Síntesis de nanocompuestos de quitosano incorporando nanopartículas de cobre y extracto de canela mediante gelificación iónica y secado por aspersión
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Date
2026-02-11
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Publisher
Universidad de Cuenca. Facultad de Ciencias Químicas
Abstract
Fungal diseases caused by pathogens such as Fusarium spp. represent a significant threat to Ecuadorian agriculture, generating economic losses in important crops, where conventional management through fungicides has caused microbial resistance, environmental contamination, and adverse effects on beneficial soil organisms, evidencing the need for sustainable alternatives with antimicrobial efficacy and low environmental impact. This study developed and evaluated chitosan nanocomposites incorporating copper nanoparticles (CuNPs) and cinnamaldehyde through ionic gelation and spray drying, where Cu-NPs were synthesized by solvothermal method with ethylene glycol, obtaining particles of 25-80 nm with 36.4 % copper (XRF); on the other hand, cinnamaldehyde was incorporated as a natural extract from Amazonian cinnamon, preparing the composites in three combinations: chitosan/Cu-NPs, chitosan/cinnamaldehyde, and chitosan/cinnamaldehyde/Cu-NPs using both techniques. Characterization by atomic force microscopy (AFM) revealed microspheres for ionic gelation and porous structures for spray drying, while XRF analysis confirmed effective copper incorporation (3.66-5.61 % gelation; 5930-7710 ppm spray drying); release assays in acidic medium revealed differentiated profiles: ionic gelation (50 % w/w Cu-NPs) with sustained release and spray drying (10 % w/w Cu-NPs) with rapid initial release. Mathematical modeling using Higuchi and Korsmeyer-Peppas identified quasi-Fickian diffusion for ionic gelation (n=0.19-0.30) and anomalous transport for Cu-NPs in spray-dried triple composite (n=0.51), evidencing simultaneous contribution of diffusion and erosion, with coefficients R²>0.90 and CV<10 % validating the reproducibility and applicability of these composites as dual-release biofungicides for sustainable control of agricultural pathogens
Resumen
Las enfermedades fúngicas causadas por patógenos como Fusarium spp. representan una amenaza significativa para la agricultura ecuatoriana, generando pérdidas económicas en cultivos de importancia, donde el manejo convencional mediante fungicidas ha provocado resistencia microbiana, contaminación ambiental y efectos adversos sobre organismos benéficos del suelo, evidenciando la necesidad de alternativas sostenibles con eficacia antimicrobiana y bajo impacto ambiental. Este estudio desarrolló y evaluó nanocompositos de quitosano incorporando nanopartículas de cobre (Cu-NPs) y cinamaldehído mediante gelificación iónica y secado por aspersión, donde las Cu-NPs se sintetizaron por método
solvotermal con etilenglicol, obteniéndose partículas de 25-80 nm con 36.4 % de cobre (XRF), por otro lado, el cinamaldehído se incorporó como extracto natural de la canela amazónica, preparándose los compósitos en tres combinaciones: quitosano/Cu-NPs, quitosano/cinamaldehído y quitosano/cinamaldehído/Cu-NPs mediante ambas técnicas. La caracterización por microscopía de fuerza atómica (AFM) reveló microesfera para gelificación iónica y estructuras porosas para secado por aspersión, mientras el análisis XRF confirmó incorporación efectiva de cobre (3.66-5.61 % gelificación; 5930-7710 ppm secado), los ensayos de liberación en medio ácido revelaron perfiles diferenciados: gelificación iónica (50 % p/p Cu-NPs) con liberación sostenida y secado por aspersión (10 % p/p Cu-NPs) con liberación inicial rápida. El modelamiento matemático mediante Higuchi y Korsmeyer-Peppas identificó difusión cuasi-Fickiana para gelificación iónica (n=0.19-0.30) y transporte anómalo para Cu-NPs en compósito triple secado (n=0.51), evidenciando una contribución simultánea de difusión y erosión, con coeficientes R²>0.90 y CV<10 % que validan la reproducibilidad y aplicabilidad de estos compósitos como biofungicidas de liberación dual para control sostenible de patógenos agrícolas.
Keywords
Ingeniería Química, Nanopartículas de cobre, Cinamaldehído, Gelificación iónica
Citation
Código de tesis
TQ; 689
Código de tesis
Grado Académico
Ingeniero Químico