Biocomposites antifúngicos de base quitosano para la protección de especies agrícolas, forestales y de madera

Resumen

El quitosano es uno de los polímeros de origen natural más interesantes de las últimas décadas. Es la forma desacetilada de la quitina, el segundo polisacárido natural más abundante en el planeta. Su actividad antimicrobiana, además de su naturaleza biodegradable, biocompatible y no tóxica le ha conferido un extenso número de aplicaciones en distintas áreas, incluida la agricultura. La versatilidad de su estructura, así como sus propiedades de sorción de macromoléculas y quelación de partículas metálicas, gracias a su carácter catiónico derivado del grupo amino, le otorgan un mayor interés y la facilidad de generar nuevos materiales que potencien su actividad. No obstante, las extensas aportaciones de la investigación sobre los productos derivados de quitosano, en sus formas, síntesis, aplicaciones, incluso a nivel teórico en la descripción de su comportamiento químico y de los mecanismos de acción que ejercen, no cesan, por el contrario su desarrollo continúa en auge. En la presente tesis doctoral se realiza en primer lugar una revisión del estado del arte de la síntesis de nuevos compuestos basados en quitosano, que incluyen desde extractos naturales hasta nanopartículas metálicas, mediante la utilización de nuevas tecnologías. Se revisan también sus aplicaciones como antimicrobiano para diversos materiales que deban mantenerse y conservarse de microorganismos y patógenos. Posteriormente, se realiza por primera vez un análisis molecular de la N-acetil-D-glucosamina (la molécula constituyente de la quitina y el quitosano) por combinación de técnicas de espectroscopía de THz-TDS y FTIR con estudios teóricos basados en métodos semiempíricos de química cuántica. Se propuso el diseño y la síntesis de un nuevo material compuesto a partir de oligómeros de quitosano, óxido de grafeno reducido y nanopartículas de plata, mediante una técnica asistida por microondas; consiguiendo un material funcionalizado y estable, como evidencia la caracterización realizada por UV-Vis, FTIR, XRD y TEM. Se prepararon también nuevos materiales compuestos a partir de quitosano, oligómeros de quitosano, propóleo y nanoplata. Estos composites fueron caracterizados por FTIR y se llevaron a cabo estudios in vitro e in vivo para evaluar su efectividad contra hongos fitopatógenos de interés agrícola, forestal y de la industria de la madera. Se consiguió controlar con éxito hongos devastadores como Hemileia vastatrix causante de grandes pérdidas económicas por la enfermedad de la roya de las hojas del café, Fusarium circinatum causante del chancro resinoso de los pinos, el hongo más dañino de bosques de coníferas a nivel mundial y Trametes versicolor causante de la pudrición blanca de la madera, entre otros. Los análisis in vivo han demostrado la potencialidad del quitosano y productos derivados como una herramienta -más respetuosa con el medio ambiente- ideal para ser incluida en los programas de manejo integrado para el control de las enfermedades el ámbito agroforestal.