Semiochemische Abgabesysteme auf Basis natürlicher Polymere zur Anlockung von Sandfliegen (Diptera: Psychodidae)

Parasites & Vectors Band 16, Artikelnummer: 303 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Der erfolgreiche Einsatz von Semiochemikalien zum Anlocken von Insekten in Fallen basiert auf der Erforschung der am besten geeigneten Verbindungen und ihrer Freisetzungsprofile im Laufe der Zeit. Basierend auf den vielversprechenden Ergebnissen der Gruppe wurden Matrizen mit einem angemesseneren Freisetzungsprofil und umweltfreundlicheren Eigenschaften für die Freisetzung von 1-Hexanol entwickelt. Um einen geeigneteren Prototyp im Feld einzusetzen, wurden die vielversprechendsten Systeme in eine Kapsel gegeben und in einem Windkanal evaluiert. Um die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Systems zu bewerten, wurden Verhaltensexperimente mit der Sandmückenart Lutzomyia longipalpis durchgeführt.

Durch Variation des Polymerverhältnisses (Gellangummi und Pektin), der Konzentration des Vernetzers (Aluminiumchlorid) und der Entfernung von Glutaraldehyd wurden verschiedene Abgabesysteme entwickelt. Die Abgabesysteme wurden mit 1-Hexanol beladen und ihre Freisetzungsprofile wurden mithilfe einer gravimetrischen Analyse unter Umgebungs- und Umgebungstemperatur bewertet Bedingungen mit hoher Luftfeuchtigkeit. Wenn das Matrixsystem in einen Kunststoffbehälter gegeben wurde, wurden Modulationen im aktiven Freisetzungsprofil beobachtet und das System konnte wiederverwendet werden. Aktives Anziehungsverhalten der Sandfliegenart Lu. longipalpis wurden in einem Windkanal untersucht, wenn sie zu unterschiedlichen Zeiten 1-Hexanol-beladenen Freisetzungssystemen ausgesetzt wurden.

Unter den vier bewerteten Formulierungen wies System 2 (Gellangummi und Pektin im Verhältnis 1:1 mit 5 % Aluminiumchlorid) das vielversprechendste Freisetzungsprofil auf, mit größerer Gleichmäßigkeit und längerer Freisetzungszeit der Verbindung. Die maximale Gleichmäßigkeit der 1-Hexanol-Freisetzung wurde über einen längeren Zeitraum, hauptsächlich alle 24 Stunden, sowohl unter Umgebungsbedingungen als auch unter Bedingungen hoher Luftfeuchtigkeit erreicht. System 2 kann mit derselben Struktur mindestens einmal wiederverwendet werden. Die Windkanalversuche zeigten eine effiziente Aktivierung und Anziehung von Lu. longipalpis zu 1-Hexanol nach 24, 48 und 72 Stunden in System 2 in den Kapseln platziert.

Die mit 1-Hexanol ergänzte und in Plastikkapseln eingefüllte Polymermatrix zeigte vielversprechende Ergebnisse beim Anlocken von Sandfliegen. Dieses System kann als Lösung für andere attraktive Verbindungen sowie für andere Anwendungen verwendet werden, bei denen deren Freisetzung kontrolliert oder verlängert werden muss.

Sandmücken (Diptera: Psychodidae) sind hämatophage, holometabolische Insekten [1]. Sie sind natürliche Überträger von Viren, Bakterien und Protozoen wie Leishmania [2]. Hämatophage Insekten zeigen eine olfaktorische Reaktion auf chemische Verbindungen zur Gewinnung von Blutmehlquellen [3].

Unter den in der allelochemischen Kategorie charakterisierten Verbindungen sind Kairomone flüchtige Verbindungen, die von Organismen einer Art produziert werden und den Individuen einer anderen Art zugute kommen [4]. Einige von Wirbeltieren produzierte Kairomone (z. B. Kohlendioxid, Milchsäure, Ammoniak und 1-Octen-3-ol) wurden in verschiedenen Insektengruppen untersucht, darunter Culiciden, Triatominen, Keratopogoniden und Simuliden [5,6,7, 8,9].

Frühere Studien haben die Attraktivität von Kairomonen wie Octenol und 1-Hexanol für Sandfliegen bei Nyssomyia neivai-Arten untersucht [10, 11]. Bei Lutzomyia longipalpis zeigten Octenol und Nonanol bessere Attraktivitätsreaktionen bei Frauen und Heptanolreaktionen bei Männern [12]. Die untersuchten Alkohole kommen im menschlichen Schweiß vor und werden von Bakterien produziert [13]. In allen zitierten Studien wurden die Alkohole in kapillaren Freisetzungssystemen auf einer Schnur oder einem Filterpapier platziert, die als Fallen dienten.

Ein wichtiger Aspekt chemischer Ökologiestudien ist die Freisetzung von Verbindungen in die Umwelt, um Insekten anzulocken und den Insektenfang zu verbessern. Um den Erfolg dieser Einfangstrategien sicherzustellen, ist es notwendig, sowohl die geeigneten attraktiven Verbindungen als auch die beste Art und Weise, sie in die Natur freizusetzen, zu evaluieren.

Relevante Fortschritte wurden bei Systemen zur Freisetzung von Verbindungen erzielt, die Insekten von landwirtschaftlicher oder epidemiologischer Bedeutung anlocken [14,15,16,17]; Bei der Entwicklung dieser Systeme wurden jedoch einige Herausforderungen festgestellt, die hauptsächlich auf ihren Einsatz in unvorhersehbaren Umgebungen mit großen Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen zurückzuführen sind. Daher versucht die Entwicklung neuer Systeme, die die Modulation der Freisetzungsraten attraktiver Verbindungen in vorab festgelegten Zeitintervallen und konstanten Verhältnissen ermöglichen, diese Herausforderungen zu bewältigen.

Gellangummi und Pektin sind natürliche hydrophile Polymere, die in der Pharmaindustrie häufig als Matrizen für Arzneimittelabgabesysteme verwendet werden. Bei Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit quellen diese Polymere auf und bilden Gele, die als Barrieren zur Kontrolle der Freisetzungsrate von Arzneimitteln dienen [18]. Trotz der Unterschiede in der Freisetzungsumgebung, bei Arzneimitteln und insektenlockenden Verbindungen hat die Fähigkeit, die Freisetzung aktiver Verbindungen im Zusammenhang mit der Nachfrage nach Naturprodukten zu kontrollieren, Anlass zu Forschungen über die mögliche Verwendung dieser natürlichen Polysaccharide bei der Entwicklung von Vorrichtungen zum Anlocken von Insekten gegeben . In einer früheren Studie wurde ein Polymermatrixsystem auf der Basis von Gellangummi, Pektin und den Vernetzern Glutaraldehyd und Aluminiumchlorid als potenzielles Gerät zur Modulation der Freisetzung von 1-Hexanol verwendet, von dem berichtet wurde, dass es die Sandmücke Ny anlockt. neivai (Patentnummer: BR 10 2019 001965 4). Allerdings müssen bestimmte Aspekte des ersten Prototyps verbessert werden. Beispielsweise stellt die Entsorgung des in dieser Formulierung verwendeten Glutaraldehyds ein Umweltproblem dar. Darüber hinaus hielt das System in Windkanalexperimenten die Freisetzung von 1-Hexanol nur 24 Stunden lang auf einem für Sandfliegen attraktiven Niveau aufrecht [19].

In diesem Zusammenhang zielte die vorliegende Studie darauf ab, die chemische Struktur dieses Vorläufergeräts zu modifizieren, um es umweltfreundlicher zu machen, indem entweder Glutaraldehyd entfernt oder die Möglichkeit einer Wiederverwendung der Materialmatrix geprüft wurde. Darüber hinaus ist es wichtig, die Freisetzung der Verbindung über einen längeren Zeitraum zu stabilisieren, um die Attraktivität von Sandfliegen zu verlängern.

Nach einem zuvor berichteten Ansatz wurden unter der Patentnummer BR 10 2019 001965 4 [16] mit einigen Modifikationen vier Abgabesysteme unter Verwendung von Gellangummi (CG-LA, 97 %, CP Kelco) und Pektin (LM-5206 CS, 99) entwickelt %, CP Kelco) Mischungen mit unterschiedlichen Massenverhältnissen. Als Vernetzer wurden unterschiedliche Konzentrationen an Aluminiumchlorid verwendet. Die Systemformulierungen waren wie folgt:

System 1: Gellangummi und Pektin (Verhältnis 1:1) mit 3 % Aluminiumchlorid.

System 2: Gellangummi und Pektin (Verhältnis 1:1) mit 5 % Aluminiumchlorid.

System 3: Gellangummi und Pektin (Verhältnis 4:1) mit 3 % Aluminiumchlorid.

System 4: Gellangummi und Pektin (Verhältnis 4:1) mit 5 % Aluminiumchlorid.

Im ersten Versuch, diese Systeme zu entwickeln, wurden wässrige Dispersionen der Polymermischungen hergestellt und anschließend 30 Minuten lang eine ionische Vernetzung mit Aluminiumchlorid durchgeführt, wobei die Lösung unter magnetischem Rühren zu den Polymerdispersionen gegeben wurde. Danach wurde das vernetzte Gel 10 Minuten lang bei 3000 U/min zentrifugiert und bei –20 °C gelagert, gefolgt von einer Gefriertrocknung für 72 Stunden [16]. Um jedoch die Unterschiede in den physikalischen Strukturen der vier Release-Systeme zu minimieren, wurde der Entwicklungsansatz geändert. Nach der Zentrifugation wurde eine 30–60-minütige Lagerung in einem gewöhnlichen Kühlschrank (–6 °C) durchgeführt, gefolgt von einer Konditionierung bei –20 °C und die Gefriertrocknungszeit wurde auf 40 h verkürzt.

Um die Freisetzungsrate von 1-Hexanol (Sigma-Aldrich, 98 %) zu bewerten, wurden 2 ml der Verbindung mit einer Spritze und einer Nadel vorsichtig in die Mitte des Systems injiziert. Anschließend wurden die Systeme 24 Stunden lang alle 1 Stunde und 240 Stunden lang alle 24 Stunden bei Umgebungsfeuchtigkeit (53 %; 28 °C) und 24 Stunden lang alle 1 Stunde bei hoher Luftfeuchtigkeit (81 %; 28 °C) auf einer ordnungsgemäß kalibrierten Analysenwaage gewogen. 25 °C). Die Freisetzungsrate wurde als Differenz zwischen dem End- und dem Anfangsgewicht des Polymersystems definiert. Für jeden Test wurden drei Replikate verwendet.

Da Abgabesysteme in einem Bereich eingesetzt werden sollen, in dem Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen erheblich sind, wurden die Matrizen auch unter Bedingungen hoher Luftfeuchtigkeit bewertet.

Nach dem ersten Experiment wurden die Systeme 2, 3 und 4 in kleine Plastikbehälter mit offenen oberen Öffnungen gegeben. Bei diesen Behältern handelte es sich um handelsübliche Kaffeekapseln mit den Maßen 4 × 5 cm (B × H) und einem Aluminiumboden (Abb. 1). Sie wurden 15 Stunden lang alle 1 Stunde und 288 Stunden lang alle 24 Stunden bei Umgebungsfeuchtigkeit (47 %; 27 °C) und hoher Luftfeuchtigkeit (80 %; 28 °C) gewogen. Für jeden Test wurden drei Replikate verwendet.

Polymermatrizen unterschiedlicher Formulierungen in kleinen Kunststoffbehältern für 1-Hexanol-Tests zur kontrollierten Freisetzung

Um das Permeationsverhalten von 1-Hexanol in der Matrix visuell zu beobachten, wurde bordeauxroter Farbstoff (0,5 g) mit 2 ml der Verbindung gemischt und mittels Spritze und Nadel in das System eingeführt.

Basierend auf den Ergebnissen der vorherigen Experimente wurde System 2 ausgewählt, um die Möglichkeit einer Wiederverwendung zu bewerten.

Die Matrizen (n = 3) wurden für bis zu sechs aufeinanderfolgende Versuche in handelsübliche Kaffeekapseln gegeben, bis das gesamte 1-Hexanol freigesetzt war. Die Systeme wurden 144 Stunden lang alle 24 Stunden bei Umgebungsfeuchtigkeit (55 %; 27 °C) gewogen.

Verhaltensbioassays wurden in einem Windkanal bei kontrollierter Temperatur (22 ± 1 °C) und Luftfeuchtigkeit (65 ± 1 %) durchgeführt [10].

Dreißig Lu. In den Versuchen wurden weibliche Longipalpis-Sandmücken im Alter von 7 bis 10 Tagen verwendet. Die Insekten wurden in Kolonien im Parasitologielabor der School of Pharmaceutical Science der São Paulo State University gehalten [20]. Für die Versuche wurden die Insekten in Dreiergruppen in zehn Freilassungskäfigen untergebracht (n = 30/Versuch).

Der Windkanal wurde vorbereitet und desinfiziert, und die Insekten wurden mit einem konstanten Luftstrom von 1 l/min 50 cm vom Reiz entfernt platziert (Abb. 2).

Windkanal. Sandfliegen in einem Freisetzungskäfig, der 50 cm von der Matrix entfernt platziert ist

Alle Versuche dauerten 2 Minuten und sowohl die Aktivierung (Insekten, die den Freisetzungskäfig verließen) als auch die Anziehung (Insekten, die den Reiz erreichten) wurden mit dem Freisetzungssystem 2 in Kapseln mit und ohne 1-Hexanol (Kontrolle) bewertet.

Die Experimente wurden mit ungefüttertem Lu durchgeführt. Longipalpis-Weibchen 24, 48 und 72 Stunden nach der Zugabe von 1-Hexanol zum Freisetzungssystem.

Ein Chi-Quadrat-Test wurde für die statistische Analyse der Unterschiede in den Anteilen der Sandfliegen verwendet, die zu jedem Zeitpunkt durch das Freisetzungssystem 2 mit 1-Hexanol und die Kontrolle aktiviert und angezogen wurden. Für die Metaanalyse wurde die BioEstat-Software (Version 5.0) mit einer Signifikanz von 95 % (P < 0,05) verwendet.

Das ursprüngliche Protokoll für die Systemherstellung wurde wie beschrieben geändert (Abschnitt „Entwicklung von Polymermatrix-Freisetzungssystemen“). Einer früheren Studie zufolge wurden die Matrizen während des Trocknungsprozesses beobachtet; Es wurden jedoch unregelmäßige Trocknung und strukturelle Verformungen beobachtet (Abb. 3). Anschließend wurden das Einfrieren und Trocknen der Proben geändert. Die Matrizen wurden vor –20 °C auf einer Temperatur von 4 °C gehalten und hatten eine kürzere Lyophilisierungszeit (40 h statt 72 h).

Physikalische Unterschiede zwischen Polymermatrizen vor und nach der Standardisierung des Matrixentwicklungsprotokolls

Nach der Herstellung der Matrizen wurden die Freisetzungsprofile der Verbindungen unter Umgebungsbedingungen und hoher Luftfeuchtigkeit bewertet. Unter der Umgebungsfeuchtigkeit verflüchtigte sich 1-Hexanol zwischen dem 6. und 7. Tag vollständig (Abb. 4). System 3 setzte in den ersten 24 Stunden die höchste Menge an 1-Hexanol frei, während System 4 die geringste Menge freisetzte. Ab der 16. Stunde stabilisierte sich die Freisetzung von 1-Hexanol.

Umgebungsfeuchtigkeit. A Durchschnittlich freigesetztes 1-Hexanol (mg) in den Systemen 1–4 in den ersten 24 Stunden. B Durchschnittliche Freisetzung von 1-Hexanol in den Systemen 1–4 alle 24 Stunden

System 1 wurde in nachfolgenden Versuchen nicht verwendet, da es eine Freisetzungsrate aufwies, die der von System 2 nahe kam, mit einer hohen Abweichung zwischen den Replikaten.

Die Auswertung des 1-Hexanol-Freisetzungsprofils bei hoher Luftfeuchtigkeit ergab, dass die Verbindung in allen Freisetzungssystemen nach 22 Stunden vollständig verflüchtigt war. Danach nahmen die Systeme Wasser aus der Umgebung auf und nahmen nach 24 Stunden an Gewicht zu (Abb. 5). Trotz der höchsten Schwankung der Freisetzungsraten im Vergleich zum vorherigen Test war das Muster ähnlich, wobei die Systeme 3 und 4 die höchsten bzw. niedrigsten Freisetzungsraten aufwiesen.

Hohe Luftfeuchtigkeit. Durchschnittliche 1-Hexanol-Freisetzung (mg) in den Systemen 2–4 während der ersten 24 Stunden

Die Matrizen wurden in handelsübliche Kaffeekapseln verpackt, um einen Weg zu finden, die Matrizen ins Feld zu bringen, die Verflüchtigung stabiler und gleichmäßiger zu machen und eine bessere Kontrolle über die Freisetzungsrate der Verbindung zu erreichen. Unter diesen Bedingungen zeigten die drei Systeme ein Muster der 1-Hexanol-Freisetzung (Abb. 6).

Umgebungsfeuchtigkeit. Durchschnittliche 1-Hexanol-Freisetzung (mg) in den Systemen 2–4 in Kapseln in den ersten 15 Stunden (A). Durchschnittliche 1-Hexanol-Freisetzung (mg) in den Systemen 2–4, alle 24 Stunden in Kapseln eingelegt (B)

Die Systeme 2 und 4 zeigten ähnliche Freisetzungsprofile mit Spitzenwerten in der 7., 8. und 12. Stunde.

System 2 zeigte eine größere Einheitlichkeit mit der geringsten Standardabweichung bei der Verflüchtigung der Verbindung unter den Replikaten. Darüber hinaus hielt die Verbindung in System 2 länger, bis zu 288 Stunden, während sie in den Systemen 3 und 4 bis zu 240 Stunden hielt. Daher wurde System 2 für nachfolgende Versuche ausgewählt.

Bei hoher Luftfeuchtigkeit zeigte System 2 in den kleinen Behältern eine signifikante Gleichmäßigkeit der Freisetzungsrate von 1-Hexanol im Vergleich zum Experiment ohne Kapseln (Abb. 7). Am 7. Tag (168 h) gab das System das gesamte Volumen der Verbindung ab und begann, Wasser aufzunehmen.

Hohe Luftfeuchtigkeit. Eine durchschnittliche 1-Hexanol-Freisetzung (mg) in System 2 in Kapseln in den ersten 15 Stunden. B Durchschnittliche 1-Hexanol-Freisetzung (mg) in System 2, alle 24 Stunden in Kapseln eingefüllt

Um das beobachtete Freisetzungsverhalten zu verstehen, wurde die Verteilung von 1-Hexanol über die Matrizen ausgewertet. Eine ähnliche Verbindungsverteilung wurde in den Systemen 2 und 3 beobachtet; In beiden Matrizen war die Verbindung gleichmäßig am Boden verteilt. In System 4 war die Verbindung konzentrierter und weniger verteilt (Abb. 8).

Permeation von 1-Hexanol mit bordeauxrotem Farbstoff in den Systemen 2, 3 und 4 in der Draufsicht und Seitenansicht

Das Experiment zur Bewertung der Wiederverwendungskapazität der Matrizen nach Freisetzung des gesamten 1-Hexanols zeigte eine Stabilität der Freisetzungsraten bei jeder Wiederverwendung des Materials (Abb. 9). Die erste Anwendung des Freisetzungssystems 2 und die zweite Anwendung zeigten die höchsten Freisetzungsraten während der ersten 24 Stunden mit einer durchschnittlichen Freisetzung von 17 mg/h. Die anderen Wiederverwendungen zeigten je nach Wiederverwendung eine gleichmäßige Verflüchtigung mit einer durchschnittlichen Freisetzung von 10 mg/h nach 96 Stunden, die nach 144 Stunden auf 5 mg/h sank.

Wiederholung der durchschnittlichen 1-Hexanol-Freisetzungsrate in System 2, platziert in Kapseln bei Umgebungsfeuchtigkeit, alle 24 Stunden bis zu sechsmal

In Windkanalexperimenten wurde das Verhalten von Lu. longipalpis-Weibchen gegenüber 1-Hexanol, das aus System 2 in den Kapseln freigesetzt wurde, wurde 72 Stunden nach der Einführung der Verbindung in die Matrizen bewertet.

Ein statistisch signifikanter Unterschied wurde im Aktivierungsverhalten von Lu beobachtet. Longipalpis-Weibchen zwischen 1-Hexanol und der Kontrolle für bis zu 72 Stunden. Bei der Anziehung wurden Unterschiede bis zu 48 Stunden lang beobachtet (Abb. 10). In der Kontrollgruppe wurden vier Insekten aktiviert und zwei Insekten angelockt. Nach 24-stündiger Einführung von 1-Hexanol wurden 19 Insekten aktiviert (χ2: 15,86, df: 1, P < 0,0001) und 17 wurden mit 26,57 mg/h 1 angelockt (χ2: 17,32, df: 1, P < 0,0001). -Hexanol-Freisetzungsrate. Nach 48 Stunden wurden 16 Insekten aktiviert (χ2: 10,80, df: 1, P = 0,0010) und 10 Insekten angelockt (χ2: 6,66, df: 1, P = 0,0098) mit einer Freisetzungsrate von 16,17 mg/h 1-Hexanol . Nach 72 Stunden zeigten die Sandfliegen nur während der Aktivierung signifikante Verhaltensreaktionen; 13 Insekten wurden aktiviert (χ2: 6,6484, df: 1, P = 0,0099) und 7 wurden angelockt (χ2: 3,2680, df: 1, P = 0,0706) mit einer Freisetzungsrate von 22,67 mg/h 1-Hexanol.

Aktivierungs- und Anziehungsverhalten von Lu. longipalpis-Weibchen im Windkanal mit 1-Hexanol in System 2 in Kapseln platziert. Für jedes Aktivierungs- oder Anziehungsverhalten unterscheiden sich die Balken mit unterschiedlichen Buchstaben deutlich (n = 30/Versuch).

Lichtfallen sind die Hauptstrategie zum Sammeln von Sandfliegen auf einem Feld [21]. Darüber hinaus kann die Verbindung von Licht mit attraktiven Verbindungen den Fang von Sandmücken verbessern [22]. Studien zur chemischen Ökologie von Insekten haben die Suche nach wirksamen attraktiven Verbindungen und der besten Möglichkeit, sie in die Umwelt freizusetzen, vorangetrieben.

Die Entwicklung von Medikamentenverabreichungssystemen ist ein Forschungsgebiet, das erhebliche Fortschritte gemacht hat [23]. Es wurden einige Initiativen ergriffen, um dieses Wissen auf die chemische Ökologie von Insekten anzuwenden, um bessere Wege zur Freisetzung attraktiver Verbindungen und zur Verbesserung von Insektenfallen zu finden. Beispielsweise wurde ein neues System aus Ton, Amylose und Zeolith entwickelt, um Aggregationspheromone freizusetzen und einen der Hauptschädlinge der Kokospalme, Rhynchophorus palmarum, zu bekämpfen [15].

Einige Autoren haben berichtet, dass die Verwendung von Polymermatrizen zur Freisetzung attraktiver Verbindungen für Aedes aegypti die Stabilität und Haltbarkeit der attraktiven Verbindungen erhöhte und so eine effiziente Anlockung und den Fang von Insekten ermöglichte [14].

Gellangummi und Pektin bilden Hydrogele, dreidimensionale vernetzte Netzwerke aus Polymerketten mit dem Potenzial, Wasser oder organische Verbindungen aufzunehmen und die Materialstruktur zu bewahren [24]. In einer früheren Studie wurden diese Materialien bei der Entwicklung von Matrizen verwendet, um 1-Hexanol freizusetzen und Sandfliegen anzulocken [16]. Ziel dieser Studie war es, die Matrizen durch die Entfernung von Glutaraldehyd zu verbessern und Sandfliegen durch die Freisetzung von 1-Hexanol für mehr als 24 Stunden effektiver anzulocken, wie von Machado et al. beobachtet. [19].

Diese Ergebnisse zeigten, dass der Entzug von Glutaraldehyd die Matrizen nicht unbrauchbar machte. Im Gegensatz dazu deuten die Ergebnisse auf eine Einheitlichkeit und ein Muster bei der Freisetzung von 1-Hexanol hin. Darüber hinaus deutete die vollständige Verflüchtigung von 1-Hexanol auf eine vollständige Ablösung der Moleküle hin, was dem Material Qualität verleiht.

Die Bildung einer homogenen Polymerdispersion ist zwingend erforderlich, die bei effizienter Trocknung ein dichtes Netz bildet und den eingearbeiteten Wirkstoff mit Poren ähnlicher Struktur zurückhält. Dieses Material ermöglicht die anschließende kontrollierte Diffusion des Wirkstoffs in die Umgebung. Daher sind die Optimierung und Standardisierung des Herstellungsprozesses wichtige Schritte, da sie sich auf die Gestaltung des Systems auswirken.

Im ersten Herstellungsprozess der Matrizen wurden physikalische Unterschiede wie Trockenheit und damit eine große Instabilität der Freisetzungsraten attraktiver Verbindungen beobachtet. Nach der Optimierung des Herstellungsprozesses war es möglich, eine physikalische Standardisierung zu erreichen, die zur kontrollierten Freisetzung des Lockstoffs beiträgt (wie im Abschnitt „Physikalische Struktur der Freisetzungssysteme“ beschrieben).

Die Tests wurden bei hoher Luftfeuchtigkeit durchgeführt, um Feldbedingungen und eine mögliche Umgebung für den Sandmückenfang zu simulieren. Sandfliegen entwickeln sich hauptsächlich in wilden Umgebungen und im Allgemeinen in bewachsenen und schattigen Gebieten [25, 26].

Die Strategie, die Freisetzungssysteme in den Kapseln zu platzieren, zeigte eine größere Stabilität der 1-Hexanol-Freisetzung über einen längeren Zeitraum. Dieses Ereignis wurde wahrscheinlich durch die verringerte Kontaktfläche verursacht, bei der die Ablösung der 1-Hexanol-Moleküle entlang einer einzigen vertikalen Route erfolgte.

Die in den Kapseln platzierten Systeme 2, 3 und 4 zeigten ähnliche 1-Hexanol-Freisetzungsprofile. Allerdings zeigte System 3 in den ersten 15 Stunden eine größere Standardabweichung bei der Freisetzung von 1-Hexanol. Dies weist darauf hin, dass die Systeme 2 und 4 eine höhere Stabilität im 1-Hexanol-Freisetzungsprofil aufwiesen als System 3, was wahrscheinlich auf die Verwendung von 5 % Aluminium zurückzuführen ist, das bei der Matrixvernetzung effizienter war und eine gleichmäßigere Struktur mit einer geringeren Anzahl an Defekten bildete . In System 3 förderte die Konzentration von 3 % Aluminiumchlorid die Lockerung der Matrixstruktur im Vergleich zu System 2 mit 5 %, was zur schnelleren Migration von 1-Hexanolmolekülen beitrug. System 4 zeigte eine geringere Freisetzungsrate, was auf einen stärkeren Einschluss der Moleküle aufgrund seiner dichten Struktur aufgrund der Vernetzung bei 5 % und des Vorhandenseins eines höheren Anteils an Gellangummi hinweist. Vermutlich führte dieses System bei Kontakt mit feuchter Luft zur Bildung einer dichten Gelschicht, die als Barriere für die Diffusion der Verbindung fungierte. Somit ermöglichte das durch Vernetzung bei 5 % gebildete Netzwerk und die höchste Menge an Gellangummi das Erreichen einer stabileren und länger anhaltenden Freisetzungsrate.

Diese Beobachtungen wurden durch die visuelle Permeationsanalyse von 1-Hexanol gestützt (Abb. 8). Dieser Effekt, insbesondere in System 4, ist wahrscheinlich auf die höhere Konzentration an Gellangummi und den Vernetzungsgrad mit der höheren Konzentration an Aluminium zurückzuführen, was zur Bildung einer dichteren, besser organisierten Matrix mit kleineren Poren führte, die die Verbindung festhielt und verhinderte Migration nach der Bewerbung.

Unter den bewerteten Systemen wurde System 2 aufgrund seiner größeren Gleichmäßigkeit und längeren Retentionszeit ausgewählt.

Die Wiederverwendung von Materialien trägt zur Abfallreduzierung und Nachhaltigkeit bei. Um diesen Aspekt zu bewerten, wurde ein Wiederverwendungstest für System 2 durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die zweite Wiederverwendung ein Muster der 1-Hexanol-Freisetzung aufwies, das dem der ersten Verwendung ähnelte. Während der ersten 24 Stunden zeigten beide Tests die höchste durchschnittliche 1-Hexanol-Freisetzung; Allerdings verringerte sich dieser Freigabedurchschnitt in der Folge entsprechend der Anzahl der Anträge. Nach 48 Stunden stieg die Freisetzungsrate von der dritten zur sechsten Wiederverwendung leicht an. Angesichts der hydrophoben und biologisch abbaubaren Natur der Matrizen kann dies auf einen Abbau der Polymermatrix oder eine Desorganisation ihrer Struktur nach der dritten Verwendung hinweisen.

Verhaltensversuche im Windkanal zeigten, dass System 2 positiv auf die Anziehung von Lu reagierte. longipalpis-Weibchen für bis zu 48 Stunden, nachdem 1-Hexanol in das System eingeführt wurde. Obwohl 72 Stunden für Frauen immer noch eine attraktive Reaktion darstellten, unterschied sich dieses Ergebnis statistisch nicht von dem des Kontrollexperiments. Diese Ergebnisse waren besser als diejenigen, die in einer früheren Studie zu 1-Hexanol für Ny berichtet wurden. neivai, das nur bis zu 24 Stunden lang wirksam war [19]. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Effizienz von Freisetzungssystemen zum Sammeln von Sandfliegen im Feld zu bewerten.

Unsere Ergebnisse zeigten, dass das System auf der Basis von Gellangummi und Pektin, ergänzt mit 1-Hexanol und in Plastikkapseln, vielversprechende Ergebnisse bei der Anlockung der Sandfliege Lu zeigte. longipalpis. Es gelang, die Freisetzung des Wirkstoffs über einen längeren Zeitraum zu modulieren und die Attraktivität für Sandfliegen zu verlängern. Darüber hinaus verwenden diese Geräte Matrizen aus umweltfreundlichen Materialien, deren Wiederverwendung die Auswirkungen auf die Umwelt verringert. Dieses System kann als Lösung für andere attraktive Verbindungen sowie für andere Anwendungen verwendet werden, bei denen deren Freisetzung kontrolliert oder verlängert werden muss.

Alle relevanten Daten sind im Papier enthalten.

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Unzutreffend.

Diese Studie wurde teilweise von der Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior-Brasil (CAPES) [Finanzcode 001] finanziert und erhielt einen Zuschuss von der International Foundation for Science (IFS) [Zuschussnummer F-4587] zum Bau des Windes Tunnel. Die Autoren danken INCT-NANOFARMA, das von der São Paulo Research Foundation (FAPESP, Brasilien) unterstützt wurde.

Abteilung für Biowissenschaften, Fakultät für Pharmazeutische Wissenschaften, Staatliche Universität São Paulo (UNESP), Rodovia Araraquara-Jaú, km 1, Araraquara, São Paulo, 14800-903, Brasilien

Ana Carolina Bueno, Vicente Estevam Machado, Flávia Benini da Rocha Silva und Mara Cristina Pinto

Abteilung für Arzneimittel und Arzneimittel, Fakultät für Pharmazeutische Wissenschaften, Staatliche Universität São Paulo (UNESP), Rodovia Araraquara-Jaú, km 1, Araraquara, São Paulo, 14800-903, Brasilien

Fernanda Isadora Boni, Beatriz Stringhetti Ferreira Cury und Maria Palmira Daflon Gremião

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ACB: Konzeptualisierung, Methodik, Schreiben – Originalentwurf, Überprüfung und Bearbeitung; VEM: formale Analyse, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung; FBRS: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten; FIB Konzeptualisierung, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung; BSFR: Schreiben, Überprüfen und Bearbeiten; MPDG: Konzeptualisierung, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung; MCP-Konzeptualisierung, Methodik, Schreiben – Originalentwurf, Überprüfung und Bearbeitung.

Korrespondenz mit Mara Cristina Pinto.

Alle Tierversuche wurden gemäß den Richtlinien für Tierversuche des Conselho Nacional de Controle de Experimentação Animal (CONCEA) durchgeführt. Diese Studie wurde von der Ethikkommission für die Verwendung von Tieren (CEUA) von FCFAr/UNESP genehmigt (Protokoll Nr. 21/2018).

Unzutreffend.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Bueno, AC, Machado, VE, da Rocha Silva, FB et al. Semiochemische Abgabesysteme auf Basis natürlicher Polymere zur Anlockung von Sandfliegen (Diptera: Psychodidae). Parasites Vectors 16, 303 (2023). https://doi.org/10.1186/s13071-023-05931-w

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Eingegangen: 28. März 2023

Angenommen: 15. August 2023

Veröffentlicht: 29. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s13071-023-05931-w

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