Optimisation de la nano-encapsulation d'abamectine : impact de la taille des particules sur la libération, la stabilité et la lutte antiparasitaire

Résumé

L'utilisation de vecteurs nano pour les principes actifs pesticidaires améliore les taux d'utilisation et prolonge l'efficacité par libération contrôlée et protection accrue. Pourtant, la plupart des formulations à libération contrôlée présentent des particules grosses et polydisperses, limitant les connaissances sur leurs performances. Dans cette étude, des systèmes de nano-encapsulation d'abamectine (Av) ont été conçus avec des tailles de particules précisément contrôlées, et leur cinétique de libération, photostabilité et bioactivité ont été évaluées. En ajustant la taille des particules, le profil de libération de l'Av pouvait être finement ajusté, et l'activité biologique augmentait avec la diminution de la taille. Ces résultats démontrent que les systèmes de nano-encapsulation d'Av améliorent nettement la libération contrôlée, la protection UV et l'efficacité, réduisant ainsi les résidus de pesticides et la fréquence d'application.

Contexte

Les pesticides sont essentiels pour la gestion des maladies et ravageurs des plantes, mais les formulations conventionnelles souffrent d'une mauvaise dispersion, d'une dégradation rapide et de taux de perte élevés (70–90 %) dus à la biodégradation, la photolyse, l'évaporation, le ruissellement et la lixiviation vers les nappes phréatiques. Ces défis compromettent la sécurité alimentaire et la qualité environnementale, soulignant le besoin de stratégies d'administration avancées.

La nanotechnologie offre une voie prometteuse pour améliorer la performance des pesticides. Les formulations nanoparticulaires augmentent la surface et améliorent la distribution spatiale sur les surfaces foliaires, tandis que les vecteurs polymères nano permettent une libération lente et contrôlée des principes actifs. L'acide polylactique (PLA), un polymère biodégradable approuvé par la FDA, s'est avéré efficace comme vecteur pour les molécules bioactives et est de plus en plus exploré pour l'encapsulation de pesticides en raison de son respect de l'environnement, son faible coût et sa faisabilité à grande échelle.

La nano-encapsulation élargit la surface de contact entre le ravageur et le pesticide, améliorant l'adhésion et la pénétration. L'abamectine (Av) est un biopesticide à large spectre et à faible toxicité, mais elle se dégrade rapidement sous UV et a une courte demi-vie en milieu aqueux. La microencapsulation a été tentée, mais les capsules résultantes (1–5 µm) sont grosses et hétérogènes, limitant la dispersion et l'efficacité. Peu de travaux existent sur des systèmes de nano-encapsulation d'Av avec distribution de taille contrôlée.

Cette recherche vise à synthétiser des systèmes de nano-encapsulation d'Av avec des tailles de particules variables par polymérisation en émulsion en utilisant le PLA, et à évaluer comment la taille influence le comportement de libération, la photostabilité et l'activité biologique.

Expérimental

Matériaux

Le PLA et l'Av ont été fournis par Nature Works et Qilu Pharmaceutical Co., Ltd. (Mongolie intérieure, Chine). L'alcool polyvinylique (PVA, 87–90 % hydrolysé, M_w 30 000–70 000) a été acheté chez Sigma-Aldrich Shanghai. La gélatine provenait de Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Les membranes de dialyse venaient de Beijing Tianan Technology Co., Ltd. Tous les autres réactifs étaient de grade analytique, et de l'eau Milli-Q (18,2 MΩ·cm) a été utilisée tout au long.

Préparation du système de nano-encapsulation d'abamectine

Une émulsion huile-dans-eau (O/W) a été formée en combinant le PLA et l'Av dissous dans le chlorure de méthylène (phase huileuse) avec une phase aqueuse contenant gélatine et PVA. La phase huileuse a été gouttée dans la phase aqueuse sous émulsification à haut cisaillement (FA25, FLUKO) pour produire une émulsion brute, puis homogenisée par ultrasons (JY 92-IIN). L'émulsion résultante a été agitée toute la nuit pour évaporer le solvant, collectée par centrifugation, lavée trois fois à l'eau déionisée et lyophilisée en une poudre fluide, stockée à 4 °C.

Caractérisation des systèmes de nano-encapsulation

La morphologie des particules a été examinée par microscopie électronique à balayage (MEB, JSM-6700 F) après métallisation au platine. Les distributions de taille ont été mesurées par diffusion dynamique de la lumière (Zetasizer NanoZS90) à 25 °C.

Détermination du chargement en abamectine

La teneur en Av a été quantifiée par spectroscopie UV-vis (245 nm). Les échantillons ont été pesés, dissous dans le chloroforme, évaporés, redissous dans le méthanol, filtrés et analysés.

Études de libération contrôlée

Les échantillons ont été suspendus dans 10 mL d'éthanol/eau 1:1, placés dans un sac de dialyse et immergés dans 90 mL du même milieu. À intervalles réguliers, des aliquotes de 5 mL ont été remplacées par du solvant frais, et la concentration en Av mesurée par UV-vis. L'abamectine technique (TC) a servi de témoin.

Comportement de photolyse

La photolyse de l'Av a été évaluée en irradiant des solutions méthanol/eau sous une lampe UV de 500 W (λ = 365 nm) jusqu'à 72 h, avec prélèvements toutes les 12 h.

Tests de stabilité

Les échantillons ont été stockés à 0 ± 2 °C pendant 7 jours et 54 ± 2 °C pendant 14 jours, puis la teneur en Av a été re-mesurée.

Bioessais

Des bioessais par trempage de feuilles contre des larves de puceron du chou ont été réalisés. Les feuilles ont été immergées dans des suspensions d'Av contenant Triton X-100, séchées, et exposées à 48 h d'incubation (25 °C, 75 % HR). La mortalité a été enregistrée, et les valeurs LC₅₀ calculées avec DPS v12.01. Un WDG commercial a servi de témoin.

Résultats et discussion

Construction et caractérisation du système de nano-encapsulation d'abamectine

La figure 1 décrit le flux de travail de synthèse. En variant le rapport PVA/gélatine, des tailles de particules de 344 à 827 nm ont été obtenues (figure 2). Le chargement en Av variait de 33,4 % à 57,5 % (figure 3). Toutes les particules étaient lisses, sphériques et uniformément dispersées.

Schéma de la préparation du système de nano-encapsulation d'Av.

Images MEB (a–d) et distributions de taille (e) des systèmes de nano-encapsulation d'Av.

Chargement en Av selon les tailles de particules.

Libération d'abamectine depuis le système de nano-encapsulation in vitro

Les profils de libération (figure 4) révèlent que l'Av technique se libère presque entièrement en 25 h, tandis que les nano-systèmes présentent une libération biphasique : une rafale initiale suivie d'une libération soutenue sur 240 h. Les particules plus petites (344 nm) ont libéré 79,4 % d'Av, contre 53,2 % pour les particules de 827 nm, indiquant que la surface spécifique plus élevée accélère la diffusion. Ainsi, la taille des particules est un levier clé pour adapter la cinétique de libération.

Comportements de libération des systèmes de nano-encapsulation d'Av en éthanol/eau (1:1, v/v) sur 200 h.

Activité biologique

Les bioessais contre les pucerons (figure 5) montrent une tendance claire : les valeurs LC₅₀ diminuent à mesure que la taille des particules décroît. Les particules plus petites améliorent la dispersion, la mouillabilité et la rétention, augmentant ainsi la biodisponibilité. Tous les nano-systèmes surpassent le WDG commercial d'Av, confirmant que la nano-encapsulation renforce l'efficacité.

Résultats des bioessais des systèmes de nano-encapsulation d'Av avec tailles de particules variables.

Propriétés de protection UV de l'abamectine dans le système de nano-encapsulation

Les expériences de photolyse (figure 6) démontrent que le système de nano-encapsulation protège l'Av de la dégradation UV : après 48 h, seule 18,7 % de photolyse se produit contre 46,7 % pour le WDG commercial ; à 72 h, 25,6 % contre 51,5 %. La paroi polymère protège efficacement le principe actif.

Comparaison du pourcentage de photolyse de l'Av avec WDG commercial et système de nano-encapsulation sous irradiation UV.

Stabilité de stockage

Les tests de stabilité (figure 7) indiquent que le chargement en Av reste stable à 0 °C et 25 °C. Une perte modeste (< 5 %) survient après 14 jours à 54 °C, attribuable à la dégradation thermique. Globalement, le système de nano-encapsulation présente une excellente stabilité de stockage.

Stabilité du système de nano-encapsulation d'Av à différentes températures de stockage.

Conclusions

Nous avons fabriqué avec succès des systèmes de nano-encapsulation d'abamectine à tailles de particules contrôlées par polymérisation en émulsion avec le PLA comme vecteur biodégradable. La taille des particules dicte le taux de libération, la protection UV et l'activité biologique : les particules plus petites libèrent l'Av plus rapidement, améliorent la lutte antiparasitaire et offrent une photostabilité supérieure. Ces nano-systèmes surmontent les limitations des biopesticides conventionnels — dégradation rapide, adsorption au sol, courte durée d'action — améliorant ainsi l'efficacité, réduisant la fréquence d'application et minimisant l'impact environnemental.