Chitosan-based nanoparticles for controlled release of Bromacil

Abstract

Herbicides are the most widely used method for weed control. However, the agricultural industry worldwide is facing several challenges including the environmental pollution problems (soils and water) caused by the unsuitable control on the use of pesticides. Recently, nanotechnology has become an option to improve the existing pest management techniques on plants. Polymer nanoparticles can be used for storage and controlled-release of agrochemicals, such as pesticides and fertilizers. In this regard, chitosan nanoparticles have been considered for agricultural applications due to the capability of size control at the nanoscale and porosity control capability, in addition to biodegradable and biocompatible characteristics. On the above basis, this work focuses on the development of a size-controlled synthesis method for chitosan nanoparticles for further use as a controlled-release system of the herbicide Bromacil. The chitosan nanoparticles were synthesized by polymerization using methacrylic acid in water. Bromacil was added at the beginning of the synthesis process. The efficiency encapsulation of Bromacil with the nanoparticles was 62%. The release of Bromacil associated with the nanoparticle at 40 °C was 6% in 5 days. from In vitro release kinetics experiments revealed that controlled release of the herbicides from the nanoparticles, was governed by diffusion and relaxation of the polymer chains. The results indicate that chitosan nanoparticles could be used as a controlled release system of the herbicide Bromacil.

Los Herbicidas son el método de control de malezas más utilizado. Sin embargo, mundialmente la industria agrícola se enfrenta a varios retos incluyendo problemas de contaminación ambiental (suelos y agua) causados por el uso inadecuado de plaguicidas. Recientemente, la nanotecnología se ha convertido en una opción para mejor las técnicas de control de plagas existentes en plantas. Las nanopartículas poliméricas pueden ser utilizadas para el almacén y la liberación controlada de agroquímicos como plaguicidas y fertilizantes. En este sentido, las nano partículas de chitosan se han considerado para aplicaciones agrícolas debido a su capacidad de controlar el tamaño en la escala nano, control de porosidad, en adición a sus características biodegradables y biocompatibles. En base a esto, este trabajo se enfoca en el desarrollo de una síntesis de nanopartículas de chitosan de tamaño controlado como plataforma para un sistema de liberación controlada del herbicida Bromacil. Las nanopartículas de chitosan fueron sintetizadas mediante polimerización usando ácido metacrílico en agua. El Bromacil fue añadido a la síntesis al inicio del proceso de síntesis. El % de encapsulación de las nano partículas de chitosan con Bromacil fue 62%. La liberación del Bromacil asociado con la nanoparticula a 40 °C fue 6% en 5 días. Los experimentos in vitro de la cinética de liberación del herbicida, revelaron que el mecanismo que rige la liberación es la difusión y la relajación de las cadenas poliméricas. Los resultados indican que las nanopartículas de chitosan podrían ser utilizadas como un sistema de liberación controlada para el herbicida Bromacil.