Nanocarreadores magnéticos para liberação controlada de herbicida: preparo, caracterização e avaliação ecotoxicológica em macrófitas

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Data

2021-08-31

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Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

Atualmente inúmeras tecnologias estão surgindo a fim de melhorar as práticas agrícolas e aumentar a produção alimentar. O desenvolvimento de nanopesticidas é um exemplo disto, em que defensivos agrícolas podem estar encapsulados em nanoestruturas, permitindo assim um controle da liberação destes ativos no ambiente. Entretanto, o desenvolvimento de nanopesticidas, capazes de serem manipulados e aptos a liberarem ativos de forma responsiva ao ambiente, ainda é um desafio. Neste sentido, um planejamento fatorial com ponto central foi utilizado, neste estudo, para auxiliar no desenvolvimento de dois novos nanocarreadores híbridos de poli-ε-caprolactona magnéticos (NCs - PCL), um sem e outro revestidos com quitosana (CS), a fim de produzir um sistema de liberação responsivo ao pH para o herbicida atrazina (ATZ) com propriedade magnética. Além disso, a caracterização físico-química dos nanocarreadores (sem e contendo o revestimento com quitosana) foi estudada por diferentes técnicas físico-químicas, bem como o perfil de cinética de liberação in vitro do herbicida e o efeito ecotoxicológico dos nanopesticidas em macrófitas aquáticas foi avaliado. Os nanocarreadores apresentaram tamanho de 659 nm para os nanopesticidas sem quitosana (PCL/ATZ Fe3O4@OA) e 631 nm para os nanopesticidas revestidos com quitosana (PCL/ATZ Fe3O4@OA CS), potencial zeta de -21,9 mV e +11,2 mV, respectivamente, além de boa estabilidade coloidal e índice de polidispersão menor que 0,2 para ambas as formulações. Ensaios de cinética de liberação mostraram que os nanopesticidas revestidos com quitosana (PCL/ATZ Fe3O4@OA CS) foram responsivos ao pH, apresentando maior liberação em pH ácido. Ensaios de ecotoxicidade em macrófitas aquáticas (Azolla Caroliniana) mostraram que a atrazina não encapsulada apresentou um efeito tóxico mais rápido em relação aos nanopesticidas em função do tempo. Além disso, os nanopesticidas foram aplicados em solo e água, e devido a sua característica magnética foi possivel recuperar os sistemas em ambas as matrizes. Desta forma, tais nanopesticidas híbridos abrem novos caminhos para o uso de liberação de pesticidas para a agricultura, uma vez que sua liberação pode ser controlada pela variação de pH, bem como, podem ser coletados (em caso de toxicidade) ou rastreados, quando se deseja estudar o destino e comportamento deles no ambiente, algo tão complexo de se fazer atualmente com as técnicas analíticas existentes. Palavras chaves: nanopesticidas, polímeros, sistemas de liberação, pesticidas, materiais híbridos, nanotoxicologia.
Currently, numerous technologies are emerging in order to improve agricultural practices and increase food production. The development of nanopesticides is an example of this, in which agricultural pesticides can be encapsulated in nanostructures, thus allowing control of the release of these actives in the environment. However, the development of nanopesticides, capable of being manipulated and releasing actives in a responsive way to the environment, is still a challenge. In this sense, a central point factorial design was used in this study to assist in the development of two new magnetic poly-ε-caprolactone hybrid nanocarriers (NCs - PCL), one without and the other coated with chitosan (CS), in order to produce a pH-responsive delivery system for the magnetic-property herbicide atrazine (ATZ). In addition, the physicochemical characterization of nanocarriers (without and containing the coating with chitosan) was studied by different physicochemical techniques and the in vitro release kinetic profile of the herbicide and the ecotoxicological effect of nanopesticides on aquatic macrophytes was rated. The nanocarriers had a size of 659 nm for the nanopesticides without chitosan (PCL/ATZ Fe3O4@OA) and 631 nm for the nanopesticides coated with chitosan (PCL/ATZ Fe3O4@OA CS), the zeta potential of -21.9 mV and +11.2 mV, respectively, in addition to good colloidal stability and polydispersion index less than 0.2 for both formulations. Release kinetic assays showed that chitosan-coated nanopesticides (PCL/ATZ Fe3O4@OA CS) were pH-responsive, showing higher release kinetics at acidic pH. Ecotoxicity assays on aquatic macrophytes (Azolla Caroliniana) showed that unencapsulated atrazine had a faster toxic effect than nanopesticides as a function of time. In addition, nanopesticides were applied to soil and water, and due to their magnetic characteristics, it was possible to recover the systems in both environments. In this way, such hybrid nanopesticides open new paths for the use of pesticide release for agriculture, since their release can be controlled by pH variation, as well as, they can be collected (in case of toxicity) or tracked when wants to study their fate and behavior in the environment, something so complex to do today with existing analytical techniques. Keywords: nanopesticides, polymers, release systems, pesticides, hybrid materials, nanotoxicology.

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Palavras-chave

Nanopesticidas, Sistema de liberação, Polímeros, Nanopesticides, Polymers, Release systems, Pesticides, Hybrid materials, Nanotoxicology

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