Optimización de Nanoentrega de Avermectina: Impacto del Tamaño de Partícula en Liberación, Estabilidad y Control de Plagas

Introducción

Los pesticidas son fundamentales para manejo de enfermedades y plagas en plantas, pero formulaciones convencionales sufren mala dispersión, degradación rápida y altas tasas pérdida (hasta 70–90 %) por biodegradación, fotólisis, evaporación, escorrentía y lixiviación acuífera. Estos desafíos comprometen seguridad alimentaria y calidad ambiental, subrayando necesidad de estrategias avanzadas entrega.

La nanotecnología ofrece vía prometedora para mejorar rendimiento pesticidas. Formulaciones nanopartículas aumentan área superficial y mejoran distribución espacial en superficies foliares, mientras nanovehículos poliméricos permiten liberación lenta y controlada de ingredientes activos. El ácido poliláctico (PLA), polímero biodegradable aprobado FDA, ha probado eficacia como vehículo para moléculas bioactivas y se explora cada vez más para encapsulación pesticidas por su amigabilidad ambiental, bajo costo y escalabilidad.

La entrega nanopartículas expande área contacto entre plaga y pesticida, mejorando adhesión y penetración. La avermectina (Av) es biopesticida amplio espectro, baja toxicidad, pero se degrada rápido bajo UV y tiene vida media acuosa corta. Microencapsulación se ha intentado, pero cápsulas resultantes (1–5 µm) son grandes y desiguales, limitando dispersión y eficacia. Existe trabajo limitado en sistemas nanoentrega Av con distribución tamaño controlada.

Esta investigación busca sintetizar sistemas nanoentrega Av con tamaños partícula variables via polimerización emulsión usando PLA, y evaluar cómo tamaño influye en comportamiento liberación, fotoestabilidad y actividad biológica.

Experimental

Materiales

PLA y Av suministrados por Nature Works y Qilu Pharmaceutical Co., Ltd. (Mongolia Interior, China). Alcohol polivinílico (PVA, 87–90 % hidrolizado, M_w 30 000–70 000) de Sigma-Aldrich Shanghai. Gelatina de Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Membranas diálisis de Beijing Tianan Technology Co., Ltd. Demás reactivos grado analítico, agua Milli-Q (18,2 MΩ cm) usada siempre.

Preparación Sistema Nanoentrega Avermectina

Emulsión aceite-en-agua (O/W) formada combinando PLA y Av disueltos en cloruro metileno (fase aceite) con fase acuosa conteniendo gelatina y PVA. Fase aceite goteada en fase acuosa bajo emulsificación alto cizallamiento (FA25, FLUKO) produciendo emulsión grosera, luego homogenizada por ultrasonicación (JY 92-IIN). Emulsión resultante agitada overnight evaporar solvente, colectada por centrifugación, lavada tres veces agua desionizada, y liofilizada a polvo fluido, almacenado 4 °C.

Caracterización Sistemas Nanoentrega

Morfología partícula examinada por microscopía electrónica barrido (SEM, JSM-6700 F) tras recubrimiento platino. Distribuciones tamaño medidas por dispersión luz dinámica (Zetasizer NanoZS90) a 25 °C.

Determinación Carga Avermectina

Contenido Av cuantificado por espectroscopía UV-vis (245 nm). Muestras pesadas, disueltas cloroformo, evaporadas, redisueltas metanol, filtradas, analizadas.

Estudios Liberación Controlada

Muestras suspendidas en 10 mL etanol/agua 1:1, colocadas en bolsa diálisis, sumergidas en 90 mL mismo medio. Intervalos fijos, alícuotas 5 mL reemplazadas con solvente fresco, concentración Av medida UV-vis. Abamectina técnica (TC) sirvió control.

Comportamiento Fotólisis

Fotólisis Av evaluada irradiando soluciones metanol/agua bajo lámpara UV 500 W (λ = 365 nm) hasta 72 h, muestreo cada 12 h.

Pruebas Estabilidad

Muestras almacenadas 0 ± 2 °C 7 días y 54 ± 2 °C 14 días, luego contenido Av re-midido.

Bioensayos

Bioensayos inmersión hoja contra larvas pulgón col. Hojas inmersas en suspensiones Av con Triton X-100, secadas, expuestas 48 h incubación (25 °C, 75 % HR). Mortalidad registrada, valores LC₅₀ calculados con DPS v12.01. WDP comercial usado control.

Resultados y Discusión

Construcción y Caracterización Sistema Nanoentrega Avermectina

Figura 1 esquematiza flujo síntesis. Variando relación PVA/gelatina, se lograron tamaños partícula 344–827 nm (Figura 2). Carga Av varió 33,4 %–57,5 % (Figura 3). Todas partículas lisas, esféricas, uniformemente dispersas.

Esquema preparación sistema nanoentrega Av.

Imágenes SEM (a–d) y distribuciones tamaño (e) sistemas nanoentrega Av.

Carga Av según tamaños partícula.

Liberación Avermectina desde Sistema Nanoentrega In Vitro

Perfiles liberación (Figura 4) revelan Av técnica libera casi totalmente en 25 h, mientras nano-sistemas exhiben liberación bifásica: ráfaga inicial seguida liberación sostenida 240 h. Partículas menores (344 nm) liberaron 79,4 % Av, comparado 53,2 % para 827 nm, indicando mayor área superficial acelera difusión. Así, tamaño partícula es palanca clave para adaptar cinética liberación.

Comportamientos liberación sistemas nanoentrega Av en etanol/agua (1:1, v/v) sobre 200 h.

Actividad Biológica

Bioensayos contra pulgones (Figura 5) muestran tendencia clara: valores LC₅₀ disminuyen al encoger partícula. Partículas menores mejoran dispersión, humectabilidad y retención, aumentando biodisponibilidad. Todos nano-sistemas superan Av WDP comercial, confirmando nanoencapsulación aumenta eficacia.

Resultados bioensayo sistemas nanoentrega Av con tamaños partícula variables.

Propiedades Protección UV Avermectina en Sistema Nanoentrega

Experimentos fotólisis (Figura 6) demuestran sistema nanoentrega protege Av degradación UV: tras 48 h, solo 18,7 % fotólisis vs 46,7 % WDP comercial; a 72 h, 25,6 % vs 51,5 %. Pared polimérica protege eficazmente ingrediente activo.

Comparación porcentaje fotólisis Av con WDP comercial y sistema nanoentrega bajo irradiación UV.

Estabilidad Almacenamiento

Pruebas estabilidad (Figura 7) indican carga Av estable a 0 °C y 25 °C. Pérdida modesta (<5 %) tras 14 días a 54 °C, atribuible degradación térmica. En general, sistema nanoentrega exhibe excelente estabilidad almacenamiento.

Estabilidad sistema nanoentrega Av a diferentes temperaturas almacenamiento.

Conclusiones

Fabricamos exitosamente sistemas nanoentrega avermectina con tamaños partícula controlados via polimerización emulsión y PLA como vehículo biodegradable. Tamaño partícula dicta tasa liberación, protección UV y actividad biológica: partículas menores liberan Av más rápido, mejoran control plagas y ofrecen fotoestabilidad superior. Estos nano-sistemas superan limitaciones biopesticidas convencionales —degradación rápida, adsorción suelo, corta duración acción— mejorando eficacia, reduciendo frecuencia aplicación y minimizando impacto ambiental.