reagentes eram grau analítico, e água Milli-Q (18,2 MΩ cm) foi usada throughout.

Preparação do Sistema de Nano-entrega de Avermectina

Emulsão óleo-em-água (O/W) foi formada combinando PLA e Av dissolvidos em cloreto de metileno (fase óleo) com fase aquosa contendo gelatina e PVA. Fase óleo foi gotejada na fase aquosa sob emulsificação de alto cisalhamento (FA25, FLUKO) para produzir emulsão grosseira, então homogeneizada por ultrassom (JY 92-IIN). Emulsão resultante foi agitada overnight para evaporar solvente, coletada por centrifugação, lavada três vezes com água deionizada, e liofilizada em pó fluido, armazenado a 4 °C.

Caracterização dos Sistemas de Nano-entrega

Morfologia de partícula foi examinada por microscopia eletrônica de varredura (SEM, JSM-6700 F) após revestimento por sputtering de platina. Distribuições de tamanho foram medidas por espalhamento dinâmico de luz (Zetasizer NanoZS90) a 25 °C.

Determinação de Carga de Avermectina

Conteúdo de Av foi quantificado por espectroscopia UV-vis (245 nm). Amostras foram pesadas, dissolvidas em clorofórmio, evaporadas, redissolvidas em metanol, filtradas e analisadas.

Estudos de Liberação Controlada

Amostras foram suspensas em 10 mL de etanol/água 1:1, colocadas em bolsa de diálise e submersas em 90 mL do mesmo meio. Em intervalos definidos, alíquotas de 5 mL foram substituídas por solvente fresco, e concentração de Av medida por UV-vis. Abamectina técnica (TC) serviu como controle.

Comportamento de Fotólise

Fotólise de Av foi avaliada irradiando soluções metanol/água sob lâmpada UV 500 W (λ = 365 nm) por até 72 h, amostrando a cada 12 h.

Testes de Estabilidade

Amostras foram armazenadas a 0 ± 2 °C por 7 dias e 54 ± 2 °C por 14 dias, então conteúdo de Av foi re-mensurado.

Bioensaios

Bioensaios por imersão de folha contra larvas de pulgão de repolho foram realizados. Folhas foram imersas em suspensões de Av contendo Triton X-100, secas, e expostas a incubação de 48 h (25 °C, 75% UR). Mortalidade foi registrada, e valores LC₅₀ calculados com DPS v12.01. WDG comercial usado como controle.

Resultados e Discussão

Construção e Caracterização do Sistema de Nano-entrega de Avermectina

Figura 1 descreve fluxo de trabalho de síntese. Variando razão PVA/gelatina, tamanhos de partícula de 344 a 827 nm foram alcançados (Figura 2). Carga de Av variou de 33,4% a 57,5% (Figura 3). Todas partículas eram lisas, esféricas e uniformemente dispersas.

Liberação de Avermectina do Sistema de Nano-entrega In Vitro

Perfis de liberação (Figura 4) revelam que Av técnica libera quase totalmente em 25 h, enquanto nano-sistemas exibem liberação bifásica: explosão inicial seguida por liberação sustentada por 240 h. Partículas menores (344 nm) liberaram 79,4% de Av, comparado a 53,2% para partículas de 827 nm, indicando que maior área de superfície acelera difusão. Assim, tamanho de partícula é alavanca chave para ajustar cinética de liberação.

Atividade Biológica

Bioensaios contra pulgões (Figura 5) mostram tendência clara: valores LC₅₀ diminuem à medida que tamanho de partícula encolhe. Partículas menores aumentam dispersão, molhabilidade e retenção, aumentando assim biodisponibilidade. Todos nano-sistemas superam Av WDG comercial, confirmando que nano-encapsulação aumenta eficácia.

Propriedades de Blindagem UV da Avermectina no Sistema de Nano-entrega

Experimentos de fotólise (Figura 6) demonstram que sistema de nano-entrega protege Av de degradação UV: após 48 h, apenas 18,7% fotólise ocorre versus 46,7% para WDG comercial; a 72 h, 25,6% versus 51,5%. Parede de polímero efetivamente protege ingrediente ativo.

Estabilidade de Armazenamento

Testes de estabilidade (Figura 7) indicam que carga de Av permanece estável a 0 °C e 25 °C. Perda modesta (< 5%) ocorre após 14 dias a 54 °C, atribuível a degradação térmica. Overall, sistema de nano-entrega exibe excelente estabilidade de armazenamento.

Conclusões

Fabricamos com sucesso sistemas de nano-entrega de avermectina com tamanhos de partícula controlados usando polimerização em emulsão e PLA como carreador biodegradável. Tamanho de partícula dita taxa de liberação, proteção UV e atividade biológica: partículas menores liberam Av mais rapidamente, aumentam controle de pragas e oferecem fotostabilidade superior. Estes nano-sistemas superam limitações de biopesticidas convencionais — como degradação rápida, adsorção no solo e curta duração de ação — melhorando eficácia, reduzindo frequência de aplicação e minimizando impacto ambiental.