Microesferas biodegradables de quitosano/carboximetilcelulosa obtenidas mediante gelación iónica para liberación lenta de KNO3

Abstract

One of the main strategies implemented worldwide to address global food shortages is the use of agrochemicals, however, in conventional formulations the active ingredient is released immediately, leading to degradation processes, premature immobilization, volatilization, evaporation and leaching of chemicals. In this research work, the synthesis of microspheres based on chitosan (CS) and carboxymethylcellulose (CMC) was carried out to improve the slow release of KNO3. The research was developed in three stages: 1) synthesis of chitosan/carboxymethylcellulose polymeric matrices by the ionic gelation method and loading with KNO3 by immersion, 2) characterization of: microstructure by X-ray diffraction, morphology by electron microscopy technique scanning and of functional groups present by Fourier transform infrared spectroscopy, as well as thermogravimetric analysis / Differential Scanning Calorimetry for microspheres with and without charge, 3) Analytical procedures such as quantification of performance of the polymers used, determination of the percentage of swelling , water soluble fraction, load percentage and active agent release tests as well as the adjustment to kinetic models of release. The results obtained by FTIR and XRD showed that the microspheres present interactions between the polymers forming highly cross-linked matrices, despite this, the uncharged microspheres can absorb up to 1.5 times their weight in water. On the other hand, it was found that the higher the crosslinking, the higher the temperature at which the samples undergo depolymerization. The average size of the microspheres was 622.4 ± 52.8 μm and they exhibited a spheroidal morphology. The load percentage quantification showed that the active agent can represent up to 68% of the total weight of the microsphere. In terms of release times, they were up to 5 times longer than conventional KNO3.

Una de las principales estrategias implementadas a nivel mundial para atender la escasez de alimentos, es el uso de agroquímicos, sin embargo, en las formulaciones convencionales el principio activo se libera de forma inmediata, dando lugar a procesos de degradación, inmovilización prematura, volatilización, evaporación y lixiviación de productos químicos. En este trabajo de investigación se realizó la síntesis de microesferas a base de quitosano (CS) y carboximetilcelulosa (CMC) para eficientar la liberación lenta de KNO3. La investigación se desarrolló en tres etapas: 1) síntesis de matrices poliméricas de quitosano/carboximetilcelulosa por el método de gelación iónica y carga con KNO3 por inmersión, 2) caracterización de: microestructura por difracción de rayos X, morfología por la técnica de microscopía electrónica de barrido y de grupos funcionales presentes por espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier, así como análisis termogravimétrico/calorimetría diferencial de barrido para las microesferas con y sin carga, 3) Procedimientos analíticos como cuantificación de rendimiento de los polímeros utilizados, determinación del porcentaje de hinchamiento, fracción soluble en agua, porcentaje de carga y ensayos de liberación de agente activo, así como el ajuste a modelos cinéticos de liberación. Los resultados obtenidos por FTIR y XRD, demostraron que las microesferas presentan interacciones entre los polímeros formando matrices altamente entrecruzadas, a pesar de esto, las microesferas sin carga pueden absorber hasta 1.5 veces su peso en agua. Por otro lado, se encontró que a mayor entrecruzamiento incrementa la temperatura a la cual las muestras sufren despolimerización. El tamaño promedio de las microesferas fue 622.4 ± 52.8 μm y exhibieron morfología esferoidal. La cuantificación de porcentaje de carga evidenció que el agente activo puede representar hasta el 68% del peso total de la microesfera. En cuanto a los tiempos de liberación, resultaron hasta 5 veces más prolongados respecto al KNO3 convencional.