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Los herbicidas son productos químicos que se utilizan para gestionar o controlar las plantas no deseadas. Sin embargo, su poca eficiencia en el uso tiene un impacto negativo en el ecosistema y el bienestar humano. Los sistemas de administración de herbicidas basados en polímeros pueden ser una solución eficaz para resolver este problema.
Estudio: nanopartículas poliméricas biodegradables y fotosensibles para el suministro de herbicidas respetuosos con el medio ambiente. Crédito: Robert Avgustin/Shutterstock.com
Un estudio publicado recientemente en la revista Interfaces y materiales aplicados de ACS se centra en este problema mediante la producción de nanopartículas poliméricas biodegradables y fotosensibles en condiciones moderadas mediante poliesterificación. Estas nanopartículas poliméricas se usaron luego para desarrollar un sistema de administración de herbicida activado por luz ecológicamente seguro.
Herbicidas: usos y efectos nocivos
La aplicación de herbicidas contribuye significativamente al control de plagas y al mejoramiento de la producción de cultivos en la agricultura. Los herbicidas se usan más comúnmente en cultivos en hileras, donde se aplican antes o durante la siembra para mejorar el rendimiento del cultivo mientras se controla otra vegetación. En silvicultura, los herbicidas se utilizan para preparar las áreas cosechadas para la replantación.
Sin embargo, el uso de herbicidas tiene un impacto adverso tanto en el clima como en la salud humana. La causa principal de la citotoxicidad de los herbicidas es su baja eficiencia de utilización causada por la lixiviación, la descomposición y la evaporación.
Los herbicidas pueden causar deformidades en los cultivos al suprimir la división celular, reducir la fotosíntesis e imitar las hormonas naturales de crecimiento de las plantas. En consecuencia, existe una necesidad urgente de proporcionar sistemas de suministro de herbicidas más eficaces y respetuosos con el medio ambiente.
Sistemas de liberación controlada de herbicidas basados en nanotecnología
Se han informado varias estrategias para resolver el problema de la pérdida no deseada de herbicidas. Por ejemplo, los métodos que mejoran la adhesión de los herbicidas al follaje de las plantas se pueden usar para minimizar la pérdida de herbicida causada por partículas de herbicida dispersas y daños por lluvia.
En este contexto, las soluciones basadas en nanotecnología han surgido como excelentes técnicas de administración de herbicidas para prevenir pérdidas de herbicidas y mejorar la eficiencia de utilización. Aunque estas tecnologías abordan con éxito el problema de la pérdida no deseada de herbicidas, la distribución de herbicidas regulada espacial y temporalmente sigue siendo un desafío importante.
Los sistemas de administración de herbicidas de liberación controlada capaces de administrar herbicidas bajo demanda y extender su duración de uso han recibido una atención significativa durante la última década. Los polímeros, los productos químicos inorgánicos y las nanopartículas, entre otros materiales, se pueden utilizar como portadores de herbicidas en estos innovadores sistemas de administración de herbicidas.
Nanopartículas poliméricas: el futuro de los sistemas de administración de herbicidas
Las nanopartículas poliméricas con propiedades químicas y estructurales adaptativas en respuesta a la estimulación externa son materiales ideales para el diseño de sistemas de administración de herbicidas. Recientemente se han desarrollado muchos sistemas de administración de herbicidas de liberación controlada basados en estímulos abióticos y bióticos tales como luz, temperatura, pH y enzimas.
Las nanopartículas poliméricas fotosensibles son particularmente importantes ya que la luz ofrece una plataforma notable para obtener una aplicación de herbicidas controlada de forma remota y espaciotemporal simplemente ajustando la longitud de onda, la energía y la ubicación de la irradiación.
En este contexto, el o-nitrobencilo es el grupo fotolábil más común, que a menudo se usa para preparar nanopartículas poliméricas sensibles a la luz para sistemas de administración de herbicidas.
En términos de conservación y conservación ecológica, la biodegradabilidad es un factor importante para determinar la idoneidad de los materiales para las aplicaciones de suministro de herbicidas. Los poliésteres lineales tienen un enorme potencial en aplicaciones farmacológicas y bioquímicas debido a su excelente estabilidad química y citocompatibilidad.
Los poliésteres lineales también tienen las ventajas de configuraciones de reacción moderadas, alta resistencia a muchos compuestos orgánicos y alta eficiencia de reacción sobre las sustancias polimerizantes tradicionales.
Aspectos destacados y resultados importantes del estudio
En este estudio, los investigadores crearon un monómero fotosensible con un grupo o-nitrobencilo fotolábil. A continuación, este monómero se esterificó para desarrollar nanopartículas poliméricas bifuncionales fotosensibles.
Se utilizó resonancia magnética nuclear de protones para estudiar las propiedades químicas de las nanopartículas poliméricas así producidas. Arabidopsis thaliana se utilizó como tema de investigación para estudiar la actividad herbicida de las nanopartículas poliméricas anfifílicas.
Los investigadores eligieron el herbicida ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) como portador del fármaco para demostrar sus posibilidades como sistema de administración de herbicidas de liberación controlada.
Se observó que las nanopartículas poliméricas cargadas con 2,4-D son estables en ausencia de radiación ultravioleta (UV), mientras que la tasa de descarga de 2,4-D de las nanopartículas aumentó constantemente después de la exposición a la radiación UV.
Las nanopartículas poliméricas cargadas con 2,4-D mostraron un buen efecto herbicida en un experimento con macetas. Finalmente, los estudios de toxicidad mostraron que las nanopartículas poliméricas así preparadas redujeron la toxicidad del herbicida para las plantas no objetivo.
Con base en estos hallazgos, es seguro decir que las nanopartículas poliméricas fotodegradables desarrolladas en este estudio tienen un gran potencial para futuras aplicaciones en sistemas inteligentes de administración de herbicidas.
Relación
Shan, p. y otros. (2022). Nanopartículas poliméricas biodegradables y fotosensibles para una aplicación de herbicidas respetuosa con el medio ambiente. Interfaces y materiales aplicados de ACS. Disponible en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c12106
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