ES2683345T3 - Composiciones y geles a base de sílice multifuncional, métodos de hacer las mismas, y métodos de uso de las mismas - Google Patents

Composiciones y geles a base de sílice multifuncional, métodos de hacer las mismas, y métodos de uso de las mismas Download PDF

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Abstract

Una composición, que comprende una nanopartícula a base de sílice multifuncional que incluye un primer componente y un segundo componente, en donde la nanopartícula a base de sílice multifuncional incluye un núcleo y una cubierta, en donde el núcleo incluye sílice cargada con un primer tipo de dicho primer componente, en donde la cubierta incluye un primer tipo de dicho primer componente, y un segundo tipo de dicho primer componente, en donde el primer componente funciona como un antibacteriano, un antifúngico, o una combinación de los mismos, y en donde segundo componente funciona como un repelente para insectos.

Description

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DESCRIPCION
Composiciones y geles a base de s^lice multifuncional, metodos de hacer las mismas, y metodos de uso de las mismas Antecedentes
La industria de los cftricos a nivel mundial esta luchando actualmente contra dos enfermedades potencialmente devastadoras: el enverdecimiento de los cftricos, tambien conocido como Huanglongbing o HLB (por sus siglas en ingles), y el chancro de los cftricos.
El enverdecimiento de los cftricos es la enfermedad mas destructiva y altamente infecciosa de la mayona de las variedades de cftricos comerciales. Esta enfermedad esta causada por la bacteria Gram-negativa HLB que pertenece al genero Candidaus Liberibacter segun se reporta por J. M. Bove en "Huanglongbing: A destructive, newly-emerging, century-old disease of citrus", Journal of Plant Pathology 2006, 88, (1), 7-37. El HLB amenaza a la industria de los cftricos a nivel mundial y puede causar danos a la industria de los cftricos, y en la econoirfta en el Estado de Florida. El problema puede ser severo y extermina arboles de cftricos. La enfermedad causa que los frutos sean amargos y deformes, de pequeno tamano y con poco color, haciendo que no sean utilizables ni comercializables. Actualmente, no hay cura para el HLB.
El Psflido Asiatico de los Cftricos (ACP, por sus siglas en ingles) es un insecto invasivo que se alimenta del floema que causa un dano grave a las plantas de cftricos y a las plantas de cftricos relacionadas. Las puntas quemadas y las hojas torcidas son el resultado de una plaga del ACP (por sus siglas en ingles) en los nuevos crecimientos. Ademas, el ACP (por sus siglas en ingles) es un vector del HLB (por sus siglas en ingles), y porta el HLB (por sus siglas en ingles) y puede extender rapidamente la enfermedad de un huerto a otro.
Las estrategias integradas para la gestion de plagas que incluyen el uso de arboles de viveros libres de la enfermedad, la rapida eliminacion de los arboles con smtomas, y el control agresivo de los ACPs (por sus siglas en ingles) usando insecticidas foliares han sido el enfoque principal para gestionar los huertos infectados con el HLB (por sus siglas en ingles) segun A. Morris et al. en "Economic tradeoffs of citrus greening management" Citrus Industry 2008, 89 (4), 2628 y P. L. Hollis en "Scientists combining efforts to combat greening in Florida's citrus industry " Southeast Health Press 2008, 35 (15), 35.
Desafortunadamente, el uso de insecticidas foliares parece ser la unica solucion disponible para los cultivadores en estos dfas para evitar la Infeccion por el HLB, incluso aunque tales practicas integradas sean caras y de gran cantidad de mano de obra.
El chancro de los cftricos es otra enfermedad seria, causada por la bacteria Xanthomonas axonopodis pv. citri, que afecta a la mayoria de las variedades de cftricos comerciales y que ha provocado perdidas economicas a nivel mundial segun T. R. Gottwald en "The citrus canker epidemic in Florida: The scientific basis of regulatory eradication policy for an invasive species," Phytopathology 2001, 91, (1), 30-34. El chancro causa lesiones necroticas sobre diversas partes de los arboles que incluyen frutos, hojas y tallos. La severidad de la enfermedad o infeccion se manifiesta como desfoliacion, cafda prematura de los frutos, frutos con defectos, y deterioro general del arbol como se indica por J. H. Graham en “Xanthomonas axonopodis pv. citri: factors affecting successful eradication of citrus canker", Molecular Plant Pathology 2004, 5, (1), 1-15, y por A. K. Das en “Citrus Canker-A Review", J. Appl. Hort. 2003, 5 (1), 52-60.
Mientras que no existfa una cura para la enfermedad del HLB, las perdidas por el chancro se han controlado mediante el uso de agentes antibacterianos apropiados tales como compuestos a base de cobre (Cu), que incluyen, pero no se limitan a, oxicloruro de Cu, sulfato de Cu, hidroxido de Cu, oxido de Cu, carbonato de amonio-Cu, antibioticos, tales como estreptomicina, tetraciclina, y compuestos de resistencia sistemica inducida, que incluyen acibenzolar-S-metilo, protema harpin. Hasta fecha, el cobre (Cu) ha sido el patron de oro para controlar la enfermedad del chancro de los cftricos en todo el mundo debido a su efectividad en la proteccion contra la posibilidad de infeccion y al desarrollo mmimo de resistencia al Cu por un patogeno.
Debido a la naturaleza destructiva de las enfermedades por el HLB y el chancro de los cftricos, existe la necesidad de encontrar soluciones para combatir las enfermedades por el HLB y el chancro los de cftricos.
Y. H. Kim, et al., “Preparation and characterization of the antibacterial Cu nanoparticle formed on the surface of SiO2 nanoparticles”, J. Phys. Chem. B., Volumen 110, 2006, paginas 24923-24928, XP055096566, describe la formacion de nanopartfculas de dioxido de silicio con cobre metal que se deposita unicamente sobre la superficie de las nanopartfculas. No se describen formas de cobre diferentes a las de cobre metal.
El documento de Patente de los EE.UU. de Numero US 2010/0015236 A1 (Magdassi et al.) describe un polvo redispersable y las dispersiones acuosas de nanopartfculas de pesticidas organicos insolubles en agua. Se describen los metodos para la preparacion y el uso de los pesticidas.
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Resumen
Aspectos de la presente invencion incluyen una composicion como se reivindica en la reivindicacion 1, un gel como se reivindica en la reivindicacion 11, y los metodos como se reivindican en las reivindicaciones 14, 15, 16 y 20. Descritas brevemente, las realizaciones de esta descripcion incluyen, entre otros, las composiciones, los geles, los metodos para sintetizar el gel de nanoparffculas a base de sflice multifuncional, el metodo de tratamiento, prevencion, o tanto de tratamiento como de prevencion de una enfermedad en una especie vegetal, el metodo para tratar simultaneamente plantas de dtricos contra el chancro de los cftricos y prevenir la invasion de un vector de Psflido Asiatico de los Cftricos (ACP, por sus siglas en ingles) que porta el patogeno y disemina la enfermedad del enverdecimiento de los cftricos en las plantas de cftricos, y similares.
Breve descripcion de las figuras
La Figura 1a es un grafico de los datos de la cromatograffa de gases-espectroscopfa de masas (GC-MS, por sus siglas en ingles) del DSDM (control).
La Figura 1b, es un grafico de los datos de la cromatograffa de gases-espectroscopfa de masas (GC-MS, por sus siglas en ingles) de un extracto de cloroformo del material de DSDM-CuSiNG.
La Figura 2 es un grafico de los datos de la cromatograffa de gases-espectroscopfa de masas (GC-MS, por sus siglas en ingles) de un extracto de cloroformo del material de DSDM-SiNG, sin iones de cobre.
La Figura 3a es un grafico de los datos de la cromatograffa de gases-espectroscopfa de masas (GC-MS, por sus siglas en ingles) de un extracto de cloroformo del polvo liofilizado de CuSiNG seco con DSDM anadido que presenta los picos caractensticos del DSDM.
La Figura 3b es un grafico de los datos de la cromatograffa de gases-espectroscopfa de masas (GC-MS, por sus siglas en ingles) de un extracto de cloroformo del SiNG seco con DSDM anadido como un control que no muestra los picos del DSDM.
Descripcion detallada
Antes de que se describa la presente descripcion con mayor detalle, se debe entender que esta descripcion no se limita a las realizaciones particulares descritas y, por supuesto, estas pueden variar. Tambien se debe entender que la terminologfa usada en este documento es con el proposito de describir unicamente las realizaciones particulares, y no se pretende que sea limitante, ya que el alcance de la presente descripcion estara limitado unicamente por las reivindicaciones anexas. Cuando se proporciona un intervalo de valores, se entiende que cada valor intermedio, a la decima parte de unidad del ffmite inferior a menos que el contexto indique claramente lo contrario, entre el ffmite superior e inferior de ese intervalo y cualquier otro valor establecido o intermedio en ese intervalo establecido, esta comprendido dentro de la descripcion. Los ffmites superior e inferior de estos intervalos mas pequenos pueden estar incluidos independientemente en los intervalos mas pequenos y tambien estan comprendidos dentro de la descripcion, sometidos a cualquier ffmite especfticamente excluido en el intervalo establecido. Cuando el intervalo establecido incluye uno o ambos ffmites, los intervalos que excluyen cualquiera o ambos de estos ffmites incluidos tambien estan incluidos en la descripcion.
A menos que se defina de otra manera, todos los terminos tecnicos y cienffficos usados en la presente invencion tienen el mismo significado que el entendido comunmente por un experto en la tecnica a la cual pertenece esta descripcion. Aunque en la practica o prueba de la presente descripcion tambien se pueden usar cualquier metodo y materiales similares o equivalentes a los descritos en la presente invencion a continuacion, se describen los metodos y materiales preferidos.
La cita de cualquier publicacion es por su descripcion antes de la fecha de presentacion y esto no se debe interpretar como una admision de que la presente descripcion no tiene derecho a la fecha de esta publicacion en virtud de una descripcion anterior. Ademas, las fechas de publicacion proporcionadas podnan ser diferentes de las fechas de publicacion reales, y por lo tanto pueden necesitar de ser confirmadas de una forma independiente.
Como sera evidente para los expertos en la tecnica al leer esta descripcion, cada una de las realizaciones individuales descritas e ilustradas en la presente invencion tiene componentes y caractensticas discretas que se podran separar facilmente o combinar con caractensticas de cualesquiera otras realizaciones sin apartarse del alcance o espftitu de la presente descripcion. Cualquier metodo mencionado se puede llevar a cabo en el orden de los sucesos citados o en cualquier otro orden que sea logicamente posible.
Las realizaciones de la presente descripcion emplearan, a menos que se indique de otra manera, tecnicas de qmmica, botanica, biologfa, y similares, que estan dentro de la experiencia de la tecnica.
Los siguientes ejemplos se exponen para de ese modo proporcionar a los expertos en la tecnica una descripcion y exposicion completas de como realizar los metodos y usar las pruebas descritas y reivindicadas en la presente invencion. Se han hecho esfuerzos para asegurar la precision con respecto a los numeros (por ejemplo, cantidades,
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temperatura, etc.), pero se deben tener en cuenta algunos errores y desviaciones. A menos que se indique lo contrario, las partes son partes en peso, la temperatura esta dada en °C, y la presion esta cerca o es la atmosferica. La temperatura y presion estandar se definen como 20°C y 1 atmosfera.
Antes de que se describan en detalle las realizaciones de la presente descripcion, se debe entender que, a menos que se indique lo contrario, la presente descripcion no se limita a materiales, reactivos y materiales de reaccion, y procesos de fabricacion particulares, o similares, ya que los mismos pueden variar. Tambien se debe entender que la terminologfa usada en la presente invencion es con el proposito de describir unicamente las realizaciones particulares, y no se pretende que sea limitante. En la presente descripcion tambien es posible que se puedan ejecutar etapas en secuencias diferentes en las que esto sea logicamente posible.
Se debe senalar que, como se usa en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "uno", "una" y "el" incluyen referencias al plural a menos que el contexto dicte claramente otra cosa. Asf, por ejemplo, la referencia a "un compuesto" incluye una pluralidad de compuestos. En esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones que siguen, se hara referencia a un numero de terminos que se definiran para que tengan los siguientes significados a menos que sea evidente una intencion contraria.
Definiciones y abreviaturas:
Si se usa en la presente invencion para dar a entender dioxido de silicio, que tambien se conoce comunmente como "sflice".
NG, se establece para "Nanogel", que es la sustancia similar al gel formado por la interconexion de nanopartfculas, por ejemplo, la interconexion de nanopartfculas a base de sflice multifuncional.
NP se establece para "Nanopartfcula", que puede tener un tamano de partfcula (por ejemplo, diametro para nanopartfculas esfericas o sustancialmente esfericas) de aproximadamente 10 a 500 nm, de aproximadamente 10 a 250 nm, de aproximadamente 10 a 100, o de aproximadamente 10 nm a 50 nm. El diametro puede variar desde unos pocos nanometros a cientos de nanometros ajustando adecuadamente los parametros de la smtesis, tales como las cantidades del precursor de silano, las cantidades de los agentes de hidrolizacion, la polaridad del medio de reaccion, y similares.
CuSiNP se establece para nanopartfculas de sflice cargadas con cobre.
CuSiNG se establece para un nanogel de sflice cargado con cobre.
HCuSiNG se establece para nanogel de sflice tnbrida cargado con Cu, donde la matriz de SiNG se carga con un segundo compuesto de silano para conseguir una cobertura de la superficie de la planta uniforme o sustancialmente uniforme.
Plaguicida/bactericida Kocide® 3000; Kocide es una marca comercial registrada de E. I. Du Pont de Nemours and Company.
"Cobertura uniforme de la superficie de la planta" se refiere a una superficie humeda uniforme y completa (por ejemplo, aproximadamente el 100%) debido a la aplicacion por pulverizacion de las realizaciones de la presente descripcion. En otras palabras, la aplicacion por pulverizacion causa que las realizaciones de la presente descripcion se extiendan a traves de la superficie de la planta.
"Cobertura uniforme y sustancial de la superficie de la planta" se refiere a aproximadamente el 70%, aproximadamente el 80%, aproximadamente el 90%, o mas de una cobertura uniforme de la superficie de la planta.
"Cubrir sustancialmente" se refiere a la cobertura de aproximadamente el 70%, aproximadamente el 80%, aproximadamente el 90%, o mas, de las hojas y ramas de una planta.
"Planta" se refiere a arboles, plantas, arbustos, flores, y similares, asf como a partes de la planta tales como ramitas, hojas, tallos, y similares. En una realizacion particular, el termino planta incluye un arbol frutal, tal como un arbol de cftricos (por ejemplo, arbol de naranja, arbol de limon, arbol de lima, y similares).
Los terminos "alq" o "alquilo" se refieren a grupos hidrocarburo de cadena lineal o ramificada que tienen de 1 a 12 atomos de carbono, preferiblemente de 1 a 8 atomos de carbono, tal como metilo, etilo, n-propilo, i-propilo, n-butilo, t- butilo, pentilo, hexilo, heptilo, n-octilo, dodecilo, octadecilo, amilo, 2-etilhexilo, y similares. Alquilo puede incluir alquilo, dialquilo, trialquilo, y similares.
Como se usa en la presente invencion, "tratar", "tratamiento", "tratado", y similares se refieren a actuar sobre una enfermedad o condicion con una nanopartfcula o gel a base de sflice multifuncional de la presente descripcion para afectar a la enfermedad o condicion mejorando o alterando la misma. Ademas, "tratamiento" incluye prevenir completa o parcialmente (por ejemplo, aproximadamente un 70% o mas, aproximadamente un 80% o mas, aproximadamente un 90% o mas, aproximadamente un 95% o mas, o aproximadamente un 99% o mas) para que una forma de planta adquiera una enfermedad o condicion. La frase "prevencion" se puede usar en lugar de tratamiento para este
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significado. "Tratamiento", como se usa en la presente invencion, cubre uno o mas tratamientos de una enfermedad en una planta, e incluye: (a) reducir el riesgo de ocurrencia de la enfermedad en una planta predispuesta a la enfermedad pero que todavfa no se ha diagnosticado como infectada con la enfermedad, (b) impedir el desarrollo de la enfermedad, y/o (c) aliviar la enfermedad, por ejemplo, causando la regresion de la enfermedad y/o aliviando uno o mas smtomas de la enfermedad.
El termino "antibacteriano" se refiere a un compuesto o composicion que destruye bacterias, suprime o previene el crecimiento de las bacterias, y/o suprime, previene o elimina la capacidad de las bacterias para reproducirse.
El termino "antifungico" se refiere a un compuesto o composicion que destruye hongos, suprime o previene el crecimiento de los hongos, y/o suprime, previene o elimina la capacidad del hongo para reproducirse.
Discusion:
Las realizaciones de la presente descripcion incluyen nanopartfculas a base de sflice multifuncional, metodos de hacer las nanopartfculas a base de sflice multifuncional, geles de nanopartfculas a base de sflice multifuncional, metodos de hacer geles de nanopartfculas a base de sflice multifuncional, metodos de uso de los metodos de hacer nanopartfculas a base de sflice multifuncional y de los metodos de hacer geles de nanopartfculas a base de sflice multifuncional, y metodos de tratar plantas, y similares. Las realizaciones de la presente descripcion proporcionan una composicion que se puede usar para multiples propositos. Las realizaciones de la presente descripcion son ventajosas porque pueden liberar lentamente uno o mas agentes que se pueden usar para prevenir o prevenir sustancialmente y/o tratar o tratar sustancialmente una enfermedad o condicion en una planta, actuar como un antibacteriano y/o antifungico, y/o actuar como un repelente de ciertos tipos de insectos. Otra ventaja de una realizacion de la presente descripcion es que el(los) agente(s) se puede(n) liberar de manera controlable durante un largo penodo de tiempo (por ejemplo, desde el dfa de la aplicacion a unas cuantas semanas o meses (por ejemplo, aproximadamente 6 o 8 meses). Las realizaciones de la presente descripcion, y las caractensticas y ventajas de estas realizaciones se discutiran con mayor detalle en la presente invencion.
Las realizaciones de la nanopartfcula a base de sflice multifuncional pueden incluir un primer componente y un segundo componente. Ademas, las realizaciones de la presente descripcion pueden incluir un gel de nanopartfculas a base de sflice multifuncional que incluye nanopartfculas a base de sflice multifuncional. La nanopartfcula a base de sflice multifuncional y/o el gel de nanopartfculas a base de sflice multifuncional se pueden incluir en una composicion que se vaya a administrar (por ejemplo, mediante pulverizacion) a una planta. El gel de nanopartfculas a base de sflice multifuncional incluye nanopartfculas a base de sflice multifuncional interconectadas en un material de sflice amorfa. Las nanopartfculas pueden estar interconectadas covalentemente (por ejemplo, a traves de enlaces -Si-O-Si-), asociadas ffsicamente a traves de fuerzas de Van der Waal, y/o a traves de interacciones ionicas (por ejemplo, iones de cobre cargados positivamente y nanopartfculas de sflice cargadas negativamente). Los primer y segundo componentes pueden estar dentro del material amorfo, asf como en la nanopartfcula a base de sflice multifuncional.
El primer componente puede funcionar como un antibacteriano y/o antifungico, espedficamente, tratando o tratando sustancialmente, previniendo o previniendo sustancialmente enfermedades de las plantas tales como la enfermedad del enverdecimiento de los cftricos (HLB, por sus siglas en ingles) y el chancro de los cftricos. El primer componente (por ejemplo, Cu) se puede liberar desde la nanopartfcula o del gel a base de sflice multifuncional de manera que pueda actuar como un agente antibacteriano y/o antifungico durante un penodo de tiempo (por ejemplo, desde la aplicacion a dfas o meses). El segundo componente funciona como un repelente para insectos que pueden danar las plantas y/o transportar bacterias, enfermedades, hongos, y similares, que pueden danar las plantas (por ejemplo, un arbol frutal). El segundo componente (por ejemplo, un compuesto de azufre) de la nanopartfcula o del gel a base de sflice multifuncional puede actuar como repelente del Psflido Asiatico de los Cftricos (ACP, por sus siglas en ingles) durante un penodo de tiempo (por ejemplo, desde la aplicacion a dfas o meses). Las realizaciones de la presente descripcion tienen propositos multifuncionales para combatir enfermedades en plantas tales como en arboles, arbustos, y similares, por ejemplo, para el tratamiento de las enfermedades del enverdecimiento de los cftricos y el chancro de los cftricos.
En una realizacion, la velocidad de liberacion del primer y/o segundo componente se puede controlar de tal manera que las caractensticas de uno o de ambos puedan ser efectivas para penodos de tiempo de dfas a semanas o a meses. En otras palabras, el primer componente y/o el segundo componente se pueden liberar desde la nanopartfcula o del gel a base de sflice multifuncional comenzando desde el dfa de la aplicacion y continuar la liberacion hasta aproximadamente una semana, aproximadamente un mes, aproximadamente dos meses, aproximadamente tres meses, aproximadamente cuatro meses, aproximadamente cinco meses, aproximadamente seis meses, aproximadamente siete meses, o aproximadamente ocho meses.
La nanopartfcula a base de sflice multifuncional incluye un nucleo y una cubierta. El nucleo incluye sflice cargada con un primer tipo de primer componente (por ejemplo, iones Cu). La cubierta de sflice puede soportar un segundo tipo de primer componente (por ejemplo, oxido de cobre), mientras que tambien incluye el primer componente (por ejemplo, iones Cu). Aunque no se pretende estar limitados por la teona, en una realizacion el segundo componente puede interactuar con el primer componente (por ejemplo, iones Cu) via un tipo de interaccion de transferencia de carga,
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donde la interaccion entre el primer componente y el segundo componente puede ocurrir en la nanopartfcula y/o en el material de s^lice amorfa.
En una realizacion, el primer componente puede incluir un componente de cobre, un componente de cinc, un componente de titanio, un componente de cerio, un componente de magnesio, un componente de circonio, polietilenimina (PEI), un componente de carbono (por ejemplo, hollm o carbono mixto), fullereno, nanotubos de carbono, y una combinacion de los mismos. Espedficamente, el primer componente puede incluir un ion de cobre, cobre metalico (Cu), sal de cobre, complejo de cobre, un ion de cinc, cinc metalico (Zn), oxido de cinc, sal de cinc, un ion de plata, plata metalica (Ag), sal de plata, complejo de plata, un ion de titanio, dioxido de titanio (TO2), un ion de cerio, oxidos de cerio, un ion de magnesio, oxido de magnesio, un ion de circonio, oxido de circonio, y una combinacion de los mismos.
En una realizacion, el componente de cobre puede incluir un ion de cobre, cobre metalico, oxido de cobre, oxicloruro de cobre, sulfato de cobre, hidroxido de cobre, y una combinacion de los mismos. El componente de cobre puede incluir iones de cobre que estan electrostaticamente unidos al nucleo de las nanopartfculas de sflice o a la matriz de sflice amorfa, cobre unido covalentemente a la superficie hidratada del nucleo de la nanopartfcula o a la matriz de sflice amorfa, y/o oxidos de cobre y/o hidroxidos unidos a la superficie de la nanopartfcula o a la matriz de sflice amorfa. En una realizacion, la nanopartfcula y/o el gel a base de sflice multifuncional incluye el componente de cobre en dos o en todos estos tres estados.
En una realizacion, el componente de cobre puede estar en una forma soluble (amorfa) y en una forma insoluble (cristalina). Al controlar la relacion de las formas soluble e insoluble, se puede controlar la velocidad de liberacion del componente de cobre en funcion del tiempo. Como resultado, se puede controlar la velocidad de liberacion del componente de cobre de manera que las caractensticas antibacterianas y/o antifungicas puedan ser efectivas para penodos de tiempo de dfas a semanas o a meses. En otras palabras, el componente de cobre se puede liberar desde la nanopartfcula o el gel a base de sflice multifuncional comenzando desde el dfa de la aplicacion y continuar la liberacion hasta aproximadamente una semana, aproximadamente un mes, aproximadamente dos meses, aproximadamente tres meses, aproximadamente cuatro meses, aproximadamente cinco meses, aproximadamente seis meses, aproximadamente siete meses, o aproximadamente ocho meses. La relacion del componente de cobre soluble a insoluble se puede ajustar para controlar la velocidad de liberacion. En una realizacion, la relacion del cobre soluble al cobre insoluble (por ejemplo, (Cu quelado)x (Cu cristalino)i-x) puede ser de 0:1 a 1:0, y se puede modificar en incrementos de aproximadamente 0,01 para producir la relacion que libera el Cu durante el penodo de tiempo deseado. Los parametros que se pueden usar para ajustar la relacion incluyen: polaridad del disolvente y su naturaleza protica (es decir, capacidad de union de hidrogeno), concentracion del precursor de Cu (por ejemplo, sulfato de Cu), temperatura, concentracion del precursor de silano (tal como tetraetilortosilicato, TEOS), y similares.
En una realizacion, el segundo componente puede incluir un compuesto de azufre. El compuesto de azufre no reacciona o reacciona muy poco (por ejemplo, a un porcentaje tan bajo o a una velocidad tan lenta que los primer y segundo componentes pueden funcionar todavfa de una manera y para un penodo de tiempo descrito en la presente invencion) con el primer componente. El compuesto de azufre puede incluir sulfuros de alquilo, disulfuros de alquilo, trisulfuros de alquilo, tetrasulfuros de alquilo, analogos de cada uno, y una combinacion de los mismos, en los que el alquilo puede incluir alquilo, dialquilo, y trialquilo. En particular, el compuesto de azufre puede incluir compuestos de disulfuro de dimetilo (DSDM), sulfuro de dimetilo, disulfuro de dietilo, trisulfuro de dietilo, tetrasulfuro de dietilo, y una combinacion de los mismos. La velocidad de liberacion del segundo componente se puede controlar para liberar comenzando desde el dfa de la aplicacion a aproximadamente una semana, aproximadamente un mes, aproximadamente dos meses, aproximadamente tres meses, aproximadamente cuatro meses, aproximadamente cinco meses, aproximadamente seis meses, aproximadamente siete meses, o aproximadamente ocho meses.
En una realizacion, el compuesto de azufre es DSDM. Se debe senalar que el compuesto de azufre se puede usar como un repelente de ACP (por sus siglas en ingles) y es una estrategia atractiva para controlar el HLB (por sus siglas en ingles). Se debe apreciar que el DSDM es toxico para los insectos porque interrumpe el sistema de la oxidasa del citocromo de la mitocondria, y se considera un fuerte repelente del ACP (por sus siglas en ingles). El DSDM puede interactuar con el primer componente (por ejemplo, ion Cu) en un tipo de interaccion de transferencia de carga. De ese modo, al controlar la cantidad del primer componente con la que puede interactuar el DSDM se puede usar la cantidad del primer componente para controlar la cantidad del DSDM presente en la nanopartfcula o en el gel a base de sflice multifuncional. Aunque no se pretende estar limitado por la teona, el azufre (elemento electronegativo, polarizable) en el DSDM se une debilmente a los iones cobre (tipo de interaccion ion-dipolo). Una vez que se libera el Cu desde el producto, el DSDM se liberara en su mayor parte ya que no hay otra interaccion fuerte entre el DSDM y la matriz de nanopartfcula de sflice/nanogel distinta de la fuerza de Van der Waals.
En una realizacion, el gel de sflice amorfo no tiene una estructura (por ejemplo, definida) ordenada (opuesta a la estructura cristalina) de manera que un "gel amorfo" se refiere a un material de gel que tiene una composicion estructural amorfa. En una realizacion, el numero de nanopartfculas a base de sflice multifuncional en un gramo de gel de nanopartfculas a base de sflice multifuncional puede ser diffcil de determinar con precision. Sin embargo, lo siguiente proporciona cierta grna.
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Suponer un gel de s^lice amorfo (completamente deshidratado) que incluye aproximadamente partfculas interconectadas de un tamano (diametro) de aproximadamente 10 nm como material de prueba. El numero de partfculas por gramo de material se podna estimar de forma aproximada de la siguiente manera:
Masa (m) de una unica partfcula = densidad de la partfcula (d) x volumen de la partfcula (v)
D = 2,648 g/cm3 (aprox.)
V = (4/3) Pi (n) (r)3
Donde r es el radio de la partfcula. n = 3,14; r = (10/2 nm) = 5 nm = 5 x 10-7 cm.
Si se sustituyen en estos numeros, v = 5,23 x 10-19 cm3 Luego, m = (5,23 x 10-19 cm3) (2,648 g/cm3)
O, m = 1,38 x 10-18 g
El producto de nanopartfculas multifuncionales/nanogel contiene dos componentes activos, el DSDM y un primer componente (por ejemplo, Cu) y un segundo componente (por ejemplo, DSDM). Experimentalmente, se puede cargar aproximadamente del 33 al 45% en peso de Cu en el material de nanopartfculas de sflice (medido por analisis ICP- AAS (por sus siglas en ingles); ICP establecido para Espectroscopia de Absorcion Atomica de Plasma Inductivamente Acoplado). Por ejemplo, la carga de Cu es de aproximadamente un 33% en el material de nanogel de sflice cargado con Cu sintetizado en una mezcla acida de etanol-agua que contiene etanol (95%) al 45,5% del volumen total. La carga de Cu es aproximadamente un 45% en el material de nanopartfculas de sflice cargado con Cu, sintetizado unicamente en agua acida. Aproximadamente un atomo de Cu puede contener al menos una molecula de DSDM. Estas estimaciones se pueden aplicar al primer componente y al segundo componente.
Una realizacion de la nanopartfcula y del gel a base de sflice multifuncional se describen en la Solicitud de Documento de Patente PCT de los Estados Unidos de Numero US 2009/006496 titulada “Silica-based Antibacterial and Antifugical Nanoformulation". Ademas, en la antes mencionada Solicitud de Documento de Patente PCT se describen los metodos de hacer una realizacion de la nanopartfcula y del gel a base de sflice multifuncional.
Preferiblemente, el material precursor para hacer nanopartfculas y gel a base de sflice multifuncional se puede preparar mezclando un compuesto de silano (por ejemplo, alquil-silano, tetraetoxisilano, tetrametoxisilano, silicato de sodio, o un precursor de silano que pueda producir acido silfcico o acido silfcico como intermedios y una combinacion de estos compuestos de silano) con un componente precursor del primer componente en un medio acido (por ejemplo, agua acida) que puede contener un alcohol tal como etanol. Despues de mezclar durante un penodo de tiempo (por ejemplo, aproximadamente 30 minutos a unas pocas horas), se forma una mezcla que incluye nanopartfculas de sfiice cargadas con el primer componente (tambien referida como una "nanopartfcula de sflice cargada"). Despues de que se forman las nanopartfculas de sflice cargadas, el medio se puede llevar a un pH de aproximadamente 7 y mantenerlo durante un penodo de tiempo (por ejemplo, unas pocas horas a un dfa) para formar un material precursor que incluye un gel de nanopartfculas de sflice cargado, donde las nanopartfculas estan interconectadas. Este proceso se puede realizar usando un unico recipiente de reaccion o se pueden usar multiples recipientes de reaccion.
Una vez que se hace la nanopartfcula de sflice cargada, se pueden formar nanopartfculas y el gel a base de sflice multifuncional. La nanopartfcula de sflice cargada se puede disponer en un recipiente de reaccion en un medio de reaccion acuoso (por ejemplo, agua acida) o se puede secar y mezclar en forma de polvo. El segundo componente (por ejemplo, DSDM) tambien se anade al recipiente de reaccion que incluye la mezcla de reaccion acuosa o el material precursor seco. La relacion de la cantidad del material precursor y del segundo componente (seco) puede ser de aproximadamente 1 a 1. Esta mezcla se mezcla durante un penodo de tiempo (por ejemplo, de minutos a horas) para formar las nanopartfculas y el gel a base de sflice multifuncional. Las nanopartfculas y el gel a base de sflice multifuncional se pueden separar (por ejemplo, centnfuga) de la disolucion acuosa y secar (por ejemplo, secado al aire). La mezcla no requiere purificacion adicional alguna, aunque se puede realizar purificacion y procesamiento adicionales. Este proceso se puede realizar usando un unico recipiente de reaccion o se pueden usar multiples recipientes de reaccion, y se puede realizar a temperatura y presion ambiente.
En una realizacion particular, el segundo componente es DSDM y se puede anadir bajo agitacion mecanica despues de preparar la nanoformulacion de sflice cargada con Cu. Sin embargo, el DSDM se puede anadir en cualquier momento durante el proceso de preparacion de la nanoformulacion. En una realizacion, se anaden aproximadamente 100 microgramos de DSDM a aproximadamente 45 equivalentes-gramo de Cu.
En otra realizacion de la presente descripcion, el gel de nanopartfculas a base de sflice multifuncional se puede formar usando un segundo compuesto de silano, donde la adicion del segundo compuesto de silano mejora la uniformidad de la cobertura de la superficie de la planta. Durante la etapa cuando se anade el compuesto de silano, tambien se puede anadir el segundo compuesto de silano. El segundo compuesto de silano puede incluir compuestos tales como
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alquil-silanos. El segundo compuesto de silano puede ser de aproximadamente el 0,01 al 30% o de aproximadamente el 10 al 30% en peso del compuesto de silano. La mezcla de silano resultante puede incluir el primer componente y/o el segundo componente, tal como los descritos anteriormente. La nanopardcula es la misma o similar a la nanopartfcula descrita anteriormente y en la presente invencion. Se debe apreciar que un objetivo en esta realizacion es adaptar la hidrofilicidad o hidrofobicidad de la superficie de las nanopardculas/nanogel para mejorar adicionalmente la propiedad de adherencia de las nanoformulaciones. Por ejemplo, las hojas de los cftricos son cerosas (hidrofobas). Para mejorar la adherencia de la nanoformulacion a la superficie cerosa por medio de una interaccion hidrofoba-hidrofoba, se puede modificar adicionalmente el material de nanopartfculas de sflice/nanogel con un reactivo de silano hidrofobo tal como metil- o propil- o butil-silano.
Como se menciono anteriormente, las realizaciones de la presente descripcion son efectivas para el tratamiento de enfermedades que afectan a plantas tales como plantas y arboles de cftricos. Ademas, las realizaciones de la presente descripcion pueden ser efectivas como una barrera protectora contra el ACP que se alimenta del floema ya que cubre uniformemente la superficie de la planta (por ejemplo, la superficie de la hoja). En particular, se pueden usar realizaciones de la presente descripcion para combatir las enfermedades del chancro y del enverdecimiento (HLB, por sus siglas en ingles) de los cftricos. El diseno de la nanopartfcula o del gel a base de sflice multifuncional facilita una cobertura uniforme de la superficie de la planta o cobertura sustancialmente uniforme de la superficie de la planta. En una realizacion, la nanopartfcula o el gel a base de sflice multifuncional que se aplica a las plantas puede tener una propiedad de adherencia superior en diversos tipos de exposicion a condiciones atmosfericas tales como lluvia, viento, nieve, y luz solar, de manera que no se elimine sustancialmente durante el periodo de tiempo de la liberacion de los primer y/o segundo componentes. En una realizacion, la nanopartfcula o el gel a base de sflice multifuncional tiene un efecto fitotoxico reducido sobre las plantas y un estres ambiental reducido debido al contenido mmimo de Cu.
Las realizaciones de la presente descripcion se pueden aplicar en los penodos de tiempo consistentes con la liberacion de los primer y segundo componentes, y estos penodos de tiempo pueden incluir desde el primer dfa de la aplicacion a aproximadamente una semana, aproximadamente un mes, aproximadamente dos meses, aproximadamente tres meses, aproximadamente cuatro meses, aproximadamente cinco meses, aproximadamente seis meses, aproximadamente siete meses, o aproximadamente ocho meses.
Una realizacion espedfica de la nanopartfcula o del gel a base de sflice multifuncional puede incluir una nanopartfcula o nanogel a base de sflice multifuncional co-cargados con disulfuro de dimetilo (DSDM) y cobre (DSDM-CuSiNP/NG) que se puede usar para combatir las enfermedades que se describen del chancro y del enverdecimiento de los cftricos. Cuando la composicion se aplica a plantas de cftricos, es efectiva para controlar simultaneamente en una unica aplicacion durante una estacion del crecimiento del cftrico las enfermedades del chancro y del enverdecimiento de los cftricos.
Ejemplo Comparativo 1 - Material y propiedades del CuSiNG
Los datos experimentales a escala de laboratorio confirmaron lo siguiente: (i) propiedades antibacterianas muy mejoradas del material de CuSiNG en comparacion con los controles, Kocide® 3000 (un producto de DuPont; material de hidroxido de Cu) y sulfato de Cu, (ii) propiedad de adherencia excepcionalmente fuerte a la superficie de la hoja del cftrico en comparacion con los controles, y (iii) cobertura mejorada de la superficie, completamente uniforme, bajo aplicacion por pulverizacion. En base a los datos de caracterizacion de materiales (patrones de Microscopfa Transmision de Electrones de Alta Resolucion y de Difraccion de Electrones de Area Seleccionada), se confirma que el Cu esta presente en la matriz del nanogel de sflice (SiNG) en dos formas diferentes y en dos estados de oxidacion diferentes, oxido de Cu cristalino (estado Cu+1) y complejo de Cu amorfo (estado Cu+2). Por lo tanto, el CuSiNG es un nanomaterial unico disenado mediante nano-tecnologfa. El ensayo de difusion en disco confirmo que el material de CuSiNG tiene la capacidad de difundirse desde la localizacion de la aplicacion. Esta propiedad de difusion tendra un fuerte impacto en la proteccion de las superficies de las hojas y de los frutos jovenes que se expanden rapidamente.
Ejemplo 2 - CuSiNG cargado de DSDM en disolucion
En la presente descripcion, se preparan materiales a base de nanogel de sflice co-cargados con Cu y DSDM (DSDM- CuSiNG) y sus formulaciones relacionadas. La investigacion multidisciplinaria se usa para desarrollar y estudiar los materiales cargados con DSDM, conducir un numero de bioensayos a escala de laboratorio para probar la eficacia, y realizar un estudio de campo para evaluar la eficacia en el control de las enfermedades del chancro y del HLB de los cftricos.
La carga del DSDM en el CuSiNG se ha estudiado en estado de disolucion (como formulacion ftquida de CuSiNG sintetizado) y se ha caracterizado mediante Cromatograffa de Gases-Espectrometna de Masas (GC-Ms, por sus siglas en ingles). En estado de disolucion, la carga del DSDM en el material de CuSiNG se llevo a cabo anadiendo directamente el DSDM a la mezcla de reaccion acuosa que contema el material de CuSiNG. Se continuo la agitacion para asegurar una mezcla uniforme del DSDM con el material de CuSiNG. La composicion del medio de reaccion facilita en gran medida la carga directa del DSDM en el material de CuSiNG. Al cabo de 24 horas, se centrifugo el material de DSDM-CuSiNG y se seco al aire durante mas de siete dfas. Se pudo oler un fuerte olor a azufre.
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La Figura 1a es un espectro de GC-MS (por sus siglas en ingles) del DSDM usado como control bajo condiciones en donde el nanogel de sflice (SiNG) no contiene cobre. La Figura 1b es un espectro de GC-MS (por sus siglas en ingles) del material de DSDM-CuSiNG. Incluso despues de siete dfas es discernible un olor de DSDM procedente del polvo de DSDM-CuSiNG. Para la preparacion de la muestra del GC-MS (por sus siglas en ingles), se anadio cloroformo de calidad espectroscopica al polvo y al DSDM. Los datos del GC-MS del DSDM (control) y del extracto de cloroformo del DSDM-CuSiNG se muestran en la Figura 1a y en la Figura 1 b, respectivamente. En la Figura 2 se muestra el pico molecular caractenstico para el DSDM a 93 (m/z) junto con otros picos para su estructura fragmentada donde en ambos casos se encontraron los espectros de GC-Ms de los productos del material de DSDM-SiNG, confirmando la presencia del DSDM en la muestra de DSDM-CuSiNG.
Tambien se realizo un experimento similar con SiNG (en lugar de CuSiNG). Despues de 3 dfas, no se fue capaz de detectar el olor caractenstico del DSDM procedente del material de DSDM-SiNG, y el analisis de GC-MS (por sus siglas en ingles) no mostro los picos caractensticos del DSDM como se muestra en la Figura 2. Estos resultados sugieren que los iones Cu2+juegan un papel cntico con la carga y la retencion del DSDM.
Ejemplo 3 - Carga del DSDM en CuSiNG en estado seco
La carga del DSDM en estado seco usando polvo de CuSiNG liofilizado se llevo cabo mediante la adicion de DSDM (100 |jml puros) directamente a una muestra de CuSiNG (150 mg de polvo secado al vado) en un vial de vidrio de 20 ml. Para fines de comparacion rapida, se tomaron 100 jl puros de DSDM en otro vial de vidrio de 20 ml (control). Ambos viales se mantuvieron juntos dentro de una campana de humos de laboratorio para permitir que se evaporara el DSDM a la misma velocidad. Despues de 3 dfas, se fue capaz de oler el fuerte olor del DSDM procedente de la muestra de CuSiNG tratada unicamente con DSDM.
Posteriormente, se anade cloroformo a ambos viales y en las Figuras 3a y 3b se muestran los resultados. En la Figura 3a se muestra el espectro del GC-MS (por sus siglas en ingles) del DSDM anadido al polvo liofilizado de CuSiNG seco. En la Figura 3b se toma un extracto de control del DSDM y se realiza un GC-MS (por sus siglas en ingles). Como se esperaba, se obtuvieron los picos caractensticos del DsDm en la muestra de DSDM-CuSiNG (Figura 3a) y no se obtuvieron estos picos en el control (Figura 3b). Los experimentos preliminares anteriores confirmaron asf que el material de CuSiNG es capaz de cargar, retener y liberar lentamente el DSDM. En los Documentos de Patente de los EE.UU. de Numeros US 6.548.264 de Tan et al., US 6.924.116 de Tan et al, y US 7.332.351 de Tan et al se reporta un metodo de smtesis para la preparacion de una matriz de sflice con parffculas metalicas embebidas. La smtesis de CuSiNG se describe en la Solicitud del Documento de Patente Internacional de Numero PCT/US2009/006496 presentada el 10 de Diciembre de 2009.
Ejemplo 4 - Caracterizacion del material de DSDM-CuSiNG
Se usaron las siguientes tecnicas de caracterizacion de materiales para caracterizar el material de DSDM-CuSiNG de la presente descripcion. En primer lugar, un estudio de GC-MS (por sus siglas en ingles) confirma cualitativamente la carga del DSDM en los materiales de CuSiNG y SiNG. El segundo estudio de deteccion basado en una Microbalanza de Cristal de Cuarzo (QCM, por sus siglas en ingles) confirma la carga y liberacion del DSDM en tiempo real. Al considerar la aplicacion practica del material de DSDM-CuSiNG en el campo, es deseable realizar un estudio cuantitativo para monitorear los procesos de carga/liberacion del DSDM en tiempo real. Por lo tanto, la tecnologfa de deteccion basada en la QCM (por sus siglas en ingles) se adapta para las mediciones cuantitativas de la carga/liberacion del DSDM y para determinar las cineticas. La sensibilidad de la tecnica de la QCM (por sus siglas en ingles) se reporta a nivel de partes por billon por J. W. Gardner et al, “A brief-history of electronic noses”. Sensors and Actuators B-Chemical 1994, 18, (1-3), 211-220. La caracterizacion del DSDM-CuSiNG clarifica la naturaleza de la interaccion del DSDM con el material de CuSiNG. El objetivo es investigar el entorno ffsico-qmmico alrededor del DSDM y el papel del Cu en la adsorcion del DSDM.
Brevemente, el dispositivo experimental incluye el uso de una muestra de material de CuSiNG que se aplica por pulverizacion sobre el sensor de la QCM (por sus siglas en ingles) seguido por exposicion al DSDM en una camara cerrada. Se espera que con el tiempo la frecuencia de resonancia de la QCM (por sus siglas en ingles) continue disminuyendo a medida que se carga mas y mas DSDM en el material de CuSiNG. Una vez alcanzado el equilibrio, no tendra lugar ninguna cafda adicional de la frecuencia. Se retira el sensor de la camara y se observa la monitorizacion del proceso de liberacion del DSDM con tiempo. Se espera observar un incremento en la frecuencia a medida que se libera mas y mas DSDM. Se llevan a cabo experimentos similares para el material de SiNG, como control.
Ejemplo 5 - Papel de los iones Cu II en la carga del DSDM
La carga del DSDM en la matriz esta favorecida por los enlaces de hidrogeno entre la superficie de sflice/poros que contienen el grupo silanol (-Si-OH) (donante de protones) y el atomo de azufre del DSDM (aceptor de protones), segun R. W. Glass, et al. en "Surface studies of adsorption of sulfur-containing gases at 423 degree K on porous adsorbents. 1. Adsorption of hydrogen sulfide, methanethiol, ethanethiol, and dimethyl sulfide on silica gels". Journal of Physical Chemistry 1973, 77, (21), 2571-2576.
A deferencia del SiNG, se espera que el ambiente ffsico-qmmico del DSDM en el CuSiNG sea algo diferente debido a la presencia de los iones Cu (II). Los resultados preliminares sugieren que el olor caractenstico del DSDM no cambia
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con el tiempo, lo que indica que el DSDM no es reactivo con los iones Cu (II). Sin embargo, el atomo de azufre rico en electrones del DSDM tiene la capacidad de interactuar debilmente con el ion de Cu (II) deficiente en electrones. Esto podna facilitar adicionalmente la adsorcion del DSDM en el CuSiNG. Se realizan estudios completos de FT-IR (por sus siglas en ingles) para comprender la naturaleza de las interacciones intermoleculares que existen entre el DSDM y el SiNG. Ademas, se usa el analisis termogravimetrico (TGA, por sus siglas en ingles), los estudios de calorimetna y de deteccion con la QCM (por sus siglas en ingles) para obtener las caractensticas de carga/liberacion del DSDM (isotermas) frente a los materiales de CuSiNG y de SiNG para determinar el papel de los iones Cu II en la carga del DSDM. Un analisis comparativo de los datos de isoterma junto con el analisis de FT-IR (por sus siglas en ingles) revela el efecto del Cu en el proceso de carga/liberacion del DSDM.
Ejemplo 6 - Carga del DSDM en el CuSiNG a traves de la manipulacion a nano-escala
La manipulacion del entorno molecular alrededor del DSDM al nivel de nano-escala se llevo a cabo para mejorar la eficiencia de la carga del DSDM en los materiales de CuSiNG y de SiNG.
Primero se sintetizaron los materiales de nanogel de sflice hforida (HSiNG) y HSiNG cargado con Cu (CuHSiNG). Durante la smtesis del HSiNG se usaron una combinacion de dos precursores de sflice no costosos que consisten en un ester a base de silano y un silano a base de alquilo (por ejemplo, metilo o propilo). La razon de introducir polfmeros de pequena cadena de alquilo en la matriz de sflice es que esto mejora la interaccion con el DSDM mediante la interaccion intermolecular hidrofoba-hidrofoba.
Se realizaron una serie de experimentos variando la relacion de estos dos precursores de sflice para optimizar la carga tanto del Cu como del DSDM en el material de HSiNG. Tanto el material de DSDM-HSiNG como el de DSDM-HCuSiNG se caracterizan sistematicamente. Se evalua la eficiencia de la carga del DSDM a los materiales de HSiNG y de HCuSiNG, y los resultados se comparan con el material de DSDM-CuSiNG. Para los bioensayos y las pruebas de campo, solo se selecciona un material de DSDM-CuSiNG que tiene una carga maxima de Cu y de DSDm, los dos componentes activos responsables de la prevencion de las enfermedades chancro y del HLB (por sus siglas en ingles), respectivamente.
Caracterizacion: la eficiencia de la carga del Cu se determina cuantitativamente mediante espectroscopfa de absorcion atomica (AAS, por sus siglas en ingles) mientras que la cinetica de la carga/liberacion del DSDM se determina mediante el estudio de la QCM (por sus siglas en ingles). Ademas, se usan varias tecnicas de caracterizacion de materiales tales como TEM/HRTEM (por sus siglas en ingles) (tamano y morfologfa), SAED (por sus siglas en ingles) (cristalinidad), XPS (por sus siglas en ingles) (identificacion de estados de oxidacion del Cu), XRD (por sus siglas en ingles) (cristalinidad en estado bruto), SEM-EDAX (por sus siglas en ingles) (analisis elemental para estimar la relacion de Cu a Si), BET (por sus siglas en ingles) (mediciones del area de la superficie/porosidad), y FT-IR (por sus siglas en ingles) (estudio de la interaccion del DSDM asf como del Cu con la matriz de sflice) para la caracterizacion sistematica de los materiales de HSiNG y de CuHSiNG. Se espera una mejora adicional de la carga del DSDM en el HSiNG y en el HCuSiNG debido a interacciones intermoleculares hidrofoba-hidrofoba adicionales entre los grupos metilo del DSDM y los grupos alquilo del precursor de silano.
Ejemplo 7 - Comparacion de la eficacia del DSDM-CuSiNG y del DSDM-HCuSiNG
Los bioanalisis de laboratorio para la evaluacion de la eficacia de los materiales cargados con DSDM incluyen, analisis de difusion en discos frente a X alfalfae y bioanalisis con olfatometro frente al ACPs (por sus siglas en ingles) y el analisis de difusion en disco. Para probar la actividad antibacteriana de los materiales de DSDM-CuSiNG y de DSDM- HCuSiNG, se usa el conocido metodo de "analisis de difusion en disco".
En resumen, se extiende una dilucion adecuada de un cultivo de crecimiento durante la noche de X-alfalfae (200 pl de aproximadamente 106 ufc/ml basada en la dilucion del estandar de Farland 0,5 Mc) sobre placas con agar nutritivo (90 mm) para conseguir un cultivo confluente de crecimiento. Se realiza el analisis comparativo de la inhibicion del crecimiento mediante diferentes concentraciones de los materiales de prueba (DSDM-CuSiNG y DSDM-HCuSiNG) usando DSDM-SiNG y DSDM-HSING como controles negativos, y sulfato de Cu y Kocide® 3000 como controles positivos para encontrar la diferencia en los intervalos de las concentraciones mmimas inhibidoras bajo las condiciones de prueba. Por disco se aplica el mismo volumen conteniendo diferentes concentraciones de cada formulacion para evitar cualquier variacion desigual del penmetro de difusion sobre la placa de agar. El nivel de la capacidad antibacteriana se determina midiendo la zona de inhibicion despues de 24 horas de incubacion a 30°C. La concentracion minima inhibitoria (MIC, por sus siglas en ingles) de todos los compuestos mencionados anteriormente, que incluyen DSDM-CuSiNG y DSDM-HCuSiNG, tambien se determina mediante el extendido de la dilucion adecuada de un cultivo de X. alfalfae sobre placas con agar nutritivo que contienen diluciones en serie log2 (dobles) del(de los) compuesto(s) de prueba para correlacionar los resultados de la zona de inhibicion en la prueba de difusion en disco y para refinar la concentracion del DSDM-CuSiNG y del DSDM-HCuSiNG necesaria para la destruccion efectiva de los patogenos.
Todas las placas de prueba se incuban durante penodos prologados mas alla de 24 horas para detectar cualquier crecimiento retardado del organismo de prueba mediante la formacion de colonias aisladas en la zona de inhibicion o en las placas de agar en la serie de dilucion al nivel de la MIC (por sus siglas en ingles). Esto indicana tentativamente
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la diferencia de estabilidad entre el DSDM-CuSiNG (o DSDM-HCuSiNG) y el Kocide® 3000 o sulfato de Cu bajo las condiciones de la prueba, lo que sera una evaluacion indirecta de la diferencia en la cinetica de la liberacion del Cu del DSDM-CuSiNG (o DSDM-HCuSiNG) y del Kocide® 3000. Siempre que sea apropiado tambien se generan los graficos de dosis-respuesta. En resumen, se vana la dosificacion del compuesto de Cu y se determinan la respuesta relativa o los porcentajes del control de la enfermedad a esas dosis.
Analisis estadfstico: Se probara la significancia de la actividad antibacteriana mediante diferentes analisis estad^sticos tales como ANNOVA discutido en Design and Analysis of Experiment por Hinkelmann, K; Kempfhorne, O, Wiley: 2008; Volumenes I y II (Segunda edicion). Se miden el diametro de la zona de inhibicion con todos los materiales antibacterianos respectivos a diferentes concentraciones y tiempos de incubacion para su uso en el analisis estadfstico, para evaluar la idoneidad del CuSiNG y del H-CuSiNG como un material antibacteriano mejor con respecto a los controles.
Los beneficios de aplicar la nanotecnologfa en la investigacion de cftricos son enormemente altos. La matriz de nanogel de sflice proporciona un entorno unico para co-albergar Cu y DSDM, y la elaboracion de nanomateriales de DSDM- CuSiNG multifuncionales para combatir las enfermedades tanto del chancro como del enverdecimiento de los cftricos. Estudios recientes sugieren que el nanogel de sflice es capaz de dispersarse lentamente desde el punto de la aplicacion en un ambiente humedo. El impacto sena tremendamente alto, ya que este CuSiNG formara un revestimiento del tipo peftcula uniforme sobre la superficie con el tiempo. Se identifican dos ventajas principales de la peftcula de nanogel de sflice; (i) la capacidad para proteger las superficies de frutos y hojas jovenes que crecen rapidamente, y (ii) la capacidad para servir como barrera protectora contra los ACPs (por sus siglas en ingles) que se alimentan de floema.
La tecnologfa del DSDM-CuSiNG ofrece los siguientes beneficios: (a) una formulacion dos-en-uno para combatir tanto el chancro como el enverdecimiento, (b) biodisponibilidad y longevidad superior del Cu, (c) liberacion sostenida del DSDM para proteger contra la invasion de ACP (por sus siglas en ingles) (mecanismo primario de defensa), (d) revestimiento robusto de DSDM-CuSiNG sobre la superficie de las hojas (mecanismo segundario de defensa contra el ACP (por sus siglas de ingles)), (e) tecnica sencilla de smtesis volumetrica en un unico recipiente, (f) ingredientes economicos (coste de materias primas de ~$3,00 por 0,404 hectareas (~$3,00 por acre)), y (g) no se requieren multiples aplicaciones.
Gracias a la ingeniena a nivel de nano-escala, el CuSiNG de la presente descripcion tiene las siguientes ventajas con respecto a los compuestos a base de Cu existentes: cobertura uniforme de la superficie de la planta debido a un tamano de partmula ultra-pequeno, una mejor propiedad de adherencia debido a la nanoestructura de tipo gel, perfil de liberacion del Cu sostenido (a largo plazo), mejor control sobre la velocidad de liberacion del Cu (relacion de Cu "soluble" a "insoluble" ajustable), mayor actividad antibacteriana/antifungica con menor cantidad de contenido de Cu, efecto fitotoxico reducido debido a una relacion ajustable de Cu "soluble" a "insoluble", y un ambiente seguro debido a un menor contenido de Cu, sin formacion de subproductos perjudiciales, smtesis en base agua, uso del exceso de CuSiNG como nutriente para plantas, y minima posibilidad de tener una concentracion local de Cu elevada que podna causartoxicidad medioambiental.
El protocolo de smtesis tiene las siguientes ventajas: (i) simplicidad, (ii) base agua, (ii) escalable para aplicaciones en campo, (iii) metodo de smtesis en un unico recipiente, que no requiere de etapas de purificacion, y (v) material de CuSiNG concentrado que se puede diluir facilmente para aplicacion en campo. Una persona no tecnica puede realizar esta tarea anadiendo una cantidad apropiada de agua, reduciendo asf los costes de transporte. El metodo tambien usa productos qrnmicos economicos y se produce facilmente de una manera rentable.

Claims (24)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una composicion, que comprende
    una nanopartfcula a base de s^lice multifuncional que incluye un primer componente y un segundo componente, en donde la nanopartfcula a base de sflice multifuncional incluye un nucleo y una cubierta, en donde el nucleo incluye s^lice cargada con un primer tipo de dicho primer componente, en donde la cubierta incluye un primer tipo de dicho primer componente, y un segundo tipo de dicho primer componente, en donde el primer componente funciona como un antibacteriano, un antifungico, o una combinacion de los mismos, y en donde segundo componente funciona como un repelente para insectos.
  2. 2. La composicion de la reivindicacion 1, en donde el primer componente se selecciona de un componente de cobre, un componente de cinc, un componente de titanio, un componente de cerio, un componente de magnesio, un componente de circonio, una polietilenimina (PEI), un fullereno, un nanotubo de carbono, y una combinacion de los mismos; y el segundo componente es un compuesto de azufre.
  3. 3. La composicion de la reivindicacion 2, en donde el componente de azufre se selecciona de: un sulfuro de alquilo, un disulfuro de alquilo, un trisulfuro de alquilo, un tetrasulfuro de alquilo, y una combinacion de los mismos.
  4. 4. La composicion de la reivindicacion 2, en donde el componente de azufre se selecciona de: disulfuro de dimetilo (DSDM), sulfuro de dimetilo, disulfuro de dietilo, trisulfuro de dietilo, tetrasulfuro de dietilo, y una combinacion de los mismos.
  5. 5. La composicion de la reivindicacion 4, en donde el primer componente es un componente de cobre.
  6. 6. La composicion de la reivindicacion 5, en donde el componente de cobre se selecciona de ion de cobre, cobre metalico, oxido de cobre, oxicloruro de cobre, sulfato de cobre, hidroxido de cobre, y una combinacion de los mismos.
  7. 7. La composicion de la reivindicacion 6, en donde el componente de azufre se selecciona de: un sulfuro de alquilo, un disulfuro de alquilo, un trisulfuro de alquilo, un tetrasulfuro de alquilo, y una combinacion de los mismos.
  8. 8. La composicion de la reivindicacion 6, en donde el componente de azufre se selecciona de: disulfuro de dimetilo (DSDM), sulfuro de dimetilo, disulfuro de dietilo, trisulfuro de dietilo, tetrasulfuro de dietilo, y una combinacion de los mismos.
  9. 9. La composicion de la reivindicacion 6, en donde el componente de azufre es disulfuro de dimetilo (DSDM).
  10. 10. La composicion de la reivindicacion 9, en donde el DSDM se une a la nanoparrtcula a base de sflice multifuncional via iones de cobre.
  11. 11. Un gel que comprende:
    una pluralidad de nanoparrtculas a base de sflice multifuncional de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 dispuestas en un material de sflice amorfa, en donde el material de sflice amorfa incluye uno o ambos del primer componente y del segundo componente.
  12. 12. El gel de la reivindicacion 11, que comprende ademas un compuesto de silano.
  13. 13. El gel de la reivindicacion 12, en donde el compuesto de silano se selecciona del grupo que consiste en: metilfosfonato de 3-(trihidroxisilil)propilo, alquilsilano, tetraetoxisilano, tetrametoxisilano, silicato de sodio, un precursor de silano que pueda producir acido silfcico o acido silfcico como productos intermedios, y una combinacion de los mismos.
  14. 14. Un metodo para sintetizar un gel de nanoparrtculas a base de sflice multifuncional, comprendiendo el metodo:
    anadir una porcion de una nanoparrtcula de sflice cargada a un medio de reaccion acuoso para formar la mezcla I en donde la nanoparrtcula de sflice cargada se forma por mezcla de un compuesto de silano con un compuesto precursor del primer componente en medio acido;
    anadir una porcion de un segundo componente directamente al medio de reaccion acuoso que contiene la mezcla I para formar la mezcla II; y
    mezclar la mezcla II para formar un gel de nanoparrtculas de sflice multifuncional que incluye nanoparrtculas de sflice multifuncional de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
  15. 15. Un metodo para sintetizar un gel de nanoparrtculas a base de sflice multifuncional, comprendiendo el metodo:
    anadir una porcion de una nanoparrtcula de sflice cargada en polvo a un recipiente de reaccion, en donde la nanoparrtcula de sflice cargada se forma por mezcla de un compuesto de silano con un compuesto precursor del primer componente en medio acido;
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    anadir una porcion de un segundo componente directamente al polvo para formar la mezcla A; y
    mezclar la mezcla A para formar un gel de nanopartfculas de sflice multifuncional que incluye las nanopartfculas de sflice multifuncional de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
  16. 16. Un metodo de tratar, prevenir, o tanto de tratar como de prevenir una enfermedad en una especie vegetal, que comprende:
    administrar una composicion que incluye las nanopartfculas a base de sflice multifuncional de las reivindicaciones 1 a 10, el gel de nanopartfculas a base de sflice multifuncional de las reivindicaciones 10 a 13, o una mezcla de los mismos, a la planta.
  17. 17. El metodo de la reivindicacion 16, en donde la planta tratada es un miembro de la especie de cftricos.
  18. 18. El metodo de la reivindicacion 17, en donde la enfermedad tratada se selecciona del grupo que consiste en el chancro de los cftricos, el enverdecimiento de los cftricos, y una combinacion de las mismas.
  19. 19. El metodo de la reivindicacion 16, en donde el primer componente, el segundo componente, o tanto el primer componente como el segundo componente se liberan de una manera sostenida para el tratamiento de la planta durante un penodo de tiempo desde el dfa en que se administra la composicion hasta aproximadamente ocho meses.
  20. 20. Un metodo para tratar simultaneamente plantas de cftricos para el chancro de los cftricos y prevenir la invasion de un vector de Psflido Asiatico de los Cftricos (ACP, por sus siglas en ingles) que porta el patogeno y esparce la enfermedad del enverdecimiento de los cftricos en las plantas de cftricos, que comprende las etapas de:
    administrar una composicion que incluye nanopartfculas a base de sflice multifuncional de las reivindicaciones 1 a 10, gel de nanopartfculas a base de sflice multifuncional de las reivindicaciones 11 a 13, o una mezcla de los mismos, a la planta de cftricos, en donde la administracion incluye cubrir sustancialmente las hojas y las ramas de la planta de cftricos.
  21. 21. El metodo de la reivindicacion 20, que comprende, ademas:
    permitir la lixiviacion de los iones de Cu y del disulfuro de dimetilo (DSDM) en una liberacion lenta, de una manera no- fitotoxica con la exposicion a condiciones atmosfericas seleccionadas de al menos una de lluvia, viento, nieve, y luz solar, en donde una pluralidad de iones de cobre y el disulfuro de dimetilo se difunden desde una ubicacion de aplicacion sobre una superficie de tejido vegetal y cubren la superficie de tejido expuesta de los frutos y de las hojas de rapido crecimiento, minimizando de esta manera la frecuencia de aplicacion por etapa de crecimiento, aumentando la cobertura de la superficie de la plante y la longevidad de la cobertura de las plantas de cftricos que requieran del tratamiento para la enfermedad del chancro de los cftricos y del enverdecimiento de los cftricos.
  22. 22. El metodo de la reivindicacion 20, en donde la formulacion a base de sflice incluye ademas un segundo compuesto de silano para conseguir una cobertura uniforme de la superficie de la planta para modular la velocidad de liberacion de los iones de cobre, mejorar la resistencia a la lluvia, y aumentar la longevidad de la cobertura de la superficie de la planta.
  23. 23. El metodo de la reivindicacion 22, en donde el segundo compuesto de silano se selecciona del grupo que consiste en: metilfosfonato de 3-(trihidroxisilil)propilo, alquilsilano, tetraetoxisilano, tetrametoxisilano, silicato de sodio, un precursor de silano que puede producir acido siftcico o acido siftcico como productos intermedios, y una combinacion de los mismos.
  24. 24. El metodo segun la reivindicacion 20, en donde la administracion incluye el rociado.
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