Synthesis and Properties of Bombyx Mori Chitosan Nanoascorbate Complexes Based on Oligochitosan and High-molecular-weight Chitosan

Dans le monde tranquille de la sériciculture, où les éleveurs élèvent des vers à soie pour produire de la soie, un défi persistant demeure : maintenir les larves délicates en bonne santé et productives. Ces insectes sont vulnérables aux maladies, et leur croissance peut être entravée par le stress environnemental, entraînant des cocons moins nombreux et plus légers. Les scientifiques se tournent depuis longtemps vers la nature pour trouver des solutions, particulièrement vers le chitosane, un matériau naturel dérivé des carapaces de crustacés ou, dans ce cas, des pupes du ver à soie du mûrier lui-même. Le chitosane est connu pour être sûr, biodégradable et capable de combattre les microbes nocifs. Cependant, sous sa forme brute, il ne se dissout pas facilement dans l'eau, ce qui limite son utilisation. Pour le rendre utile, les chercheurs le mélangent souvent à d'autres substances, comme l'acide ascorbique, qui est simplement de la vitamine C. Lorsque ces deux matériaux interagissent, ils peuvent former de minuscules structures solubles dans l'eau qui pourraient mieux protéger les vers à soie que les ingrédients seuls. La question pour les scientifiques n'est pas seulement de savoir si ces mélanges fonctionnent, mais de savoir comment les construire le plus efficacement possible et si la taille ou la structure de ces minuscules particules modifie l'efficacité avec laquelle elles aident les vers à soie à survivre et à prospérer.

Un chercheur de l'Institut de chimie et de physique des polymères d'Ouzbékistan s'est donné pour mission de répondre à ces questions en créant et en testant de nouvelles versions de ces mélanges de chitosane et de vitamine C. Il s'est concentré sur deux méthodes différentes pour fabriquer le matériau. La première méthode consistait à prendre du chitosane de haute qualité provenant de pupes de vers à soie et à le décomposer en morceaux plus petits, appelés oligochitosane, avant de le mélanger à la vitamine C. La seconde méthode utilisait les molécules de chitosane originales plus grandes et les combinait à la vitamine C en utilisant un agent de réticulation spécial pour maintenir la structure. L'objectif était de voir quelle méthode produisait les particules les plus efficaces et de mesurer exactement la taille de ces particules et leur comportement dans l'eau.

Le chercheur a découvert que la méthode utilisée pour créer le mélange changeait considérablement la taille des particules résultantes. Lorsqu'il a utilisé le chitosane plus petit et décomposé sans aucun agent stabilisant supplémentaire, les particules résultantes étaient assez petites, avec une taille moyenne d'environ 117 nanomètres. En revanche, lorsqu'il a utilisé le chitosane original plus grand et a ajouté un stabilisant pour aider les particules à se former, les structures résultantes étaient beaucoup plus grandes, variant entre 360 et 380 nanomètres. En observant les particules sous un microscope puissant appelé microscope à force atomique, le chercheur a pu voir la forme physique de ces structures. Les plus petites particules apparaissaient comme de petits objets plats à la surface, certains faisant moins de 50 nanomètres de large, tandis que les plus grandes particules formaient des formes agrégées plus complexes. Ces observations ont confirmé que le chercheur avait réussi à créer deux types distincts de nanostructures, chacune ayant sa propre empreinte physique.

Au-delà de la simple mesure de la taille, le chercheur voulait savoir si ces nouveaux matériaux fonctionnaient mieux que les ingrédients originaux. Ils ont testé la capacité de ces mélanges à stopper la croissance d'un champignon commun, Fusarium oxysporum, qui peut nuire aux plantes et aux animaux. Les résultats ont montré que le mélange fabriqué à partir des plus petits morceaux de chitosane était le plus puissant. Lorsque ce mélange spécifique a été testé, il a créé une zone où le champignon ne pouvait pas croître, d'une largeur de 34 millimètres. Cela était significativement plus large que les zones créées par le chitosane original, la vitamine C originale ou les particules plus grandes fabriquées avec le stabilisant. Cela suggère que le fait de décomposer le chitosane en morceaux plus petits avant de le mélanger à la vitamine C crée un bouclier antimicrobien plus puissant.

Le test le plus pratique, cependant, a eu lieu dans le monde réel d'une ferme de vers à soie. Le chercheur a appliqué ces nouveaux mélanges aux feuilles de mûrier que mangent les vers à soie. Il a élevé deux groupes de vers à soie : un groupe mangeant des feuilles traitées avec le nouveau nano-mélange, et le groupe témoin mangeant des feuilles traitées uniquement avec de l'eau. Les résultats étaient clairs. Les vers à soie nourris avec les feuilles traitées étaient plus sains et plus résilients. Dans le groupe consommant le nano-mélange, le taux de maladie a chuté de manière significative, avec seulement environ 4,5 % des larves présentant des signes de maladie, contre près de 9 % pour le groupe témoin. De plus, les vers à soie traités ont produit plus de cocons, et ceux-ci étaient légèrement plus lourds. Le poids moyen d'un seul cocon du groupe traité a augmenté de plus de 5 % par rapport au groupe non traité.

Cette étude démontre qu'en concevant soigneusement la taille et la structure des matériaux à base de chitosane, les scientifiques peuvent créer un traitement naturel simple qui améliore la santé et la productivité des vers à soie. Ce travail souligne que les particules plus petites, aux structures spécifiquement conçues, faites de chitosane décomposé et de vitamine C, sont plus efficaces pour combattre les maladies et stimuler la croissance que les structures plus grandes et plus complexes. Pour l'industrie de la sériciculture, cela offre un outil prometteur et respectueux de l'environnement pour protéger les cultures et augmenter les rendements sans dépendre de produits chimiques agressifs. Les conclusions suggèrent que la manière dont ces matériaux naturels sont assemblés est tout aussi importante que les matériaux eux-mêmes, ouvrant la voie à des solutions biologiques plus efficaces en agriculture.