NANOESFERAS POLIMÉRICAS COMO SISTEMAS DE LIBERAÇÃO
MODIFICADA PARA OS HERBICIDAS AMETRINA E ATRAZINA
POLYMERIC NANOSPHERES AS A MODIFIED RELEASE SYSTEM FOR
AMETRYN AND ATRAZINE HERBICIDES
Cassia Zanetti Pimentel, Renato Grillo, André Henrique Rosa, Leonardo Fernandes Fraceto –
Campus Experimental de Sorocaba – Engenharia Ambiental – cassia.unesp@hotmail.com – FAPESP. Palavras-chave: liberação controlada; herbicidas triazínicos; nanoesferas.
Keywords: controlled release; triazine herbicides; nanospheres.
RESUMO
A proposta do presente trabalho foi preparar nanopartículas de poli (lactídeo-co-gligolídeo) (PLGA) visando melhorar a ação dos herbicidas triazínicos atrazina e ametrina. O estudo de caracterização das partículas mostrou que os valores obtidos em média para os parâmetros tamanho, potencial zeta e polidispersão foram de 200 nm, -16 mV e 0,10, respectivamente e a taxa de associação das melhores formulações foi de aproximadamente 50% quando incorporada a atrazina e 40% na incorporação da ametrina. O acompanhamento da estabilidade das formulações de PLGA ao longo de noventa dias constatou boa estabilidade do polímero. Também foram avaliadas as cinéticas de liberação in vitro dos herbicidas livres em comparação aos herbicidas encapsulados, testes que apresentaram mudança nesses perfis.
1. INTRODUÇÃO
Os compostos químicos triazínicos são um grupo de herbicidas similares muito utilizados como herbicidas no controle pré e pós-emergente de plantas daninhas nas mais variadas culturas, tais como, milho, cana-de-açúcar, sorgo, entre outras (COUTINHO et al., 2005). Dentro dessa classe encontram-se a atrazina e a ametrina que atuam nas plantas daninhas por inibição da sua fotossíntese. Apesar de sua importância na manutenção da produção agrícola, os herbicidas triazínicos estão, no mundo todo, presentes nas águas superficiais e subterrâneas, podendo causar prejuízos no sistema endócrino de organismos não-alvos, inclusive o ser humano, e também atividade carcinogênica e mutagênica, entre outros danos.
Nesse sentido, estudos que priorizam o desenvolvimento de sistemas nanoestruturados de liberação controlada para aplicação de agrotóxicos são importantes, visto que estudos com nanopartículas têm como objetivo diminuir os danos causados por eles (GRILLO et al., 2011; SILVA et al., 2010). Dentre essas novas tecnologias em estudo, o desenvolvimento de nanopartículas produzidas com matrizes de polímeros biodegradáveis e biocompatíveis aparecem como potencial alternativa para o agronegócio.
2. OBJETIVOS
Desenvolver (preparar e caracterizar) um novo sistema de liberação modificada para os herbicidas ametrina e atrazina, através da inserção desses agroquímicos em nanoesferas compostas pelo polímero poli (DL-láctídeo-co-glicolídeo) (PLGA) visando o preparo de formulações herbicidas mais eficientes e menos danosas ao ambiente.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Os materiais utilizados neste projeto foram: Álcool polivinilico (PVA) Sigma-Aldrich;
Atrazina pestanal e Ametrina pestanal Sigma-Aldrich; Poli (DL-lactide-co-glycolide) (85:15) Sigma-Aldrich;
Acetonitrila Tedia® (Brasil); Membrana Millipore® de 0,22 µm;
Celulose regenerada de 30 kDa (Microcon – Millipore®);
Membrana de celulose (Spectrapore, com poro de exclusão molecular de 12000 Da). Para obtenção das melhores condições de preparo das nanoesferas fez-se um delineamento experimental baseado em uma distribuição ortogonal. O preparo das nanoesferas de PLGA foi realizado segundo o método de deposição interfacial de polímero pré-formado. O método envolveu a mistura de uma fase orgânica em outra aquosa. A suspensão resultante foi concentrada com auxílio de um evaporador rotativo, até o volume final de 10 mL e a concentração final de 0,1 mg/mL de herbicida (FESSI et al., 1989).
A técnica de espalhamento de luz foi utilizada para determinação do tamanho médio e da distribuição de tamanho das nanopartículas. Essa avaliação foi utilizando-se um analisador de partículas Zetasizer Nano ZS90 (Malvern). A distribuição de tamanho foi dada pelo índice de polidispersão. A carga de superfície das nanopartículas foi avaliada através da determinação de potencial zeta, utilizando o mesmo equipamento. Para o estudo da estabilidade das formulações de atrazina analisou-se os parâmetros citados nos tempos inicial, 30 dias, 60 dias e 90 dias.
A quantificação dos herbicidas presentes nas nanopartículas foi realizada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE), utilizando-se um equipamento HPLC Varian® com sistema controlador, isocrático, detector UV-VIS e injetor automático. As suspensões de nanopartículas previamente filtradas foram injetadas em coluna cromatográfica Phenomenex, Gemini 5μ C18 110A. Para cada herbicida utilizou-se diferentes condições cromatográficas e curvas de calibração.
A eficiência de associação do herbicida foi determinada pela técnica de ultrafiltração/centrifugação, e o filtrado foi analisado utilizando CLAE (Varian). A porcentagem liberada foi determinada pela diferença entre a concentração do herbicida na amostra filtrada e na amostra de suspensão de nanoparticulas com a concentração total (100 %).
A fim de verificar o perfil de liberação dos herbicidas na forma livre e quando em presença de nanoesferas foi realizado ensaio de diálise, utilizando um sistema de dois compartimentos, sob condições de diluição “sink” (AULTON, 2005). Nesse sistema, foi utilizada uma membrana de celulose separando a amostra (2 mL) contida no compartimento doador do compartimento aceptor, contendo o solvente (60mL de água deionizada) sob agitação leve. Alíquotas de 1 mL foram retiradas do compartimento receptor em intervalos de tempo e quantificadas por CLAE.
A fim de verificar as características do mecanismo de liberação dos herbicidas das partículas de PLGA, o modelo matemático de Korsmeyer Peppas foi aplicado às curvas de liberação (COSTA e LOBO, 2001), sendo descrito pela Equação 1.
Mt/M= ktn (1) Onde, Mt/M é a proporção do compost liberado no tempo t, k é a constante cinética e n é o expoente de liberação que reflete o tipo de mecanismo de liberação.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A fim de analisar qual parâmetro, PLGA ou PVA, é mais influente na preparação de formulações com características físico-químicas adequadas realizou-se um planejamento experimental. Através das diferentes formulações propostas pelo planejamento, estudou-se também a estabilidade das partículas dentro de um período de até 90 dias. A Tabela 1 mostra a matriz experimental obtida e as características das formulações no tempo zero. Para representar a boa estabilidade das nanoesferas sintetizadas a partir do PLGA apresenta-se a Figura 1. Em seguida analisou-se os dados com auxílio do software Statgraphics Plus (versão 5.1) escolhendo-se três
melhores formulações (1, 4 e 5) para síntese e caracterização das nanoesferas contendo ametrina e para posteriores estudos de liberação in vitro com ambos herbicidas.
Tabela 1. Planejamento fatorial e características físico-químicas das nanoesferas de PLGA contendo atrazina.
Formulação PVA PLGA ± D.P. (nm)Tamanho Polidispersão± D.P. Potencial zeta± D.P. (mV) ± D.P. (%)Associação 1 -1 +1 195,50 ± 6,65 0,10 ± 0,01 -11,60 ± 1,27 49,40 ± 0,64 2 -1 -1 161,50 ± 15,98 0,06 ± 0,02 -10,64 ± 1,93 29,85 ± 1,34 3 +1 -1 156,80 ± 1,98 0,06 ± 0,01 -10,29 ± 0,59 28,70 ± 2,40 4 0 0 182,15 ± 4,88 0,09 ± 0,01 -13,95 ± 2,62 39,00 ± 2,83 5 +1 +1 207,30 ± 12,02 0,11 ± 0,02 -14,08 ± 1,39 45,70 ± 0,57 6 -1,41 0 200,00 ± 16,26 0,09 ± 0,03 -15,65 ± 1,06 29,20 ± 4,53 7 0 0 171,40 ± 8,77 0,09 ± 0,03 -12,35 ± 1,20 31,45 ± 0,35 8 +1,41 0 170,55 ± 1,48 0,07 ± 0,01 -9,65 ± 1,91 37,70 ± 0,28 9 0 -1,41 147,90 ± 7,07 0,06 ± 0,02 -13,55 ± 4,31 27,80 ± 2,12 10 0 +1,41 191,25 ± 0,64 0,09 ± 0,01 -13,45 ± 1,48 40,25 ± 1,34
Figura 1. Comparação entre o tamanho das partículas no tempo inicial (direita) e em 90 dias (esquerda).
As características das formulações contendo ametrina são apresentadas na Tabela 2. Tabela 2. Dados das análises das nanoesferas de PLGA contendo ametrina.
Formulação ± D.P. (nm)Tamanho Polidispersão± D.P. Potencial zeta± D.P. (mV) ± D.P. (%)Associação A 175.13.272 0.0970.020 -19.70.889 39.72.83 B 167.72.098 0.1210.020 -16.11.060 33.61.35 C 180.42.170 0.1040.010 -18.70,631 36.12.12
As melhores formulações estudadas apresentaram tamanhos entre 190 e 210 nm, valores condizentes com a literatura. Com relação à estabilidade das formulações, observaram-se índices de polidispersão próximos a 0,01, indicando que as nanopartículas apresentam-se monodispersas e com uma boa homogeneidade, como pode ser visto na Figura 1, onde não são encontrados outros aglomerados. Os valores de potencial zeta das formulações foram negativos, encontrando-se em uma faixa de valores entre -10 mV e -20 mV, sendo considerados compatíveis para a composição das formulações. As taxas de associação se apresentaram entre 30% e 50%, mostrando que, dependendo da combinação feita entre PLGA e PVA há maior ou menor interação do herbicida com as cadeias poliméricas da matriz e existem diferentes interferências do tensoativo nessa associação.
As curvas de liberação de ambos os herbicidas e as respectivas modelagens propostas por Korsmeyer-Peppas são apresentadas nas Figuras 2 e 3. Pela análise das Figuras 2a e 3a foi constatado que as formulações de nanopartículas apresentaram grande influência no perfil de liberação dos herbicidas, sendo estes liberados mais lentamente quando associados às nanoesferas. Este perfil pode estar diretamente relacionado a fatores como: tamanho das partículas, quantidade de tensoativo e eficiência de associação. A análise das Figuras 2b e 3b indicam que a liberação dos herbicidas através das partículas é governada por processos cinéticos não-Fickinianos (n entre 0,43 e 0,85), dependendo de diferentes processos entre os quais se destacam a liberação do ativo por mecanismo de inchaço da matriz polimérica e pela difusão do ativo através da matriz polimérica. Os valores de constante cinética (k) indicaram uma liberação lenta e gradual de ambos os herbicidas, se atentando, porém, para a liberação mais rápida da ametrina (aproximadamente 0,09 min-1) em comparação com a atrazina (aproximadamente 0,007 min-1).
Figura 2. a) Ensaio de liberação da atrazina livre e incorporada às nanopartículas; b) Modelagem matemática de Korsmeyer-Peppas para o ensaio de liberação da atrazina.
Figura 3. a) Ensaio de liberação da ametrina livre e incorporada às nanopartículas; b) Modelagem matemática de Korsmeyer-Peppas para o ensaio de liberação da ametrina.
CONCLUSÕES
Os resultados apresentados indicam para formulações preparadas são promissoras para os herbicidas estudados utilizando nanopartículas de PLGA, desta forma, abrindo novas perspectivas para realização de ensaios de atividade herbicida a fim de verificar a eficácia destas formulações de liberação visando a futura aplicação na agricultura.
6. BIBLIOGRAFIAS
AULTON, M. Dissolution and Solubility. Pharmaceutics: the science of dosage from design. 2 ed. Edinburgh: Churchill Livingstone, cap. 2, p. 15-32, 2002.
COSTA, C.; LOBO, J. M. S. Modeling and comparison of dissolution profiles. European Journal of Pharmaceutical Sciences, v. 13, p. 123–133, 2001.
COUTINHO, C. F. B. et al. Pesticidas: Mecanismo de ação, degradação e toxidez. Pesticidas: Rev. Ecotoxicol. e Meio Ambiente, v. 15, p. 65-72, 2005.
FESSI H., PUISEIUX F., DEVISSAGUET J.P., European Patent, 0274961 A1, (1989).
GRILLO, R. et al. Controlled release system for ametryn using polymer microspheres: Preparation, characterization and release kinetics in water. Journal of Hazardous Materials, v. 186, p. 1645-1651, 2011.
SILVA, M.S. et al. Nanopartículas de alginato como sistema de liberação para o herbicida clomazone. Química Nova, v. 33, p. 1868-1873, 2010.
APOIO FINANCEIRO
OS AUTORES AGRADECEM À FAPESP, CNPQ E FUNDUNESP PELO APOIO FINANCEIRO.
