Optimisasi Sistem Pengiriman Nano Avermectin: Dampak Ukuran Partikel terhadap Rilis, Stabilitas, dan Pengendalian Hama

Latar Belakang

Pestisida memegang peran penting dalam pengelolaan penyakit dan hama tanaman, namun formulasi konvensional menderita dispersi yang buruk, degradasi cepat, dan tingkat kehilangan yang tinggi (mencapai 70–90 %) akibat biodegradasi, fotolisis, evaporasi, larian permukaan, dan longsoran ke air tanah. Tantangan ini menuntut keamanan pangan dan kualitas lingkungan, sehingga menyoroti kebutuhan akan strategi pengiriman yang lebih canggih.

Nanoteknologi menawarkan jalan yang promising untuk meningkatkan performa pestisida. Formulasi nanopartikel meningkatkan luas permukaan dan memperbaiki distribusi spasial pada permukaan daun, sedangkan pengikutan nano polimerik memungkinkan rilis lambat dan terkontrol dari bahan aktif. Asid polilaktik (PLA), polimer yang terjangkit dan disetujui FDA, telah terbukti efektif sebagai pengikutan untuk molekula bioaktif dan semakin dieksplorasi untuk enkapsulasi pestisida karena ramah lingkungan, biaya rendah, dan skalabilitas.

Pengiriman nanopartikel memperluas area kontak antara hama dan pestisida, meningkatkan adhesi dan penetrasi. Avermectin (Av) adalah biopestisida spektrum luas dan toksisitas rendah, namun degradasi cepat di bawah UV dan umur paruh air yang pendek. Mikroenkapsulasi telah dicoba, namun kapsul yang dihasilkan (1–5 µm) besar dan tidak merata, membatasi dispersi dan efficacy. Terbatasnya penelitian mengenai sistem pengiriman nano Av dengan distribusi ukuran yang terkontrol.

Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis sistem pengiriman nano Av dengan berbagai ukuran partikel melalui polimerisasi emulsi menggunakan PLA, dan menilai bagaimana ukuran mempengaruhi perilaku rilis, fotostabilitas, dan aktivitas biologis.

Eksperimen

Bahan

PLA dan Av disuplai oleh Nature Works dan Qilu Pharmaceutical Co., Ltd. (Mongolia Dalam, China). Alkohol polivinil (PVA, 87–90 % terhidrolisis, M_w 30.000–70.000) dibeli dari Sigma-Aldrich Shanghai. Gelatin diperoleh dari Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Membran dialisis berasal dari Beijing Tianan Technology Co., Ltd. Semua reagen lainnya adalah grade analitis, dan air Milli-Q (18,2 MΩ cm) digunakan seluruhnya.

Persiapan Sistem Pengiriman Nano Avermectin

Emulsi minyak-dalam-air (O/W) dibentuk dengan menggabungkan PLA dan Av yang terlarut dalam klorida metilena (fasa minyak) dengan fasa air yang mengandung gelatin dan PVA. Fasa minyak ditetapkan ke dalam fasa air di bawah emulgasi geser tinggi (FA25, FLUKO) untuk menghasilkan emulsi kasar, lalu homogenisasi melalui ultrasonikasi (JY 92-IIN). Emulsi yang dihasilkan diaduk selama semalaman untuk menguapkan pelarut, dikoleksi melalui sentrifugasi, dicuci tiga kali dengan air deionisasi, dan dikeringkan pendingin menjadi bubur yang mengalir bebas, disimpan pada 4 °C.

Karakterisasi Sistem Pengiriman Nano

Morfologi partikel diperiksa melalui mikroskopi elektron pemindaian (SEM, JSM-6700 F) setelah pelapisan sputter platinum. Distribusi ukuran diukur melalui pencaran cahaya dinamis (Zetasizer NanoZS90) pada 25 °C.

Penentuan Muatan Avermectin

Konten Av diukur melalui spektroskopi UV-vis (245 nm). Sampel ditimbang, dilarutkan dalam kloroform, diuapkan, dilarutkan kembali dalam metanol, difilter, dan dianalisis.

Studi Rilis Terkontrol

Sampel disuspendasi dalam 10 mL etanol/air 1:1, ditempatkan dalam kantung dialisis, dan direndam dalam 90 mL medium yang sama. Pada interval yang ditetapkan, alikvot 5 mL diganti dengan pelarut segar, dan konsentrasi Av diukur melalui UV-vis. Abamektin teknis (TC) berfungsi sebagai kontrol.

Perilaku Fotolisis

Fotolisis Av dievaluasi dengan mengobarkan solusi metanol/air di bawah lampu UV 500 W (λ = 365 nm) selama hingga 72 jam, dengan sampling setiap 12 jam.

Uji Stabilitas

Sampel disimpan pada 0 ± 2 °C selama 7 hari dan 54 ± 2 °C selama 14 hari, lalu konten Av diukur kembali.

Bioassay

Bioassay celup daun terhadap larva kumbang kol kubis dilakukan. Daun direndam dalam suspensi Av yang mengandung Triton X-100, dikeringkan, dan diekspos selama inkubasi 48 jam (25 °C, 75 % RH). Kematian dicatat, dan nilai LC₅₀ dihitung dengan DPS v12.01. WDG komersial digunakan sebagai kontrol.

Hasil dan Pembahasan

Konstruksi dan Karakterisasi Sistem Pengiriman Nano Avermectin

Gambar 1 menguraikan alur kerja sintesis. Dengan memvariasikan rasio PVA/gelatin, ukuran partikel dari 344 hingga 827 nm dicapai (Gambar 2). Muatan Av bervariasi dari 33,4 % hingga 57,5 % (Gambar 3). Semua partikel halus, bulat, dan terdistribusi seragam.

Skematik persiapan sistem pengiriman nano Av.

Gambar SEM (a–d) dan distribusi ukuran (e) sistem pengiriman nano Av.

Muatan Av pada berbagai ukuran partikel.

Rilis Avermectin dari Sistem Pengiriman Nano In Vitro

Profil rilis (Gambar 4) menunjukkan bahwa Av teknis rilis hampir seluruhnya dalam 25 jam, sedangkan sistem nano menunjukkan rilis dua tahap: ledakan awal diikuti oleh rilis berkelanjutan selama 240 jam. Partikel lebih kecil (344 nm) melepaskan 79,4 % Av, dibandingkan 53,2 % untuk partikel 827 nm, yang menunjukkan bahwa luas permukaan yang lebih tinggi mempercepat difusi. Oleh karena itu, ukuran partikel adalah kunci utama untuk menyesuaikan kinetik rilis.

Perilaku rilis sistem pengiriman nano Av dalam etanol/air (1:1, v/v) selama 200 jam.

Aktivitas Biologis

Bioassay terhadap kutu daun (Gambar 5) menunjukkan tren yang jelas: nilai LC₅₀ menurun seiring dengan penurunan ukuran partikel. Partikel lebih kecil meningkatkan dispersi, basabilitas, dan retensi, sehingga meningkatkan bioavailability. Semua sistem nano ungguli Av WDG komersial, mengonfirmasi bahwa enkapsulasi nano meningkatkan efficacy.

Hasil bioassay sistem pengiriman nano Av dengan berbagai ukuran partikel.

Sifat Penahan UV Avermectin dalam Sistem Pengiriman Nano

Eksperimen fotolisis (Gambar 6) menunjukkan bahwa sistem pengiriman nano melindungi Av dari degradasi UV: setelah 48 jam, hanya 18,7 % fotolisis terjadi dibandingkan 46,7 % untuk WDG komersial; pada 72 jam, 25,6 % dibandingkan 51,5 %. Dinding polimer secara efektif melindungi bahan aktif.

Perbandingan persentase fotolisis Av dengan WDG komersial dan sistem pengiriman nano di bawah sinar UV.

Stabilitas Penyimpanan

Uji stabilitas (Gambar 7) menunjukkan bahwa muatan Av tetap stabil pada 0 °C dan 25 °C. Kehilangan ringan (< 5 %) terjadi setelah 14 hari pada 54 °C, disebabkan oleh degradasi termal. Secara keseluruhan, sistem pengiriman nano menunjukkan stabilitas penyimpanan yang luar biasa.

Stabilitas sistem pengiriman nano Av pada berbagai suhu penyimpanan.

Kesimpulan

Kami berhasil memproduksi sistem pengiriman nano avermectin dengan ukuran partikel terkontrol menggunakan polimerisasi emulsi dan PLA sebagai pengikutan yang terjangkit. Ukuran partikel menentukan laju rilis, perlindungan UV, dan aktivitas biologis: partikel lebih kecil melepaskan Av lebih cepat, meningkatkan pengendalian hama, dan menawarkan fotostabilitas yang lebih baik. Sistem nano ini mengatasi keterbatasan biopestisida konvensional—seperti degradasi cepat, adsorpsi tanah, dan durasi tindakan yang singkat—sehingga meningkatkan efficacy, mengurangi frekuensi aplikasi, dan meminimalkan dampak lingkungan.