Existe uma enorme biodiversidade de espécies no planeta Terra. Insetos de diferentes espécies são um importante constituinte dessa biodiversidade. Como espécie predominante no planeta, os seres humanos estão frequentemente em conflito com outras espécies do planeta. Os insetos não são exceção a isso. Sabe-se que estão presentes na Terra há 480 milhões de anos, antes mesmo dos seres humanos. Várias espécies de insetos se adaptaram a diferentes ambientes. Desde que a humanidade começou a modificar seu próprio ambiente para se adequar ao seu conforto, novas espécies de insetos surgiram. Esses insetos prosperam nos sistemas ecológicos criados como resultado da atividade humana. Além disso, muitas espécies de insetos que não dependiam desses sistemas ecológicos migraram para essas ecologias devido à adequação em termos de ambiente, condições de temperatura e fácil acesso a uma variedade de nutrientes que são descartados como resultado da ação humana em larga escala. atividade.

Desde sua interação com os insetos, os seres humanos têm tentado afugentá-los usando uma ampla variedade de métodos. Esses métodos vão desde práticas antigas de fragrâncias de agentes obtidos naturalmente, barreiras, como janelas, malhas de diferentes materiais, até simplesmente matar os insetos com métodos mais modernos, como pega-moscas ou inseticidas.

Embora os métodos modernos sejam conhecidos por serem eficientes, existem algumas preocupações com eles. Os apanhadores de moscas trabalham em espécies selecionadas que são conhecidas por serem atraídas por um determinado estímulo (por exemplo, luz). Inseticidas usados em insetos podem muitas vezes entrar na cadeia alimentar humana por meio de bioacumulação. Pode causar mais doenças em seres humanos, enquanto há uma demanda mundial por produtos agrícolas cultivados organicamente e livres de pesticidas para consumo humano e de gado. Esses agentes químicos muitas vezes acabam nos sistemas hídricos (rios, lagos e adquirentes subterrâneos), sobrecarregando os recursos de água doce disponíveis para a flora e fauna da Terra.

Esses agentes químicos usados para matar insetos muitas vezes atuaram como agentes para aumentar a imunidade dos insetos em relação a eles. Consequentemente, muitas vezes são necessárias doses mais altas desses repelentes para obter o mesmo efeito. As atividades biológicas de insetos que não são alvos, como as abelhas, também são impactadas negativamente.

Então, isso levou à busca de novos métodos para obter uma atmosfera livre de insetos sem esses agentes químicos nocivos. Fragrâncias obtidas de agentes naturais (como plantas e vegetação) apresentam um caso promissor. Tais fragrâncias têm sido empregadas por seres humanos por muitos anos para repelir insetos.

Fundo

A utilização de fragrâncias é uma prática secular, desde pendurar plantas machucadas nas casas até queimar folhas para afastar mosquitos. Essas práticas ainda são prevalentes em países em desenvolvimento. Esses fumegantes brutos foram posteriormente utilizados em formulações de óleo para aplicação em roupas e pele, conforme registrado pelos antigos estudiosos gregos, romanos e indianos. Os insetos possuem dendritos ciliados de neurônios receptores de odor (ORN) que podem ser encontrados externamente (por exemplo, antenas). Esses receptores de odor se ligam a moléculas de odor voláteis e podem ser bloqueados por repelentes sintéticos como DEET (N, N-dietil-3- metilbenzamida) 8. Para deter herbívoros, as plantas produzem “voláteis de folhas verdes” quando as folhas são danificadas. Esses compostos voláteis, incluindo acetato de geranil e citronela, 6-metil-5-hepten-2-ona e geranil acetona, são conhecidos por serem um estímulo para os receptores de odor de mosquito. Esses voláteis também são repelentes tóxicos para insetos.

Esses repelentes podem ser adicionados a revestimentos de superfície funcionais para obter interiores de edifícios livres de insetos. A prática de encapsular fragrâncias em revestimentos arquitetônicos de interiores ganhou popularidade nos últimos anos, principalmente para mascarar o cheiro de tinta ou solvente usado. Essa tendência nos dá uma nova oportunidade. Podemos encapsular essas fragrâncias com um mecanismo de liberação lenta para proporcionar uma atmosfera livre de insetos, bem como o aroma do ambiente natural.

Várias fragrâncias, suas fontes e as espécies alvo são fornecidas na Tabela abaixo. 

TABELA 1 » Fragrâncias, fontes e organismos alvo.

Usando fragrâncias em revestimentos arquitetônicos

Esta seção discute a aplicação de fragrâncias em revestimentos de superfície. Diferentes metodologias estão disponíveis para incorporar fragrâncias repelentes de insetos em revestimentos de superfície.

Encapsulamento

O método de encapsulamento foi empregado pela primeira vez para produzir microcápsulas de corantes usados na indústria de impressão de papel. O método é empregado para controlar a taxa de liberação de fragrâncias voláteis. O modo de liberação pode ser estável ou cíclico por um tempo limitado. A liberação também pode ser dependente das condições ambientais externas ou de alguns estímulos externos, como a pressão. A taxa de liberação de moléculas encapsuladas é governada pela lei de difusão de Fick. A equação pode ser dada da seguinte forma:

Taxa de liberação =d(massa do agente liberado)/d(tempo)=Área de superfície/H

onde H = área de superfície da barreira de difusão*Coeficiente de difusão do agente encapsulado (Saturação Solubilidade do agente encapsulado (-) K, e K = Coeficiente de partição da barreira com o entorno*concentração de espécies encapsuladas no ambiente circundante)

O encapsulamento de fragrâncias para agregar funcionalidade à pintura arquitetônica é uma tendência recente. O processo envolve a adição de uma barreira de difusão ao redor da molécula da fragrância. Os polímeros mais comuns usados para criar esta barreira de difusão ou simplesmente uma concha ao redor da molécula da fragrância incluem polímeros de melamina formaldeído, poliuretano, uréia formaldeído, sozinho ou em combinação com uréia, metacrilato de metila, álcool vinílico, quitosana, polissacarídeos, etc.

Diferentes moléculas de fragrância terão diferentes taxas de liberação e duração de liberação dependendo da morfologia das partículas de fragrância encapsuladas.

Os polímeros encapsulados podem ser adicionados na fase de descida da mistura em taxas de cisalhamento lentas sem comprometer a estabilidade do polímero encapsulado.

A incorporação desta emulsão encapsulada é semelhante à adição de qualquer outra emulsão aglutinante na formulação da tinta. Alguns exemplos de encapsulamento em tintas incluem tintas decorativas para interiores de certas empresas de renome. Essas tintas possuem emulsões encapsuladas em fragrâncias para mascarar o odor durante o processo inicial de cura.

Os níveis de percepção das fragrâncias variam entre as espécies, desde humanos a insetos. KE Kaissling lançou luz sobre a sensibilidade do nariz de várias espécies, como cães, humanos, mariposas, etc. Ele expressou que o coeficiente de captura de células receptoras de narizes e antenas para diferentes odores são diferentes para cada espécie. Isso nos apresenta a oportunidade de ajustar os níveis de dosagem para maior proteção contra insetos, mantendo a percepção dos humanos em níveis mais baixos.

Encapsulamento de Matriz

A matriz polimérica constituída por núcleo e invólucro aquoso pode ser preparada por vários métodos químicos. As moléculas de fragrância formam o núcleo, enquanto o polímero de casca permite a liberação de moléculas de fragrância.

A ligação química envolve a reação de derivados do agente ativo com um polímero como a celulose. Por exemplo:

Primeiro Passo : Derivado de ácido carboxílico de Agente Ativo + Fosgênio (CoCl 2 ) Agente Ativo-CoCl

Segunda Etapa : Agente Ativo-CoCl + Celulose Agente Ativo-OCO-Celulose

Esta é a técnica mais utilizada. O agente ativo é aprisionado dentro do polímero de barreira como uma matriz. As partículas individuais (sólidas, líquidas ou gasosas) do agente ativo/de liberação não são revestidas com o polímero de barreira. Uma carga inorgânica que serve como meio ou veículo também é frequentemente adicionada nesta técnica.

Benefícios potenciais do uso de fragrâncias repelentes de insetos em revestimentos de superfície

As tecnologias existentes concentram-se no emprego de inseticidas e pesticidas comercialmente disponíveis. Uma das razões para a popularidade desses agentes é a previsibilidade dos resultados em relação à ação repelente de insetos.

Suas dosagens são mantidas em certos limites devido ao seu potencial de invadir a saúde humana. Portanto, também existe um ecossistema de apoio de agências que podem certificar esses níveis como seguros (de acordo com as leis regionais predominantes). Por exemplo, os níveis de dosagem superiores recomendados para DEET em um repelente de mosquitos são de 30%. Além de uma concentração particular, a eficácia desses repelentes não tem eficácia aumentada.

Prosseguindo com o uso dos agentes biocidas, é apenas uma questão de tempo até que os atuais níveis populares de dosagens destes se mostrem ineficazes contra os insetos-alvo. A maioria das espécies biológicas tem a capacidade de desenvolver resposta imune a biocidas que consistentemente tentam reduzir sua população.

Embora os benefícios das fragrâncias repelentes naturais sejam conhecidos pela humanidade há anos, métodos adequados para extrair essas vantagens ainda são um tópico de exploração em ambientes urbanos modernos. O mais próximo que chegamos de um uso predominante no mundo real dessas fragrâncias envolve dispositivos que podem volatilizar óleos essenciais por um mecanismo de aquecimento elétrico. No entanto, não é muito popular, pois envolve o reabastecimento do dispositivo toda vez que um óleo essencial é consumido. Esses dispositivos, embora mais ecologicamente corretos do que os amplamente populares repelentes de mosquito elétricos operados por calor, têm dificuldade em ganhar popularidade em casas modernas. Isso se deve à sua alta volatilidade que exigiria grandes quantidades de armazenamento para resultados reproduzíveis.

Em nossa discussão, vimos a utilidade do encapsulamento para extrair esses benefícios de maneira conveniente em ambientes urbanos modernos. O ambiente humano pode ser alterado para repelir insetos por uma solução única, em vez de armazenar grandes quantidades ou reabastecer com frequência. A encapsulação apresenta a possibilidade de controlar as taxas de liberação de voláteis desses agentes naturais. A longevidade do fenômeno de liberação pode ser estendida de alguns meses a um ano, ou até mais.

Revestimentos de superfície contendo o polímero encapsulado podem ser aplicados em paredes de alvenaria, plásticos, madeira, tetos, portas ou qualquer outro substrato que constitua um ambiente fechado. Os métodos de aplicação são semelhantes aos métodos empregados para revestimentos arquitetônicos tradicionais para os substratos discutidos.

O ambiente fechado sempre terá certa concentração desses agentes naturais no ar fechado. A taxa de difusão das fragrâncias pode ser regulada automaticamente, dependendo da concentração da molécula da fragrância no ar ao redor do revestimento da superfície. O revestimento da superfície liberará o usuário de qualquer necessidade de estocar os agentes de fragrância ou ter que se preocupar com o impacto dos agentes repelentes de insetos em sua saúde. Um usuário consciente também adotará a opção conveniente e ecologicamente correta contra os biocidas químicos.

O(s) revestimento(s) de superfície também fornecerão um benefício adicional de probabilidade subjetiva de aroma, como um ambiente natural simulado nas paredes de concreto em seu entorno. As pessoas já estão optando por fragrâncias para mascarar o cheiro de solventes (se houver) e ligantes poliméricos em sistemas de revestimento de superfície.

A adoção generalizada de sistemas poliméricos encapsulados em revestimentos de superfície ajudará a reduzir a produção e o consumo de inseticidas. Além disso, teremos mais chances de reduzir o impacto de agentes químicos como DEET, DEPA, etc. na imunidade das espécies de insetos. Isso também terá um impacto de longo alcance na taxa em que pesticidas e inseticidas são usados em doses incrementais em outras áreas relevantes, como a agricultura 26 .

Bioacumulação e Biomagnificação

Existe a perspectiva de que esses agentes se tornem ineficazes contra insetos até que os limites das dosagens sejam revistos para se adequarem aos novos níveis de resposta imune da espécie biológica. No entanto, isso seria novamente uma questão de seu impacto na vida humana e em outras espécies biológicas com as quais os seres humanos convivem, tendo uma visão mais ampla e racional desses limites legais ou estatutários. Existem preocupações relacionadas à bioacumulação e bioampliação.

A bioacumulação em um organismo ocorre quando ele absorve um pesticida a uma taxa maior do que a taxa na qual ele libera o pesticida por excreção ou catabolismo. Mesmo que os níveis ambientais do pesticida ou inseticida não sejam altos, há uma chance de bioacumulação à medida que a meia-vida do agente aumenta. O bioacúmulo de mercúrio em peixes é um fenômeno amplamente discutido.

A biomagnificação refere-se a um aumento nos níveis de concentração de uma substância em organismos que estão situados em níveis tróficos mais altos em uma cadeia alimentar. Embora o processo de ampliação seja essencial para o crescimento, torna-se prejudicial ao crescimento dos organismos quando ocorre com o acúmulo de agrotóxicos ou inseticidas.

O uso de repelentes naturais de insetos afetará os sistemas olfativos dos insetos, sendo uma alternativa mais segura à bioacumulação de pesticidas.

Conclusão

Na busca por métodos alternativos para repelir insetos, fragrâncias obtidas naturalmente são uma opção que pode ser explorada. As múltiplas fontes de óleos essenciais e extratos de plantas podem ser usadas isoladamente ou em combinação em revestimentos arquitetônicos (especialmente para interiores) para alcançar a eficácia dos inseticidas comercialmente disponíveis. Os inseticidas geralmente criam uma forte imunidade nos insetos, levando à necessidade de aumentar os níveis de dosagem, além de representar uma ameaça à saúde humana e aos sistemas ecológicos. O encapsulamento de fragrâncias é uma prática recente em revestimentos arquitetônicos. Ao mesmo tempo em que proporciona uma atmosfera livre de insetos aos interiores de edifícios, também pode oferecer uma atmosfera personalizada ao assunto.

A utilização de fragrâncias para modificar a atmosfera é uma prática antiga. Esta tradição de uso de fragrâncias pode ser usada para agregar valor às nossas formulações de revestimento de superfície. Os métodos modernos de repelir ou matar insetos têm um impacto biológico adverso. Essas deficiências podem ser superadas mudando para métodos tradicionais de uso de fragrâncias obtidas naturalmente.

Com base no trabalho científico realizado, devemos conseguir algum grau de repelência. As combinações mais eficazes e subjetivamente calmantes apresentarão as perspectivas mais promissoras.

Traduzido

PCI – Paint&Coatings Industry – 28 de setembro de 2022

Asian Paints – Dr. Randhir Parmar, Dr. Aditi Bijani e Dr. Subarna Shyamroy