BR102019008249A2 - PROCESS OF OBTAINING HYDROGEL COMPOSITION, HYDROGEL COMPOSITION AND USE OF HYDROGEL COMPOSITION - Google Patents
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- A01N49/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, containing compounds containing the group, wherein m+n>=1, both X together may also mean —Y— or a direct carbon-to-carbon bond, and the carbon atoms marked with an asterisk are not part of any ring system other than that which may be formed by the atoms X, the carbon atoms in square brackets being part of any acyclic or cyclic structure, or the group, wherein A means a carbon atom or Y, n>=0, and not more than one of these carbon atoms being a member of the same ring system, e.g. juvenile insect hormones or mimics thereof
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Abstract
processo de obtenção da composição de hidrogel, composição de hidrogel e uso da composição de hidrogel. a presente invenção refere-se à composição de hidrogel compreendendo derivados de celulose e uma mistura de compostos botânicos encapsulados, ao processo de obtenção da referida composição de hidrogel e ao seu uso no combate e controle contra pragas agrícolas. a referida composição de hidrogel mostrou-se estável e eficaz no combate e controle contra duas pragas agrícolas: mosca-branca e ácaro-rajado.process of obtaining the hydrogel composition, hydrogel composition and use of the hydrogel composition. the present invention relates to the hydrogel composition comprising cellulose derivatives and a mixture of encapsulated botanical compounds, the process of obtaining said hydrogel composition and its use in combating and controlling agricultural pests. said hydrogel composition proved to be stable and effective in combating and controlling two agricultural pests: whitefly and spotted mite.
Description
[001] A presente invenção refere-se à composição de hidrogel compreendendo derivados de celulose e uma mistura de compostos botânicos encapsulados, ao processo de obtenção da referida composição de hidrogel e ao seu uso no combate e controle contra pragas agrícolas.[001] The present invention relates to the hydrogel composition comprising cellulose derivatives and a mixture of encapsulated botanical compounds, to the process of obtaining said hydrogel composition and to its use in combating and controlling agricultural pests.
[002] A referida composição de hidrogel mostrou-se estável e eficaz no encapsulamento e no combate e controle contra duas pragas agrícolas: mosca-branca e ácaro-rajado.[002] The said hydrogel composition proved to be stable and effective in encapsulation and in combating and controlling two agricultural pests: whitefly and spotted mite.
[003] Pragas são o principal fator que diminui a produtividade da agricultura ao redor do mundo, devido a perdas durante a colheita e armazenamento. O dano causado por estes organismos depende de uma série de fatores incluindo as espécies cultivadas, a tecnologia empregada e o gerenciamento da peste. Pragas podem causar danos diretamente às plantas ao se alimentar delas ou indiretamente quando elas agem como vetores.[003] Pests are the main factor that decreases the productivity of agriculture around the world, due to losses during harvest and storage. The damage caused by these organisms depends on a number of factors including the species grown, the technology employed and the management of the plague. Pests can cause damage directly to plants by feeding on them or indirectly when they act as vectors.
[004] Considerando esse cenário, o uso de controle químico usando pesticidas e repelentes é geralmente a principal forma de combater estas pragas e a sua utilização excessiva têm contaminado o meio-ambiente (recurso hídricos, ar e solo), levando a um aumento dos custos de produção, além de perdas de áreas produtivas e intoxicação humana e animal.[004] Considering this scenario, the use of chemical control using pesticides and repellents is generally the main way to combat these pests and their overuse has contaminated the environment (water, air and soil), leading to an increase in production costs, in addition to losses in productive areas and human and animal poisoning.
[005] O controle químico usando pesticidas e repelentes (por exemplo, organofosfatos, carbamatos e tiadiazinas) é geralmente a principal forma de combater estas pragas. No entanto, o seu uso pode levar a sérios efeitos adversos incluindo resistência da praga, efeitos tóxicos em humanos e animais, contaminação do solo e da água, etc.[005] Chemical control using pesticides and repellents (eg organophosphates, carbamates and thiadiazines) is generally the main way to combat these pests. However, its use can lead to serious adverse effects including pest resistance, toxic effects on humans and animals, soil and water contamination, etc.
[006] Portanto, o uso de estratégias para redução no impacto ambiental e no custo relacionado ao controle destas pragas e que contribuam para o desenvolvimento de uma agricultura sustentável se faz necessário.[006] Therefore, the use of strategies to reduce the environmental impact and the cost related to the control of these pests and that contribute to the development of sustainable agriculture is necessary.
[007] Neste contexto, a utilização de inseticidas botânicos tem se mostrado uma promissora alternativa frente a esses compostos sintéticos. Os inseticidas botânicos geralmente são produzidos através do metabolismo secundário das plantas, sendo importante na defesa contra patógenos e pragas. Exemplos destes inseticidas botânicos incluem geraniol (3,7-dimetiloca-trans-2,6-dien-1-ol), citronela (3,7-dimetiloct-6-en-1-al), ambos são constituídos do óleo essencial de citronela, eugenol (4-alil-2-metoxifenol) presente no cravo e canela e cinamaldeído (2E)-3-fenilpro-2-enal, ambos constituído pelo óleo essencial de canela.[007] In this context, the use of botanical insecticides has shown to be a promising alternative to these synthetic compounds. Botanical insecticides are generally produced through the secondary metabolism of plants, being important in the defense against pathogens and pests. Examples of these botanical insecticides include geraniol (3,7-dimethyloca-trans-2,6-dien-1-ol), citronella (3,7-dimethyloct-6-en-1-al), both of which are made up of the essential oil of citronella, eugenol (4-allyl-2-methoxyphenol) present in cloves and cinnamon and cinnamaldehyde (2E) -3-phenylpro-2-enal, both consisting of the essential oil of cinnamon.
[008] No entanto, apesar de suas vantagens frente aos inseticidas sintéticos, o uso destes compostos naturais pode ser limitado, devido às altas temperaturas, alta degradabilidade e baixa estabilidade, o que dificulta a sua utilização efetiva.[008] However, despite its advantages over synthetic insecticides, the use of these natural compounds can be limited, due to high temperatures, high degradability and low stability, which makes their effective use difficult.
[009] Portanto, o encapsulamento de compostos botânicos tem sido uma importante estratégia para melhorar a estabilidade e eficácia destes compostos naturais. Esses sistemas podem serem produzidos usando uma variedade de diferentes matrizes, por exemplo, polímeros biodegradáveis, lipídeos e proteínas. Zeína é uma proteína reconhecida como segura e apresenta características promissoras tal como biocompatibilidade, biodegradabilidade, baixa toxicidade e baixos custos de produção.[009] Therefore, the encapsulation of botanical compounds has been an important strategy to improve the stability and effectiveness of these natural compounds. These systems can be produced using a variety of different matrices, for example, biodegradable polymers, lipids and proteins. Zeine is a protein recognized as safe and has promising characteristics such as biocompatibility, biodegradability, low toxicity and low production costs.
[010] Adicionalmente, o uso de sistemas poliméricos tem sido empregado como estratégia para liberação de compostos ativos, pois permitem uma liberação lenta, gradual e direcionada ao local desejado, além de serem de fácil aplicação e não oclusivos. Esses materiais permitem a veiculação de compostos, aprisionados ou encapsulados na matriz polimérica, o que oferece vantagens frente às formas farmacêuticas convencionais, como melhora na eficácia, redução da toxicidade e liberação modificada dos compostos.[010] Additionally, the use of polymeric systems has been employed as a strategy for the release of active compounds, as they allow a slow, gradual release directed to the desired location, in addition to being easy to apply and non-occlusive. These materials allow the delivery of compounds, trapped or encapsulated in the polymeric matrix, which offers advantages compared to conventional pharmaceutical forms, such as improved efficiency, reduced toxicity and modified release of the compounds.
[011] Assim, hidrogéis poliméricos são materiais formados por redes tridimensionais de polímeros hidrofílicos capazes de absorver água em níveis superiores a 50% do peso total e caracterizados pela forte afinidade com a água devido à presença de grupos hidrofílicos. Tais propriedades permitem a aplicação destes materiais em diversas áreas, sendo empregados como veículos biodegradáveis em diferentes setores.[011] Thus, polymeric hydrogels are materials formed by three-dimensional networks of hydrophilic polymers capable of absorbing water at levels above 50% of the total weight and characterized by strong affinity with water due to the presence of hydrophilic groups. Such properties allow the application of these materials in several areas, being used as biodegradable vehicles in different sectors.
[012] A reticulação física e química das cadeias poliméricas são usualmente cruciais para manter a estrutura dos hidrogéis. Hidrogéis baseados em polímeros naturais tais como celulose e seus derivados tem atraído atenção e mostrado aplicação com grande potencial em muitos campos, incluindo medicina, farmácia e biotecnologia.[012] Physical and chemical cross-linking of polymer chains is usually crucial to maintaining the structure of hydrogels. Hydrogels based on natural polymers such as cellulose and its derivatives have attracted attention and shown application with great potential in many fields, including medicine, pharmacy and biotechnology.
[013] O ácido cítrico é amplamente utilizado nas indústrias alimentícias e farmacêuticas como agente de reticulação e é utilizado para modular estruturas e propriedades para potenciais novas aplicações de hidrogéis.[013] Citric acid is widely used in the food and pharmaceutical industries as a crosslinking agent and is used to modulate structures and properties for potential new hydrogel applications.
[014] Assim, a presente invenção apresenta o preparo e caracterização assim como demonstra a atividade repelente das composições de hidrogel baseados em derivados de celulose contendo a mistura de compostos botânicos encapsulados. Como será demonstrado ao longo desse relatório, os sistemas nanoestruturados preparados apresentam propriedades físico-químicas adequadas, sendo incorporados com sucesso às composições de hidrogel, através de um processo de preparação de duas etapas (modelagem e reticulação).[014] Thus, the present invention presents the preparation and characterization as well as demonstrating the repellent activity of hydrogel compositions based on cellulose derivatives containing the mixture of encapsulated botanical compounds. As will be demonstrated throughout this report, the prepared nanostructured systems have adequate physico-chemical properties, being successfully incorporated into hydrogel compositions, through a two-stage preparation process (modeling and cross-linking).
[015] Para reticulação das composições de hidrogel, uma solução de ácido cítrico (8 mol/L) foi utilizada, a qual garantiu alta reticulação e propriedades reológicas adequadas. As composições de hidrogel apresentaram alta atividade repelente contra mosca-branca e ácaro-rajado, duas importantes pragas em diversos sistemas agrícolas do mundo, destacando o fato de que estas duas pragas podem ocorrer simultaneamente em diversas culturas agrícolas, tais como soja, algodão, tomate, feijão, entre outras.[015] For crosslinking the hydrogel compositions, a citric acid solution (8 mol / L) was used, which guaranteed high crosslinking and adequate rheological properties. The hydrogel compositions showed high repellent activity against whiteflies and spotted mites, two important pests in different agricultural systems in the world, highlighting the fact that these two pests can occur simultaneously in several agricultural crops, such as soybeans, cotton, tomatoes , beans, among others.
[016] Adicionalmente, as referidas composições de hidrogel apresentam uma grande contribuição para o desenvolvimento da agricultura sustentável, pois não são colocadas em contato com as plantas diretamente, o que diminui a quantidade de resíduos sobre os alimentos quando comparado às pulverizações de agrotóxicos convencionais.[016] Additionally, these hydrogel compositions make a great contribution to the development of sustainable agriculture, as they are not put in contact with plants directly, which decreases the amount of residues on food when compared to conventional pesticide sprays.
[017] Alguns documentos do estado da técnica descrevem a encapsulação de compostos botânicos de modo a melhorar a estabilidade e eficiência destes compostos naturais assim como método de preparo de composições de hidrogel baseado em celulose.[017] Some state-of-the-art documents describe the encapsulation of botanical compounds in order to improve the stability and efficiency of these natural compounds as well as a method of preparing cellulose-based hydrogel compositions.
[018] O pedido de patente US 20150004102 descreve o preparo e caracterização de formulações de nanopartículas baseadas em zeína para a encapsulação de compostos bioativos, incluindo compostos botânicos.[018] US patent application 20150004102 describes the preparation and characterization of zein-based nanoparticle formulations for the encapsulation of bioactive compounds, including botanical compounds.
[019] O pedido de patente CA 2805581 descreve um método para obtenção de nanopartículas de zeína baseado na utilização de tensoativos como estabilizantes, incluindo a possibilidade de incorporar compostos biologicamente ativos solúveis em água ou lipossolúveis.[019] Patent application CA 2805581 describes a method for obtaining zein nanoparticles based on the use of surfactants as stabilizers, including the possibility of incorporating biologically active compounds soluble in water or fat soluble.
[020] O pedido de patente US 2006239956 descreve um método para preparação de hidrogel baseado em hidroxipropilmetilcelulose contendo ingrediente ativo, preferencialmente, moléculas de aroma ou fragrância.[020] US patent application 2006239956 describes a method for preparing hydrogel based on hydroxypropylmethylcellulose containing active ingredient, preferably aroma or fragrance molecules.
[021] Diferente do estado da técnica, a presente invenção refere-se às composições de hidrogel as quais são baseadas na mistura de dois biopolímeros: carboximetilcelulose (CMC) e hidroxietilcelulose (HEC) reticulados na presença de uma solução de ácido cítrico. Destaca-se ainda que as composições de hidrogel foram preparadas com a incorporação de uma mistura de compostos botânicos, eugenol, geraniol e cinamaldeído, encapsulados em nanopartículas de zeína. Dita composição de hidrogel mostrou-se estável e eficaz no combate e controle contra duas pragas agrícolas: mosca-branca e ácaro-rajado.[021] Different from the state of the art, the present invention relates to hydrogel compositions which are based on the mixture of two biopolymers: carboxymethylcellulose (CMC) and hydroxyethylcellulose (HEC) crosslinked in the presence of a citric acid solution. It is also noteworthy that the hydrogel compositions were prepared with the incorporation of a mixture of botanical compounds, eugenol, geraniol and cinnamaldehyde, encapsulated in zein nanoparticles. Said hydrogel composition proved to be stable and effective in combating and controlling two agricultural pests: whitefly and spotted mite.
[022] É um primeiro objeto da presente invenção proporcionar composições de hidrogel estáveis e eficazes compreendendo derivados de celulose e uma mistura de compostos botânicos encapsulados.[022] It is a first object of the present invention to provide stable and effective hydrogel compositions comprising cellulose derivatives and a mixture of encapsulated botanical compounds.
[023] É um segundo objeto da presente invenção prover um processo de obtenção das referidas composições de hidrogel.[023] It is a second object of the present invention to provide a process for obtaining said hydrogel compositions.
[024] É um terceiro objeto da presente invenção prover o uso das referidas composições de hidrogel no combate e controle contra duas pragas agrícolas.[024] It is a third object of the present invention to provide the use of said hydrogel compositions in the combat and control against two agricultural pests.
[025] Para obter uma total e completa visualização do objeto desta invenção, são apresentadas as figuras referenciadas como se segue.[025] To obtain a total and complete visualization of the object of this invention, the figures referenced are presented as follows.
[026] Figura 1 refere-se ao modelo experimental utilizado para realização dos ensaios com ácaro-rajado (Tetranychus urticae).[026] Figure 1 refers to the experimental model used to carry out the tests with spotted mite (Tetranychus urticae).
[027] Figura 2 trata da representação esquemática do processo de preparo das composições de hidrogel.[027] Figure 2 deals with the schematic representation of the process for preparing hydrogel compositions.
[028] Figura 3 refere-se ao grau de intumescimento para as composições de hidrogel na presença ou ausência dos compostos botânicos encapsulados, em que são apresentadas: composições de hidrogel controle; composições de hidrogel contendo nanopartículas de zeína na ausência de composto botânico (NP); composições de hidrogel contendo geraniol e eugenol encapsulados em nanopartículas de zeína (NP_GRL+EGL); composições de hidrogel contendo geraniol e cinamaldeído encapsulados em nanopartículas de zeína (NP_GRL+CND).[028] Figure 3 refers to the degree of swelling for hydrogel compositions in the presence or absence of encapsulated botanical compounds, in which are presented: control hydrogel compositions; hydrogel compositions containing zein nanoparticles in the absence of botanical compound (NP); hydrogel compositions containing geraniol and eugenol encapsulated in zein nanoparticles (NP_GRL + EGL); hydrogel compositions containing geraniol and cinnamaldehyde encapsulated in zein nanoparticles (NP_GRL + CND).
[029] Figura 4 refere-se ao reograma das composições de hidrogel contendo as formulações de nanopartículas de zeína, em que são apresentados: módulo elástico (G'), módulo viscoso (G'') e viscosidade (η) - (insert) determinados a partir de rampa de frequência (1-10 Hz) em duas temperaturas (25 e 40°C), sendo: A) composição de hidrogel controle (Água); B) Composição de hidrogel contendo nanopartículas de zeína; C) Composição de hidrogel contendo geraniol + eugenol encapsulados em nanopartículas de zeína; D) Composição de hidrogel contendo geraniol + cinamaldeído encapsulados em nanopartículas de zeína.[029] Figure 4 refers to the reogram of the hydrogel compositions containing the formulations of zein nanoparticles, in which are presented: elastic modulus (G '), viscous modulus (G' ') and viscosity (η) - (insert) determined from a frequency ramp (1-10 Hz) at two temperatures (25 and 40 ° C), being: A) control hydrogel composition (water); B) Hydrogel composition containing zein nanoparticles; C) Hydrogel composition containing geraniol + eugenol encapsulated in zein nanoparticles; D) Hydrogel composition containing geraniol + cinnamaldehyde encapsulated in zein nanoparticles.
[030] Figura 5 apresenta o índice de efeito (IF) contra mosca-branca das composições de hidrogel contendo a mistura dos compostos botânicos encapsulados.[030] Figure 5 shows the effect index (IF) against whitefly of hydrogel compositions containing the mixture of encapsulated botanical compounds.
[031] Figura 6 demonstra as curvas de liberação cumulativa para compostos botânicos (%) através das composições de hidrogel, em que A) as composições de hidrogel contendo a mistura de geraniol e eugenol encapsulados e B) as composições de hidrogel contendo a mistura de geraniol e cinamaldeído, encapsulados.[031] Figure 6 demonstrates the cumulative release curves for botanical compounds (%) through hydrogel compositions, in which A) the hydrogel compositions containing the encapsulated geraniol and eugenol mixture and B) the hydrogel compositions containing the geraniol and cinnamaldehyde, encapsulated.
[032] De acordo com o primeiro objeto da presente invenção, são proporcionadas composições de hidrogel estáveis compreendendo derivados de celulose e uma mistura de compostos botânicos encapsulados.[032] According to the first object of the present invention, stable hydrogel compositions are provided comprising cellulose derivatives and a mixture of encapsulated botanical compounds.
[033] Para obtenção das referidas composições, inicialmente foram obtidos os compostos geraniol (GRL), eugenol (EGL), trans-cinamaldeído (CND) (compostos botânicos), zeína, carboximetilcelulose (CMC) e hidroxietilcelulose (HEC), todos da empresa Sigma-Aldrich.[033] To obtain these compositions, the compounds geraniol (GRL), eugenol (EGL), trans-cinnamaldehyde (CND) (botanical compounds), zein, carboxymethylcellulose (CMC) and hydroxyethylcellulose (HEC) were initially obtained, all from the company Sigma-Aldrich.
[034] Posteriormente foram realizados o preparo e caracterização das soluções de nanopartículas como descritos na etapa a seguir.[034] Subsequently, nanoparticle solutions were prepared and characterized as described in the next step.
[035] O preparo das nanopartículas de zeína contendo a mistura dos compostos botânicos foi realizado através do método de precipitação com antissolventes. Uma solução de zeína (2% p/v) foi preparada em solução hidroetanólica (85% v/v), permanecendo sob agitação durante a noite. Uma solução aquosa do tensoativo de polioxietileno-polioxipropileno (Poloxamer) (2% m/v) também foi preparada ajustando o pH a 4. Antes do preparo das formulações, a solução de zeína passou por um processo de purificação, que consistiu na centrifugação (30 minutos a 4500 rpm), tratamento térmico (15 minutos a 75°C) e filtração (0,45 μm - Milipore). No preparo das partículas, 600 mg de cada ativo foram adicionados a 10 mL da solução de zeína. Misturas de geraniol com eugenol e geraniol com cinamaldeído foram realizadas e com o auxílio de uma seringa (10 mL sem a utilização de agulha) a solução de zeína (10 mL) foi injetada na solução de poloxamer, sob agitação magnética. A dispersão coloidal ficou em agitação (800 rpm) para a evaporação do etanol (temperatura ambiente). Nas formulações controle, não ocorreu a adição dos compostos ativos na solução de zeína. Igualmente, em relação as formulações com nanopartículas, a perda de composto ativo durante o processo de preparo também foi investigada.[035] The preparation of the zein nanoparticles containing the mixture of botanical compounds was carried out using the precipitation method with antisolvents. A zein solution (2% w / v) was prepared in hydroethanolic solution (85% v / v), remaining under stirring overnight. An aqueous solution of the polyoxyethylene-polyoxypropylene surfactant (Poloxamer) (2% w / v) was also prepared by adjusting the pH to 4. Before preparing the formulations, the zein solution underwent a purification process, which consisted of centrifugation ( 30 minutes at 4500 rpm), heat treatment (15 minutes at 75 ° C) and filtration (0.45 μm - Milipore). In preparing the particles, 600 mg of each asset was added to 10 mL of the zein solution. Mixtures of geraniol with eugenol and geraniol with cinnamaldehyde were made and with the aid of a syringe (10 mL without the use of a needle) the zein solution (10 mL) was injected into the poloxamer solution, under magnetic stirring. The colloidal dispersion was stirred (800 rpm) for the evaporation of ethanol (room temperature). In the control formulations, the addition of active compounds did not occur in the zein solution. Also, in relation to formulations with nanoparticles, the loss of active compound during the preparation process was also investigated.
[036] As formulações preparadas foram caraterizadas pelo seu diâmetro hidrodinâmico, índice de polidispersão, potencial zeta, concentração de partículas e eficiência de encapsulação. A análise de distribuição de tamanho e índice de polidispersão foi realizado por meio da técnica de espectroscopia de correlação de fótons (DLS). O potencial zeta foi determinado pelo método de microeletroforese. Para ambas as técnicas foi utilizado um sistema ZetaSizer Nano ZS90 (Malvern Instruments, UK) em um ângulo fixo de 90° e 25°C, sendo que as amostras foram diluídas cerca de 100 a 500 vezes. A eficiência de encapsulação foi determinada através do método de ultrafiltração/centrifugação conforme descrito por Oliveira et al., em Zein Nanoparticles as EcoFriendly Carrier Systems for Botanical Repellents Aiming Sustainable Agriculture. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 66, n. 6, p. 1330-1340, 14 fev. 2018. A quantificação dos compostos botânicos foi realizada através de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Destaca-se que as quantidades totais de compostos botânicos (100%) presentes nas formulações foram calculadas levando-se em consideração a quantidade total adicionada, bem como as perdas durante o processo de preparo.[036] The prepared formulations were characterized by their hydrodynamic diameter, polydispersity index, zeta potential, particle concentration and encapsulation efficiency. The analysis of size distribution and polydispersity index was performed using the photon correlation spectroscopy (DLS) technique. The zeta potential was determined by the microelectrophoresis method. For both techniques, a ZetaSizer Nano ZS90 system (Malvern Instruments, UK) was used at a fixed angle of 90 ° and 25 ° C, and the samples were diluted about 100 to 500 times. The encapsulation efficiency was determined using the ultrafiltration / centrifugation method as described by Oliveira et al., In Zein Nanoparticles as EcoFriendly Carrier Systems for Botanical Repellents Aiming Sustainable Agriculture. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 66, n. 6, p. 1330-1340, Feb 14 2018. The quantification of botanical compounds was performed using high performance liquid chromatography (HPLC). It is noteworthy that the total amounts of botanical compounds (100%) present in the formulations were calculated taking into account the total amount added, as well as the losses during the preparation process.
[037] Os resultados para diâmetro médio (MD, nm), índice de polidispersão (PDI), potencial zeta (ZP, mV), concentração de partículas (CT, partículas/mL) e eficiência de encapsulação (EE, %) são apresentados na Tabela 1.[037] The results for mean diameter (MD, nm), polydispersity index (PDI), zeta potential (ZP, mV), particle concentration (CT, particles / mL) and encapsulation efficiency (EE,%) are presented in Table 1.
[038] Observa que as nanopartículas contendo compostos botânicos apresentaram tamanhos menores que as nanopartículas de zeína apenas, bem como, valores de potencial zeta elevados o que proporciona a estes sistemas uma boa estabilidade coloidal. Destaca-se também que os valores de eficiência de encapsulação observados para todas nanopartículas contendo compostos botânicos foram elevados (> 95%).Observação: diâmetro médio (DM) pela técnica de espalhamento de luz dinâmico (DLS) e rastreamento de nanopartículas (NTA), índice de polidispersão (IPD), potencial zeta (PZ), concentração (CT) e eficiência de encapsulação (EE). Os valores são expressos como média de três determinações.[038] Notes that nanoparticles containing botanical compounds were smaller in size than zein nanoparticles alone, as well as high zeta potential values, which provides these systems with good colloidal stability. It is also noteworthy that the values of encapsulation efficiency observed for all nanoparticles containing botanical compounds were high (> 95%). Note: medium diameter (DM) by dynamic light scattering (DLS) and nanoparticle tracking (NTA), polydispersion index (IPD), zeta potential (PZ), concentration (CT) and encapsulation efficiency (EE). Values are expressed as an average of three determinations.
[039] De acordo com o segundo objeto da presente invenção, após o preparo e caracterização das formulações de nanopartículas, iniciou-se o processo de preparo das composições de hidrogel.[039] According to the second object of the present invention, after the preparation and characterization of the nanoparticle formulations, the process of preparing the hydrogel compositions began.
[040] O processo de preparo das composições de hidrogel compreendem duas etapas: a primeira é realizada através da dispersão dos polímeros em meio aquoso (conforme a composição da formulação) com 5% de CMC e HEC na proporção de 5:1 (CMC:HEC, m:m), até hidratação completa misturando-se em solução de nanopartículas ou água (controle). Foram então preparadas composições contendo nanopartículas com a mistura de geraniol e eugenol (NP_GRL+EGL), nanopartículas com a mistura de geraniol e cinamaldeído (NP_GRL+CND), nanopartículas sem a presença de composto ativos (NP_Z), e composições controle (CTL). A solução foi misturada através de um agitador mecânico a 500 rpm durante 10 minutos. O hidrogel de CMC/HEC obtido foi então colocado em um molde (2,5 x 3,5 cm), pressionado para remover bolhas de ar e moldado na forma desejada. Nessa etapa não ocorre nenhum processo de reticulação. Na segunda etapa, os moldes foram imersos em solução de ácido cítrico (8 mol/L) durante 6 horas para a reticulação do hidrogel. Durante esta etapa, o Na+ do carboxilato de sódio (R-COONa) ligado à cadeia principal de CMC são gradualmente substituídos por H+, que se difunde para o exterior da pasta. A estrutura de rede 3D do hidrogel é então construída através da reticulação física, juntamente com a formação de ligações de hidrogênio entre as cadeias dos polímeros.[040] The process of preparing the hydrogel compositions comprises two stages: the first is carried out by dispersing the polymers in an aqueous medium (according to the composition of the formulation) with 5% CMC and HEC in the proportion of 5: 1 (CMC: HEC, m: m), until complete hydration mixing in a nanoparticle solution or water (control). Compositions containing nanoparticles were then prepared with the mixture of geraniol and eugenol (NP_GRL + EGL), nanoparticles with the mixture of geraniol and cinnamaldehyde (NP_GRL + CND), nanoparticles without the presence of active compounds (NP_Z), and control compositions (CTL) . The solution was mixed using a mechanical stirrer at 500 rpm for 10 minutes. The obtained CMC / HEC hydrogel was then placed in a mold (2.5 x 3.5 cm), pressed to remove air bubbles and molded into the desired shape. At this stage, there is no crosslinking process. In the second stage, the molds were immersed in a citric acid solution (8 mol / L) for 6 hours for crosslinking the hydrogel. During this stage, the Na + of the sodium carboxylate (R-COONa) linked to the main chain of CMC are gradually replaced by H +, which diffuses out of the paste. The 3D network structure of the hydrogel is then constructed through physical cross-linking, together with the formation of hydrogen bonds between the polymer chains.
[041] O referido processo de preparação das referidas composições de hidrogel é esquematizada na Figura 2. Na primeira etapa (moldagem), a pasta de CMC/HEC é preparada (misturando com água deionizada ou soluções de nanopartículas) e colocada nos moldes. Na segunda etapa (reticulação), após o processo de acidificação com ácido cítrico (imersão), os hidrogéis CMC/HEC são obtidos. O esquema exemplifica as ligações de hidrogênio entre as cadeias dos polímeros.[041] The referred process of preparing said hydrogel compositions is outlined in Figure 2. In the first step (molding), the CMC / HEC paste is prepared (by mixing with deionized water or nanoparticle solutions) and placed in the molds. In the second stage (cross-linking), after the acidification process with citric acid (immersion), the CMC / HEC hydrogels are obtained. The scheme exemplifies the hydrogen bonds between the polymer chains.
[042] Em seguida à etapa de preparo das composições de hidrogel, foi realizada a caracterização destas composições em que o grau de intumescimento e as propriedades reológicas foram analisadas.[042] Following the step of preparing the hydrogel compositions, the characterization of these compositions was carried out in which the degree of swelling and the rheological properties were analyzed.
[043] O grau de intumescimento foi um dos parâmetros investigados para a caracterização das composições de hidrogel. Inicialmente, três réplicas de cada hidrogel foram secos em estufa (30°C, por 24 horas), e realizadas pesagens frequentes a fim de avaliar a completa secagem e estabilização da massa dos hidrogéis. Os hidrogéis secos foram mergulhados em água deionizada (100 mL) para o processo de intumescimento (a temperatura ambiente). Em função do tempo, os hidrogéis foram pesados, sendo o excesso de água retirado com o auxílio de um papel toalha. O grau de intumescimento (GI) dos hidrogéis foi calculado em função do tempo, através da equação 1.
GI =[mi-ms)/ms] x 100% (1)
onde, mi é a massa do hidrogel intumescido e ms é a massa do hidrogel seco.[043] The degree of swelling was one of the parameters investigated for the characterization of hydrogel compositions. Initially, three replicates of each hydrogel were oven dried (30 ° C, for 24 hours), and frequent weighing was carried out in order to evaluate the complete drying and stabilization of the hydrogel mass. The dry hydrogels were immersed in deionized water (100 mL) for the swelling process (at room temperature). Depending on the time, the hydrogels were weighed and the excess water was removed with the aid of a paper towel. The degree of swelling (GI) of the hydrogels was calculated as a function of time, using equation 1.
GI = [mi-ms) / ms] x 100% (1)
where, mi is the mass of the swollen hydrogel and ms is the mass of the dry hydrogel.
[044] A Figura 3 mostra os resultados de grau de intumescimento para os hidrogéis preparados na presença ou não dos compostos botânicos encapsulados nas nanopartículas. Os hidrogéis controle apresentaram grau de intumescimento de cerca de 27 ± 0,4% com 180 minutos respectivamente. Observa-se que com a adição dos compostos encapsulados ocorreu um leve aumento no grau de intumescimento, no entanto, não foram observadas diferenças significativas entre as formulações. Baixos valores para grau de intumescimento contribuem para aumento nas propriedades mecânicas dos hidrogéis. Além de que alta concentração de ácido leva a uma alta concentração de ligações cruzadas e uma taxa de dilatação da rede polimérica limitada. Na presente invenção foi utilizada uma alta concentração de ácido cítrico na reticulação (8 mol/L).[044] Figure 3 shows the results of degree of swelling for hydrogels prepared in the presence or not of the botanical compounds encapsulated in the nanoparticles. The control hydrogels showed a swelling degree of about 27 ± 0.4% with 180 minutes, respectively. It is observed that with the addition of the encapsulated compounds there was a slight increase in the degree of swelling, however, no significant differences were observed between the formulations. Low values for the degree of swelling contribute to an increase in the mechanical properties of hydrogels. In addition, a high concentration of acid leads to a high concentration of cross-links and a limited rate of expansion of the polymeric network. In the present invention a high concentration of citric acid was used in the crosslinking (8 mol / L).
[045] As propriedades reológicas foram analisadas através de um reômetro rotacional (Kinexus Lab, Malvern Instruments Ltd) com geometria de cone e placa (diâmetro 20 mm, ângulo 0,5 rad e espaço entre as placas de 1 mm) e controle de temperatura Peltier. Para determinação do módulo elástico (G') e do e módulo viscoso (G"), cerca de 500 mg do hidrogel foi transferido para o porta-amostras e uma faixa de frequência de 0,1-10 Hz foi aplicada para avaliar a estabilidade do material, a tensão de cisalhamento foi de 1 Pa. As propriedades reológicas foram estudas em duas temperaturas 25°C e 40°C, sendo que cada experimento foi repetido três vezes e analisado usando o software rSpace.[045] Rheological properties were analyzed using a rotational rheometer (Kinexus Lab, Malvern Instruments Ltd) with cone and plate geometry (
[046] A figura 4 apresenta os gráficos da análise reológica para as diferentes composições de hidrogel preparadas contendo as formulações de nanopartículas com os compostos botânicos.[046] Figure 4 presents the graphs of the rheological analysis for the different hydrogel compositions prepared containing the nanoparticle formulations with the botanical compounds.
[047] Já a Tabela 2 apresenta os parâmetros reológicos para as composições de hidrogel contendo as formulações de nanopartículas de zeína, na frequência de 1 Hz.Observação: Controle - Composição de hidrogel controle (Água); NP - Composição de hidrogel contendo nanopartículas de zeína; NP_GRL+EGL - Composição de hidrogel contendo geraniol+eugenol encapsulados em nanopartículas de zeína; NP_GRL+CND - Composição de hidrogel contendo geraniol+cinamaldeído encapsulados em nanopartículas de zeína.[047] Table 2 shows the rheological parameters for hydrogel compositions containing zein nanoparticle formulations, at a frequency of 1 Hz. Observation: Control - Control hydrogel composition (Water); NP - Hydrogel composition containing zein nanoparticles; NP_GRL + EGL - Hydrogel composition containing geraniol + eugenol encapsulated in zein nanoparticles; NP_GRL + CND - Hydrogel composition containing geraniol + cinnamaldehyde encapsulated in zein nanoparticles.
[048] Observa-se na Figura 4 que para todas as composições de hidrogel, ocorreu uma diminuição da viscosidade (inset), conforme o incremento da frequência. Sendo assim, as composições preparadas seguem a reologia de um fluído não newtoniano do tipo pseudoplástico. Sabe-se que a principal característica dos pseudoplásticos, é a diminuição da viscosidade aparente, com o aumento da taxa de cisalhamento. Isso se deve principalmente as forças hidrodinâmicas, as quais tornam-se mais intensas e provocam uma ruptura progressiva e um alongamento do sistema. Isto resulta em um novo alinhamento com o escoamento do material e, por conseguinte, uma redução na viscosidade.[048] It can be seen in Figure 4 that for all hydrogel compositions, there was a decrease in viscosity (inset), as the frequency increased. Thus, the prepared compositions follow the rheology of a non-Newtonian fluid of the pseudoplastic type. It is known that the main characteristic of pseudoplastics is the decrease in apparent viscosity, with an increase in the shear rate. This is mainly due to the hydrodynamic forces, which become more intense and cause a progressive rupture and an elongation of the system. This results in a new alignment with the flow of the material and, therefore, a reduction in viscosity.
[049] Também, observa-se na Figura 4 e na Tabela 2 que o módulo elástico (G') é maior do que o viscoso (G") para ambas as temperaturas. Tais resultados indicam que o hidrogel é altamente reticulado.[049] Also, it can be seen in Figure 4 and Table 2 that the elastic modulus (G ') is greater than the viscous modulus (G ") for both temperatures. Such results indicate that the hydrogel is highly cross-linked.
[050] Quando foi realizado a incorporação das composições de hidrogel com as formulações de nanopartículas na presença e ausência dos compostos botânicos - (Figura 4 e Tabela 1) ocorreu um aumento nos parâmetros viscoelásticos, em especial da razão G'/G", podendo ser sugestivo de uma interação substancial entre a matriz dos hidrogéis e as nanopartículas. A incorporação apenas das nanopartículas, aumentou os parâmetros reológicos em comparação aos contendo os repelentes botânicos. O aumento na razão G'/G" indica uma maior interação entre as cadeias dos polímeros durante o processo de reticulação, fato este devido a presença da zeína, melhorando a estruturação e a possível estabilidade do hidrogel a longo prazo. Sendo assim, as proteínas têm uma forte tendência para adsorver em interfaces óleo-água, sendo assim durante o processo de reticulação permitiu uma melhor interação entre os polímeros. Esse conjunto de dados mostram que as composições de hidrogel preparadas mostram-se promissoras para carrear os compostos botânicos encapsulados. Ademais, as composições preparadas apresentaram excelentes propriedades para aplicações em ambiente, uma vez que não há cisalhamento por fontes externas, como a pressão mecânica causada pelo manuseio excessivo. Destaca-se que o fato de também resistirem ao cisalhamento em altas temperaturas é uma importante propriedade, pensando em aplicações agrícolas.[050] When the hydrogel compositions were incorporated with the nanoparticle formulations in the presence and absence of botanical compounds - (Figure 4 and Table 1) there was an increase in the viscoelastic parameters, especially the G '/ G "ratio, be suggestive of a substantial interaction between the hydrogel matrix and the nanoparticles. The incorporation of only the nanoparticles increased the rheological parameters compared to those containing the botanical repellents. The increase in the G '/ G "ratio indicates a greater interaction between the chains of polymers during the crosslinking process, which is due to the presence of zein, improving the structure and the possible long-term stability of the hydrogel. Thus, proteins have a strong tendency to adsorb on oil-water interfaces, so during the cross-linking process it allowed for better interaction between polymers. This data set shows that the prepared hydrogel compositions are promising for carrying encapsulated botanical compounds. In addition, the prepared compositions showed excellent properties for applications in the environment, since there is no shear from external sources, such as the mechanical pressure caused by excessive handling. It is noteworthy that the fact that they also resist shear at high temperatures is an important property, considering agricultural applications.
[051] De acordo com o terceiro objeto da presente invenção, tendo as composições de hidrogel demonstrado estabilidade, sua atividade repelente foi avaliada como descrito a seguir.[051] According to the third object of the present invention, having the hydrogel compositions demonstrated stability, their repellent activity was evaluated as described below.
[052] Os ensaios de atividade repelente contra mosca-branca Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera: Aleyrodidae), foram conduzidos em olfatômetro de arena de quatro vias em sala sem entrada de luz. As amostras avaliadas foram as mesmas descritas no item preparo das composições de hidrogel, sendo que para cada bioensaio foi retirado 1,0 cm2 de cada hidrogel. Os tratamentos foram dispostos em conectores de vidro acoplados nas vias do olfatômetro, em cada qual foi regulada a vazão de 1 L/min de ar. A vazão de ar foi obtida por uma bomba de vácuo conectada na saída central do olfatômetro. Desse modo, o ar entrou pelas quatro vias do olfatômetro, convergindo no ponto central de liberação dos insetos B. tabaci. Os tratamentos no olfatômetro foram distribuídos com a chance de escolha fosse de 50% (tratamento vs. testemunha). Logo, duas vias corresponderam ao tratamento e duas vias a testemunha, posicionados de forma intercalada.[052] The repellent activity tests against whitefly Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera: Aleyrodidae), were conducted in a four-way arena olfactometer in a room without light. The evaluated samples were the same as described in the item preparing the hydrogel compositions, and for each bioassay 1.0 cm2 was removed from each hydrogel. The treatments were arranged in glass connectors coupled to the olfactometer pathways, in which the flow rate of 1 L / min of air was regulated. The air flow was obtained by a vacuum pump connected to the central outlet of the olfactometer. In this way, the air entered through the four pathways of the olfactometer, converging at the central point of release of the insects B. tabaci. The treatments on the olfactometer were distributed with a 50% chance of choice (treatment vs. control). Therefore, two copies corresponded to the treatment and two copies corresponded to the control, positioned interchangeably.
[053] Cada repetição correspondeu a uma mosca e foi introduzida no centro do olfatômetro por meio de uma ponteira de micropipeta e, durante 10 minutos, foi observado o tempo de permanência em cada quadrante. Foi considerado como "não-resposta" o tempo de permanência do inseto na área central do olfatômetro, pois é o local onde ocorre a convergência e mistura dos voláteis das quatro vias. A cada mudança de tratamento foram trocados os conectores de vidro e as mangueiras. Foram conduzidas 10 repetições para o teste de repelência.[053] Each repetition corresponded to a fly and was introduced into the center of the olfactometer by means of a micropipette tip and, for 10 minutes, the residence time in each quadrant was observed. It was considered as "non-response" the time the insect stayed in the central area of the olfactometer, as it is the place where the convergence and mixture of the volatiles of the four pathways occurs. At each change of treatment, the glass connectors and hoses were changed. 10 repetitions were conducted for the repellency test.
[054] Os resultados foram calculados por meio do índice de efeito (IF), equação 2, sendo os resultados expressados em função dos hidrogéis controle (apenas água). Destaca-se que o IF foi calculado em função do efeito repelente, atrativo e também "não-resposta".
IF =(Et-Ec)/Ec (2)
onde, Et é a % de efeito para o tratamento e Ec é a % de efeito para o hidrogel controle. Destaca-se que resultados positivos indicam que o tratamento mostrou efeito superior ao controle, já resultados negativos indicam que o controle mostrou efeito superior ao tratamento.[054] The results were calculated using the effect index (IF), equation 2, the results being expressed as a function of the control hydrogels (water only). It is noteworthy that the IF was calculated according to the repellent, attractive and also "non-response" effect.
IF = (Et-Ec) / Ec (2)
where, Et is the% of effect for the treatment and Ec is the% of effect for the control hydrogel. It is noteworthy that positive results indicate that the treatment showed an effect superior to the control, whereas negative results indicate that the control showed an effect superior to the treatment.
[055] As composições de hidrogel contendo os compostos botânicos encapsulados apresentam IF positivo para a repelência, com valores entre 1,1 e 1,5% (Figura 5). As composições contendo a mistura de geraniol e cinamaldeído apresentaram valores ligeiramente superiores. Estas composições apresentaram significativo efeito repelente em relação as composições controle. Destaca-se ainda que o efeito repelente também foi significativamente e surpreendentemente superior ao efeito das composições contendo apenas as nanopartículas de zeína. Tal resultado pode ser devido principalmente a presença e interação entre compostos botânicos.[055] Hydrogel compositions containing encapsulated botanical compounds show positive IF for repellency, with values between 1.1 and 1.5% (Figure 5). The compositions containing the mixture of geraniol and cinnamaldehyde showed slightly higher values. These compositions showed a significant repellent effect compared to the control compositions. It is also noteworthy that the repellent effect was also significantly and surprisingly superior to the effect of compositions containing only the zein nanoparticles. Such result may be due mainly to the presence and interaction between botanical compounds.
[056] Desta maneira, a mistura de compostos ativos mostra-se uma alternativa promissora a fim de aumentar o espectro de ação dos compostos botânicos.[056] In this way, the mixture of active compounds is a promising alternative in order to increase the spectrum of action of botanical compounds.
[057] Ácaros Tetranychus urticae Koch (Acari: Tetranychidae) utilizados no experimento foram provenientes de uma criação mantida em sala climatizada (temperatura 25 ± 1°C, umidade de 70 ± 10% e fotoperíodo de 12 horas) sobre plantas de feijoeiro Phaseolus vulgaris L.[057] Mites Tetranychus urticae Koch (Acari: Tetranychidae) used in the experiment came from a breed kept in an air-conditioned room (
[058] Inicialmente, sementes de feijoeiro P. vulgaris foram plantadas em copos plástico de 500 mL. Aos 30 dias após a germinação as plantas foram levadas ao laboratório nas mesmas condições climáticas mencionadas para a criação de ácaros e colocadas em recipientes plásticos de 6 L de capacidade. Os géis foram fixados a um palito de madeira de 25,0 cm de altura, presos com um prendedor, e colocados dentro do copo contendo as plantas. Os recipientes foram montados aos pares à uma distância de 17,0 cm um do outro, sendo que de um lado continha o gel e do outro não. Os recipientes foram interligados por um orifício contendo uma mangueira plástica transparente de 1,0 cm de diâmetro (Figura 1). No centro da mangueira foi realizada uma abertura de 0,5 cm2, e após 12 horas nesta abertura foram transferidas 50 fêmeas adultas de T. urticae com o auxílio de pincel de apenas um pelo e estereomicroscópio. Em seguida, a abertura foi vedada com tecido tipo "voil". Após vinte e quatro horas (24 h) da transferência dos ácaros as folhas das plantas de cada recipiente plástico foram cortadas e procedeu-se a contagem do número de ácaros e de ovos presentes em cada planta sob estereomicroscópio. Foram calculados o índice de repelência (IR) e o índice de impedimento de oviposição (IO) de acordo com as equações 3 e 4.onde, Nc é o número de ácaros encontrados na planta controle (sem gel) e Nt é o número de ácaros encontrados na planta contendo os géis. Ot é o número de ovos encontrados na planta contendo os géis e Oc é o número de ovos encontrados nas plantas sem a presença dos géis. As médias do índice de repelência e também de impedimento de oviposição foram atribuídas a classes distintas, sendo: Classe 0 (0,01% -0,1%), Classe I (0,1% -20%), Classe II (20,1% -40%), Classe III (40,1% -60%), Classe IV (60,1% -80%) e Classe V (80,1% a 100%). O número de ácaros, bem como de ovos, nas plantas tratadas e controle foram analisados por testes t para comparações pareadas. Os dados foram transformados em log antes da análise para atender aos pressupostos da estatística paramétrica.[058] Initially, seeds of P. vulgaris beans were planted in 500 mL plastic cups. At 30 days after germination, the plants were taken to the laboratory under the same climatic conditions mentioned for the creation of mites and placed in 6 L plastic containers. The gels were fixed to a 25.0 cm high wooden toothpick, attached with a fastener, and placed inside the glass containing the plants. The containers were assembled in pairs at a distance of 17.0 cm from each other, with the gel on one side and not on the other. The containers were connected through a hole containing a 1.0 cm diameter transparent plastic hose (Figure 1). In the center of the hose, an opening of 0.5 cm2 was made, and after 12 hours in this opening, 50 adult females of T. urticae were transferred with the aid of a brush with only one hair and a stereomicroscope. Then, the opening was sealed with "sheer" fabric. Twenty-four hours (24 h) after the mite transfer, the leaves of the plants in each plastic container were cut and the number of mites and eggs present in each plant was counted under a stereomicroscope. The repellency index (IR) and the oviposition impediment index (IO) were calculated according to equations 3 and 4. where, Nc is the number of mites found in the control plant (without gel) and Nt is the number of mites found in the plant containing the gels. Ot is the number of eggs found in the plant containing the gels and Oc is the number of eggs found in the plants without the gels. The averages of the repellency index and also of preventing oviposition were attributed to different classes, being: Class 0 (0.01% -0.1%), Class I (0.1% -20%), Class II (20 , 1% -40%), Class III (40.1% -60%), Class IV (60.1% -80%) and Class V (80.1% to 100%). The number of mites, as well as eggs, in the treated and control plants were analyzed by t tests for paired comparisons. The data were transformed into a log before analysis to meet the assumptions of parametric statistics.
[059] A Tabela 3 apresenta os resultados para o número de ácaros encontrados na planta com o dispositivo (tratada) e no controle. Com os dados obtidos foi possível calcular o índice de repelência (IR). Em contrapartida a Tabela 4 apresenta os resultados para o número de ovos encontrados na planta com o dispositivo e no controle, sendo calculado o índice de impedimento de oviposição (IO). Observação: Testemunha (sem adição de composições); Composições de hidrogel controle (apenas água); composições de hidrogel contendo nanopartículas de zeína na ausência de composto botânico (NP); composições de hidrogel contendo geraniol e eugenol encapsulados em nanopartículas de zeína (NP_GRL+EGL); composições de hidrogel contendo geraniol e cinamaldeído encapsulados em nanopartículas de zeína (NP_GRL+CND). Observação1: a Média de nove repetições. DP= desvio padrão. b Testes estatísticos referem-se ao teste-t para comparação de pares entre plantas tratadas e controle. c IR= índice de repelência.
Observação2: Testemunha (sem adição de dispositivos); Dispositivos hidrogéis controle (apenas água); dispositivos hidrogéis contendo nanopartículas de zeína na ausência de composto botânico (NP); dispositivos hidrogéis contendo geraniol e eugenol encapsulados em nanopartículas de zeína (NP_GRL+EGL); dispositivos hidrogéis contendo geraniol e cinamaldeído encapsulados em nanopartículas de zeína (NP_GRL+CND).[059] Table 3 presents the results for the number of mites found in the plant with the device (treated) and in the control. With the obtained data it was possible to calculate the repellency index (IR). On the other hand, Table 4 presents the results for the number of eggs found in the plant with the device and in the control, being calculated the oviposition impediment index (IO). Observation: Witness (without adding compositions); Control hydrogel compositions (water only); hydrogel compositions containing zein nanoparticles in the absence of botanical compound (NP); hydrogel compositions containing geraniol and eugenol encapsulated in zein nanoparticles (NP_GRL + EGL); hydrogel compositions containing geraniol and cinnamaldehyde encapsulated in zein nanoparticles (NP_GRL + CND). Observation1: the Average of nine repetitions. SD = standard deviation. b Statistical tests refer to the t-test for comparing pairs between treated plants and control. c IR = repellency index.
Observation2: Witness (without adding devices); Hydrogel control devices (water only); hydrogel devices containing zein nanoparticles in the absence of botanical compound (NP); hydrogel devices containing geraniol and eugenol encapsulated in zein nanoparticles (NP_GRL + EGL); hydrogel devices containing geraniol and cinnamaldehyde encapsulated in zein nanoparticles (NP_GRL + CND).
[060] Como pode ser observado, apenas as composições contendo os compostos ativos botânicos encapsulados apresentaram diferença significativa entre o número de ácaros e ovos encontrados nas plantas tratadas em comparação com a controle (Tabelas 3 e 4). As composições contendo os compostos encapsulados (NP_GRL+CND e NP_GRL+EGL) apresentaram IR de 81 % (t = 3,24, df = 16, p=0,005) e 90 % (t = 3,98, df = 16, p<0,001), respectivamente. As composições contendo os compostos botânicos encapsulados apresentaram classificação máxima (V), indicando uma ótima capacidade repelente. Tanto a testemunha (sem adição de composições), como as composições controles (apenas água) e aqueles contendo apenas as nanopartículas de zeína (NP) não mostraram efeito repelente significativo, apresentando valores de p > 0,1, além de baixos IR. Os resultados similares são encontrados quando avaliamos o número de ovos depositados (Tabela 4). As composições NP_GRL+CND e NP_GRL+EGL apresentaram IO de 97 % (t = 4,57, df = 112, p<0,001) e 94 % (t = 6,17, df = 112, p<0,001), respectivamente. Portanto, recebeu classificação máxima, para o impedimento de oviposição dos ácaros. Nenhum efeito dissuasor da oviposição foi observado para a testemunha e para as composições controle e NP, apresentando valores de IO baixos ou negativos.[060] As can be seen, only the compositions containing the encapsulated botanical active compounds showed a significant difference between the number of mites and eggs found in the treated plants compared to the control (Tables 3 and 4). The compositions containing the encapsulated compounds (NP_GRL + CND and NP_GRL + EGL) showed an IR of 81% (t = 3.24, df = 16, p = 0.005) and 90% (t = 3.98, df = 16, p <0.001), respectively. The compositions containing the encapsulated botanical compounds had a maximum rating (V), indicating an excellent repellent capacity. Both the control (without adding compositions), the control compositions (water only) and those containing only the zein nanoparticles (NP) did not show a significant repellent effect, presenting p values> 0.1, in addition to low IR. Similar results are found when we evaluate the number of eggs deposited (Table 4). The compositions NP_GRL + CND and NP_GRL + EGL showed an OI of 97% (t = 4.57, df = 112, p <0.001) and 94% (t = 6.17, df = 112, p <0.001), respectively. Therefore, it received maximum classification, to prevent oviposition of mites. No deterrent effect of oviposition was observed for the control and for the control and NP compositions, with low or negative IO values.
[061] Neste contexto, assim como observado para os ensaios com mosca-branca (Bemisia tabaci), as composições contendo os compostos botânicos encapsulados apresentaram significativo e surpreende efeito repelente contra as pragas, sendo que também foi capaz de evitar a oviposição dos ácaros.[061] In this context, as observed for the tests with whitefly (Bemisia tabaci), the compositions containing the encapsulated botanical compounds showed a significant and surprising repellent effect against the pests, being also able to prevent the oviposition of the mites.
[062] Sendo assim, as composições contendo os compostos botânicos encapsulados apresentaram atividade repelente contra o ácaro-rajado, assim como demonstrado para a mosca-branca. Além disso, a mistura dos compostos ativos pode ter melhorado o efeito repelente, sendo uma alternativa promissora a fim de aumentar o espectro de ação. Desta maneira, foram realizados ensaios de liberação in vitro a fim de investigar o perfil de liberação dos compostos ativos a partir das composições.[062] Therefore, the compositions containing the encapsulated botanical compounds showed repellent activity against the striped mite, as demonstrated for the whitefly. In addition, the mixture of active compounds may have improved the repellent effect, being a promising alternative in order to increase the spectrum of action. In this way, in vitro release tests were carried out in order to investigate the release profile of the active compounds from the compositions.
[063] Um hidrogel (com em média 4,50 g) contendo a suspensão de nanopartículas foi adicionado em 100 mL de uma solução de Poloxamer à 3% (w/v) e submetidas a uma agitação em "shaker" (150 rpm). Em função do tempo, alíquotas (1 mL) da solução foi coletada, sendo o volume retirado, reposto com solução Poloxamer à 3 % a fim de manter o volume final do compartimento aceptor. A quantidade de composto botânico liberada foi então quantificada através de HPLC, sendo os resultados expressos em %. Com o intuito de evitar qualquer perda por evaporação, os béqueres foram cobertos, sendo apenas descobertos durante a amostragem (realizados em triplicata).[063] A hydrogel (4.50 g on average) containing the nanoparticle suspension was added in 100 mL of a 3% (w / v) Poloxamer solution and subjected to shaker shaking (150 rpm) . As a function of time, aliquots (1 mL) of the solution were collected, the volume being removed, replaced with a 3% Poloxamer solution in order to maintain the final volume of the acceptor compartment. The amount of botanical compound released was then quantified using HPLC, the results being expressed in%. In order to avoid any loss by evaporation, the beakers were covered, only being discovered during sampling (performed in triplicate).
[064] A Figura 6 traz o gráfico de liberação cumulativa dos compostos botânicos em função do tempo. Observa-se que para as composições contendo a mistura de GRL e CND, a liberação (com 24 horas) do GRL e do CND foi de 23,4 ± 1,4 % e 48,4 ± 1,3 %, respectivamente. Já, em relação as composições contendo a mistura de GRL e EGL apresentaram a liberação foi de 21,1 ± 1,0 % e 29,3 ± 1,3 %, respectivamente. Observa-se, portanto, que todas as composições apresentaram um perfil de liberação bifásico, sendo uma liberação mais rápida inicialmente, seguido de uma liberação sustentada. A liberação mais rápida inicialmente está associada com a fração não encapsulada ou adsorvida na superfície das partículas. Sendo assim a incorporação das nanopartículas no hidrogel limita a mobilidade dos compostos botânicos na rede polimérica do gel.[064] Figure 6 shows the graph of cumulative release of botanical compounds as a function of time. It is observed that for the compositions containing the mixture of GRL and CND, the release (with 24 hours) of GRL and CND was 23.4 ± 1.4% and 48.4 ± 1.3%, respectively. Regarding the compositions containing the mixture of GRL and EGL, the release was 21.1 ± 1.0% and 29.3 ± 1.3%, respectively. It is observed, therefore, that all the compositions presented a biphasic release profile, with a faster release initially, followed by a sustained release. The faster release is initially associated with the non-encapsulated or adsorbed fraction on the surface of the particles. Thus, the incorporation of nanoparticles in the hydrogel limits the mobility of botanical compounds in the polymeric network of the gel.
[065] Sendo assim, a presente invenção ressalta o desenvolvimento de composição de hidrogel baseada em derivados de celulose, tais como CMC e HEC, contendo mistura de compostos botânicos encapsulados.[065] Therefore, the present invention highlights the development of a hydrogel composition based on cellulose derivatives, such as CMC and HEC, containing a mixture of encapsulated botanical compounds.
[066] A referida composição de hidrogel possui as seguintes vantagens:
- Possibilidade de incorporação de bioativos oleosos, facilitando a dispersão aquosa dos mesmos;
- É baseada em matrizes de origem natural, com aplicação em agricultura sustentável;
- Apresenta processo de preparação simples com duas etapas, sendo:
- a) modelagem e incorporação dos bioativos e
- b) moldagem e reticulação final com possível rápida remoção aquosa do agente reticulante, tendo também a possibilidade de moldagem em diferentes formatos.
- Resistência estrutural à altas temperaturas e tensões de cisalhamento, facilitando a aplicação e a elaboração de embalagens adequadas;
- Efetiva atividade repelente da mistura de compostos botânicos encapsulados contra duas pragas agrícolas: mosca-branca e ácaro-rajado.[066] The said hydrogel composition has the following advantages:
- Possibility of incorporating oily bioactive substances, facilitating their aqueous dispersion;
- It is based on matrices of natural origin, with application in sustainable agriculture;
- It presents a simple preparation process with two steps, being:
- a) modeling and incorporation of bioactive and
- b) molding and final cross-linking with possible rapid aqueous removal of the cross-linking agent, also having the possibility of molding in different formats.
- Structural resistance to high temperatures and shear stresses, facilitating the application and preparation of suitable packaging;
- Effective repellent activity of the mixture of botanical compounds encapsulated against two agricultural pests: whitefly and spotted mite.
[067] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.[067] Those skilled in the art will value the knowledge presented here and will be able to reproduce the invention in the modalities presented and in other variants, covered by the scope of the attached claims.
Claims (19)
- a) dispersão dos polímeros de celulose na solução de nanopartículas contendo os compostos botânicos até completa hidratação;
- b) obtenção do hidrogel resultante;
- c) homogeneização do hidrogel;
- d) inserção do hidrogel em molde e
- e) imersão do molde em solução de ácido cítrico.
- a) dispersion of cellulose polymers in the nanoparticle solution containing the botanical compounds until complete hydration;
- b) obtaining the resulting hydrogel;
- c) homogenization of the hydrogel;
- d) insertion of the hydrogel into a mold and
- e) immersion of the mold in citric acid solution.
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Legal Events
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---|---|---|---|
B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
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