ITTO20110873A1 - Uso di nanospogne funzionalizzate per la crescita, la conservazione, la protezione e la disinfezione di organismi vegetali. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: “Uso di nanospugne funzionalizzate per la crescita, la conservazione, la protezione e la disinfezione di organismi vegetaliâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al miglioramento delle funzioni di crescita, di conservazione, di protezione e disinfezione degli organismi vegetali.

Stato della tecnica anteriore

La crescita e lo sviluppo degli organismi vegetali sono principalmente correlabili ai tipici fattori ambientali quali la quantità e qualità dell’acqua, dell’anidride carbonica, della luce, della temperatura, del pH e della disponibilità di elementi nutritivi e principi attivi essenziali. Più specificamente, un elemento viene definito essenziale quando la sua assenza impedisce il completamento del ciclo biologico di un organismo vegetale. Sulla base della loro concentrazione nei tessuti vegetali, gli elementi essenziali per la crescita e la conservazione sono suddivisi in macro e micronutrienti. I primi (C, H, O, N, P, S, Ca, Mg, K, Cl) sono presenti a concentrazioni maggiori di 1000 mg*kg<-1>e i secondi (Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo) a concentrazioni generalmente inferiori a 100 mg*kg<-1>(Marschner, 1995).

La fonte principale dei nutrienti per gli organismi vegetali à ̈ la soluzione circolante, in cui i nutrienti non solo devono essere presenti, ma anche trovarsi in forma disponibile, cioà ̈ tale da poter essere assunti dall’organismo stesso e metabolizzati all’interno dei tessuti. Per assicurare le migliori condizioni di crescita e conservazione, i macro e micronutrienti devono essere presenti in concentrazione idonea e bilanciata corrispondente alla richiesta dell’organismo durante le varie fasi del ciclo di vita. Infatti, da un lato la disponibilità dei nutrienti nella “soluzione nutritiva circolante†à ̈ molto variabile nel tempo, dall’altro le esigenze nutrizionali dell’organismo vegetale si modificano nelle sue fasi di crescita.

La variazione delle concentrazioni dei nutrienti disponibili per le colture vegetali à ̈ uno dei fattori più limitanti per la produzione agricola, la produzione di biomassa in genere e quella algale. Il ricorso ad un eccessivo impiego di fertilizzanti per superare le carenze nutrizionali non à ̈ tuttavia una soluzione sostenibile sotto il profilo sia economico sia ambientale. Risulta quindi evidente la necessità di identificare e studiare quei meccanismi che a livello del sistema “soluzione nutritiva circolante – organismo vegetale†possono portare ad un decisivo miglioramento, in termini qualitativi e quantitativi, dell’efficienza agronomica nell’utilizzo degli elementi nutritivi.

Tra i microelementi, l’elemento più noto e studiato à ̈ indubbiamente il Ferro (FAO, 2006). Il Ferro à ̈ un elemento indispensabile per la nutrizione minerale dell’organismo vegetale, in quanto à ̈ parte integrante di vari enzimi che intervengono in fondamentali processi biologici quali la fotosintesi, la respirazione e la sintesi del DNA e, inoltre, svolge un ruolo importante come cofattore di enzimi chiave coinvolti in processi di ossidoriduzione, di scissione dei perossidi, di fissazione simbiontica dell’azoto e nella sintesi di ormoni che controllano lo sviluppo dell’organismo vegetale e le sue risposte alle variazioni delle condizioni ambientali. L’importanza del Ferro deriva soprattutto dal fatto che questo elemento può esistere in due differenti stati redox: ridotto (Fe2+) o ossidato (Fe3+). Questa caratteristica gli permette di partecipare a numerose reazioni che prevedono il trasferimento di elettroni (Zuchi, 2006).

L’assorbimento del Ferro nelle piante, in natura, avviene principalmente per via radicale. Le radici riescono ad assorbire l’elemento soltanto sotto forma ferrosa (Fe II) o sotto forma chelata. Se le condizioni ambientali sono sfavorevoli (pH della soluzione circolante intorno o superiore a 7), la disponibilità dell’elemento per le piante à ̈ limitata dalla scarsa solubilità dei composti nei quali risulta presente (ossidi e idrossidi). Conseguentemente, le piante, per soddisfare le proprie esigenze nutrizionali, mettono in atto particolari strategie che possono garantire l’assorbimento di sufficienti quantità di Ferro (Violante, 2002). In carenza di Ferro, le piante dicotiledoni e monocotiledoni non graminacee, acidificano la rizosfera mediante una super attività dell’H+-ATPasi, e l’anione citrato, con capacità chelante, passa dal citoplasma delle cellule radicali alla soluzione, portando alla solubilizzazione del Ferro nella rizosfera. La presenza in soluzione dei complessi Fe(III)-citrato consente alle radici di assorbire l’elemento (strategia I). Le graminacee, con diversa strategia (strategia II), fanno fronte alla carenza di Ferro rilasciando nella rizosfera, attraverso canali specifici o esocitosi, elevate quantità di aminoacidi non proteinogenici, detti siderofori, capaci di chelare in modo specifico il Fe(III) e permettere l’assorbimento del complesso (Römheld, 1987).

Tali strategie di acquisizione, possono risultare efficaci o inefficaci in base alle singole interazioni pianta-ambiente. In caso di mancato assorbimento, il primo sintomo caratteristico evidenziabile in una pianta “Ferro - carente†à ̈ la comparsa di clorosi ferrica. La clorosi si manifesta con ingiallimento delle foglie, a causa di una diminuzione della concentrazione di clorofilla (Abadìa and Abadìa, 1993), che interessa tipicamente le foglie più giovani, essendo il Ferro un elemento poco mobile nella pianta. La clorosi ferrica si manifesta in quanto il Ferro à ̈ necessario per la funzionalità di una serie di proteine coinvolte nel complesso processo biosintetico che porta alla biosintesi di clorofilla (Pushnik and Miller, 1989).

L’apporto dell’elemento per la prevenzione o la cura della clorosi può avvenire mediante somministrazione radicale e fogliare (Alvarez-Fernandez et al., 2004). A tale proposito, i chelati di Ferro hanno assunto sempre più un’importanza decisiva (Lucena, 2007). La chelazione à ̈ una reazione chimica in cui solitamente uno ione metallico viene legato da un reagente detto chelante tramite più di un legame coordinativo. La struttura del composto risultante costituisce un complesso molto stabile che vede lo ione centrale circondato a tenaglia dal chelante. Un buon chelante, dal punto di vista della nutrizione vegetale, protegge il microelemento dalla immobilizzazione trattenendolo e mantenendolo in soluzione, e, nel contempo, permette alle radici/tessuti vegetali di assorbirlo. Una condizione importante à ̈ che queste funzioni vengano svolte in condizioni ambientali variabili, soprattutto entro un ampio intervallo di pH e di temperatura.

Le molecole chelanti più utilizzate sono: EDTA (acido etilen-diammino-tetra-acetico), HEDTA (idrossi-etilen-diammino-tera-acetico), DTPA (acido distile-triammino-penta-acetico), EDDHA (acido etil-diamminico-acetico). Queste molecole vengono proposte, a seconda dei casi, per la somministrazione radicale e/o per quella fogliare (Alvarez-Fernandez et al., 2004; Borowski and Michałek, 2011).

Tre sono i principali fattori critici correlabili alla distribuzione nell’ambiente dei chelanti comunemente impiegati secondo lo stato della tecnica anteriore.

• “Rischio metalli pesanti†. Data l’alta affinità dei chelanti noti per i metalli esiste la possibilità di aumentare la biodisponibilità e il trasporto, tramite i corpi d’acqua, dei metalli pesanti (estraendoli e mettendoli in soluzione) favorendone il successivo accumulo nelle acque, nei suoli e negli organismi viventi (Sillanpäa et al., 1997; Bucheli-Witschel and Egli, 2001; Oviedo and RodrÃguez; 2003);

• “Rischio biodegradabilità†. I chelanti noti sono caratterizzati da una scarsa biodegradabilità, fatto che inoltre ne prolunga l’azione nel tempo (Yuan et al. 2006);

• “Rischio citotossicità†. I chelanti noti, oltre certi livelli, possono diventare tossici per l’organismo vegetale (Wallace and Wallace, 1983).

Esiste pertanto un elevato interesse per nuove soluzioni sostenibili e intelligenti, alternative agli attuali chelanti di sintesi. In letteratura sono presenti diversi lavori scientifici inerenti che, in particolare, hanno verificato l’impiego di acidi organici biodegradabili, estratti vegetali, e “Iron enriched biosolids†(Pérez-Sanz et al., 2002; Marino, et al. 2004; Meers et al., 2004; Villén et al., 2007).

Nella produzione di alghe si à ̈ sorprendentemente osservato che la bioelettro-stimolazione in congiunzione alla somministrazione sinergica di Ferro può influenzare positivamente il tasso di crescita. Ad esempio, somministrando ferro per mezzo di un chelante, quale EDTA, ad un campione di Dunaliella salina in presenza di bioelettrostimolazione ottenuta attraverso l’applicazione di un campo elettromagnetico, compreso tra 0 e 230 mT e fornito attraverso un generatore esterno (EMF), si ottiene un picco di crescita fino al 100% a 10 mT (W. Hunt, A. Zavalin; Int. J. Mol. Sci. 2009, 10, 4515-4558).

Problema tecnico e sua soluzione

Scopo della presente invenzione à ̈ dunque quello di risolvere le criticità sopra evidenziate nello stato della tecnica anteriore e permettere di migliorare e incrementare la crescita, lo sviluppo, la conservazione nonché la protezione e la disinfezione di organismi vegetali, in particolare per quanto concerne applicazioni in campo aperto o in serra su piante da frutto e ornamentali, piante con frutti o semi oleaginosi, vite, ortaggi, cereali, in particolare riso, biomasse, in particolare algali e per la filiera agro-energetica. Per quanto concerne le alghe si può parlare di macroalghe, microalghe, alghe marine e di acqua dolce, includendo diatomee (Bacilariophyta), alghe verdi (Chlorophyceae), alghe blu-verdi (Cyanophyceae), alghe dorate (Chrysophyceae), alghe marroni e/o rosse (ad es. Chiarella vulgaris, Hematococcus, Sticho coccus, Coccolithophorads, Scenedesmus dimorphus, Euglena gracilis, Dunalielia salina), in forma singola o aggregata.

Tale scopo viene raggiunto grazie all’uso rivendicato in una o più delle rivendicazioni che seguono.

In particolare, in un nuovo scenario di “Smart Agriculture†, si rende disponibile una nuova tecnica basata sull’utilizzo di nanospugne funzionalizzate quali molecole complessanti e veicolanti per agenti funzionalizzanti quali microelementi, come Ferro, Zinco nonché altri metalli, e principi attivi organici e biologici come ad es. enzimi (quali liasi, ossidoreduttasi, idrolasi).

Le nanospugne possono essere utilizzate in dispersione acquosa per somministrazioni radicali in coltivazioni idroponiche, somministrazioni fogliari o direttamente mescolate a supporti solidi che costituiscono il letto di crescita, potenziando gli effetti della soluzione nutritiva circolante. In quest’ultimo caso e per situazioni di aridità e/o carenze di nutrienti à ̈ preferibile miscelare le nanospugne con carbone vegetale particellare (“biochar†ottenuto attraverso processi di pirolisi di biomasse selezionate), al fine di creare una sorprendente sinergia tra le nanosopugne e le strutture spugnose stabili del “biochar†, in grado di migliorare l’assorbimento, trattenere e garantire il rilascio graduale di acqua, macronutrienti, sostanze biologicamente attive, nonché creare un ambiente più idoneo allo sviluppo di microflora utile. Le nanospugne funzionalizzate (FNS – Functionalised NanoSponges) sono delle macromolecole sintetizzate attraverso reticolazioni specifiche delle ciclodestrine e inglobamento e/o incapsulamento di microelementi e/o principi attivi, funzionali alle applicazioni richieste.

Le ciclodestrine (CD) sono oligosaccaridi ciclici naturali costituiti da un numero di molecole di D-(+)glucopiranosio variabile da 6 a 8. La peculiarità delle ciclodestrine à ̈ di possedere una struttura cava a tronco di cono dove la disposizione dei gruppi funzionali à ̈ tale per cui la superficie della molecola à ̈ idrofila mentre la parte interna risulta essere idrofoba. La cavità lipofila permette alle CD di formare complessi di inclusione stabili con molecole organiche e principi attivi biologici di adatta polarità e dimensione. Questa peculiarità à ̈ stata sfruttata per creare dei prodotti in differenti campi applicativi quali la farmacopea, la chimica analitica e la cosmesi.

Ad esempio, le ciclodestrine sono utilizzate nelle formulazioni farmaceutiche per aumentare la velocità di dissoluzione, la solubilità e la stabilità di principi attivi; oppure come trappole per composti maleodoranti in prodotti commerciali come, ad esempio “Febreze†(Procter & Gamble).

Le ciclodestrine, immobilizzate in una maglia polimerica non perdono le loro capacità di inclusione, mentre le cavità inter-ciclodestriniche possono esibire delle capacità adsorbenti e/o complessanti che, a seconda del tipo di reticolante scelto, rendono il polimero più specifico per determinate applicazioni.

I documenti anteriori US-5 608 015, US-4 681 934, US-7 922 783, WO-98/22 197, WO-2006/002 814 e IT2004MI00614 descrivono polimeri a base di ciclodestrine, senza indicare una precisa funzionalizzazione applicativa, oppure limitandola all’utilizzo in campo chimico analitico, cosmetico, farmaceutico o ambientale, come ad esempio la depurazione delle acque da composti organici persistenti.

Si à ̈ ora sorprendentemente scoperto che le FNS, ottenute attraverso la reticolazione di ciclodestrine per mezzo di diisocianati e molecole contenenti gruppi carbossilici o ossidrilici o loro derivati, in presenza di sali inorganici e/o principi attivi, sono in grado di favorire la crescita, lo sviluppo, la protezione e la disinfezione di organismi sostanze vegetali, prevenendo le fisiopatie dovute a carenze nutritive e/o a cambiamenti nelle condizioni ambientali. Attraverso le FNS, microelementi, come il Ferro e lo Zinco, sono resi più facilmente disponibili rispetto alle attuali alternative basate sui chelanti sopra descritti.

Le FNS offrono sorprendenti soluzioni sostenibili per la “Smart Agriculture†(SA) in termini di Best Available Techniques (BAT) and Best Environmental Practices (BEP), nella produzione di organismi vegetali, in grado di poter determinare un migliore bilancio in termini tecnici, economici ed ambientali, e caratterizzato da minori costi di produzione e ridotte emissioni di CO2per il ciclo di vita previsto (Life Cycle Analysis – LCA).

Le FNS consentono l’ottimizzazione della gestione della nutrizione minerale degli organismi vegetali, per lo sviluppo sostenibile globale nei paesi industrializzati e in particolare in quelli in via di sviluppo. L’incremento della quantità e qualità della produzione agricola può essere raggiunto attraverso una migliore somministrazione di micronutrienti alle colture e una maggiore efficienza di assorbimento, anche in terreni marginali o carenti.

Sintesi delle nanospugne funzionalizzate (FNS) La nanospugna funzionalizzata (FNS) viene realizzata attraverso la sintesi di un polimero basato sulla reticolazione delle ciclodestrine (α, β, γ) e l’incapsulamento e/o l’impregnazione di microelementi e/o principi attivi. I microelementi sono sa li di Fe, Zn, Mg, Cu, B e i principi attivi sono sostanze utili alla crescita, alla conservazione, alla protezione e alla disinfezione degli organismi vegetali: come, ad esempio, fitormoni (ad es. l’acido salicilico e suoi derivati), fosfonati (ad es. il tris(o-etil fosfonato) di alluminio), limonoidi (ad es. l’azadiractina) e triazoli (tebuconazolo), agenti conservanti antietilenici naturali o sintetici e agenti disinfettanti in genere.

Inoltre, si possono sorprendentemente conferire proprietà elettromagnetiche alle FNS, attraverso l’incapsulamento o l’impregnazione, durante la fase di sintesi, di materiali magnetici, preferibilmente dispersi in forma di micro o nano polveri, come ad esempio: Ferro-Silicio; Ferriti in genere e preferibilmente Ferriti Ni-Zn e Mn-Zne; Ferriti (Sr/Ba)Fe12O19; metalli amorfi; leghe Ni-Fe e Fe-Co; leghe Co-Cr; Co:γFe2O3; CrO2; Alnico; composti Sm-Co; composti Nd-Fe-B. In quest’ultimo caso, le FNS possono creare delle sinergie con campi elettromagnetici (EMF) permanenti o pulsati generati da dispositivi esterni operanti negli intervalli 0,01-1000 mT e 10 Hz – 2000 kHz, dando origine a cicli programmati di elettro-biostimolazione che portano ad un notevole incremento del tasso di crescita degli organismi vegetali.

Le FNS sono ottenute secondo due diverse procedure operative di sintesi. La sintesi delle FNS avviene in condizione di agitazione all’interno di un reattore a pressione ambiente e può richiedere il riscaldamento delle miscela formata dalle sostanze reagenti fino ad una temperatura di 70°C. In relazione al tipo di reazione e applicazione la formulazione può essere migliorata mediante l’utilizzo di un dispositivo di miscelazione ad alta efficienza (omogeneizzatori) o un dispositivo di dispersione o micronizzazione ad ultrasuoni.

In relazione al tipo di applicazione, il rapporto molare tra le molecole reagenti può essere variato. A seconda infatti del tipo di funzionalizzazione richiesta può essere necessario avere cavità inter-ciclodestriniche di opportune dimensioni che diminuiscono all’aumentare del rapporto tra le concentrazioni stechiometriche tra reticolanti e ciclodestrine.

Le sintesi delle FNS non generano sottoprodotti diversi dall’acqua e pertanto risultano essere migliori rispetto alle invenzioni riguardanti le nanospugne sintetizzate utilizzando altri reticolanti come, ad esempio, il difenilcarbonato, composto che porta alla formazione di un sottoprodotto tossico, corrosivo e mutagenico e di difficile rimozione quale à ̈ il fenolo. Questa caratteristica rende le procedure di purificazione delle FNS più semplici, efficaci e ripetibili, permettendo di ottenere lotti di produzione a qualità costante e garantita.

La sintesi delle FNS à ̈ più flessibile ed economica rispetto a quelle delle domande di brevetto WO 2006/002814, WO 2009/149883 e IT2004MI00614, perché fa uso di reagenti di più facile reperibilità, meno costosi (il costo industriale di un diisocianato rispetto ad una anidride piromellitica à ̈ di 6 o 7 volte inferiore), più reattivi e facilmente purificabili, che non generano sottoprodotti pericolosi che possono rimanere permanentemente incapsulati nella cavità ciclodestrinica portando di fatto alla creazione di un prodotto finale impuro e potenzialmente critico per le sue applicazioni.

Inoltre, la sintesi delle FNS ha una resa più elevata, superiore al 95%, grazie alla alta reattività dei reticolanti ed alla facile rimozione dell’acqua generata (a differenza ad es. del fenolo che ha un altissimo punto di ebollizione e per di più può rimanere incapsulato nella maglia polimerica -“molecular imprinting†- o nella cavità ciclodestrinica).

Le FNS così ottenute, rispetto ai prodotti esistenti in commercio, come ad esempio il DTPA, forniscono una più efficace e prolungata biodisponibilità dei microelementi. I risultati dell’applicazione mostrano che le FNS sono più efficaci rispetto al DTPA in termini di crescita, sviluppo e protezione degli organismi vegetali. I risultati comparati e meglio dettagliati negli esempi che seguono evidenziano:

Iã ̧§ Una maggiore crescita espressa come quantità di peso secco e fresco delle foglie, con incremento fino al 20% e oltre, nel caso delle FNS caricate con solfato ferroso (FeII) testate su mais in soluzione idroponica e confrontate con soluzioni contenenti la stessa quantità di Ferro sotto forma di DTPA-Fe (III), alle stesse condizioni di crescita (fig. 2 e 3).

IIã ̧§ Un migliore sviluppo e sanità dell’organismo vegetale espresso come indice SPAD (misura indiretta della quantità di clorofilla nei tessuti vegetali e del grado di clorosi della pianta), con incremento fino al 22% e oltre, nel caso delle FNS caricate con solfato ferroso (FeII) testate su mais in soluzione idroponica e confrontate con soluzioni contenenti la stessa quantità di Ferro sotto forma di DTPA-Fe (III), alle stesse condizioni di crescita (fig. 4).

IIIã ̧§ Una maggiore biodegradabilità delle FNS rispetto al DTPA, grazie alla componente ciclodestrinica, derivato naturale dell’amido.

IVã ̧§ Un trascurabile effetto fitotossico delle FNS rispetto al DTPA.

Vã ̧§ Una migliore protezione dei microelementi e dei principi attivi da parte delle FNS che, essendo insolubili in acqua, proteggono i microelementi e i principi attivi incapsulati e impregnati dai fenomeni di dilavamento e prevengono le interazioni critiche con le matrici ambientali circostanti.

Si à ̈ sorprendentemente osservato che le FNS, caricate con microelementi, ridotte ad opportuna granulometria e sospese in soluzione idroponica, sono in grado di essere assorbite dalla pianta entrando nei condotti linfatici, senza causare effetti fitotossici. Questo comportamento à ̈ stato osservato applicando le FNS, sospese in una opportuna soluzione bagnante/adesivante (ad esempio alcossilati), su foglie di piante di mais.

Prima procedura di sintesi delle FNS (impregnazione dell’agente funzionalizzante)

Nella prima procedura vi sono due fasi distinte (cfr. esempio 1 che segue).

La prima fase consiste nella preparazione di un pre-polimero a basso peso molecolare. Il prepolimero à ̈ ottenuto attraverso la reazione in soluzione di acqua, n-metilpirrolidone, dimetilformammide, dimetilsolfossido, tra:

I ã ̧§ molecole reticolanti e cofunzionalizzanti contenenti gruppi acidi o ossidrilici o derivati (tipicamente acido salicilico, acido citrico, anidride maleica, taurina, polietilenglicole a peso molecolare medio-basso, anidride 1,2,4-benzentricarbossilica);

II ã ̧§ molecole reticolanti che portano gruppi isocianato scelte tra lisina-diisocianato (LDI), esametilen diisocianato (HDI);metilendifenilediisocianato (MDI), toluene diisocianato (TDI);

La seconda fase consiste nella reazione in soluzione preferibilmente di acqua, nmetilpirrolidone, dimetilformammide, dimetilsolfossido, tra:

a. il pre-polimero

b. le ciclodestrine (α, β, γ)

c. le molecole reticolanti che portano gruppi isocianato scelte tra lisina-diisocianato (LDI), esametilen diisocianato (HDI) metilendifenilediisocianato (MDI), toluene diisocianato (TDI);

d. gli agenti funzionalizzanti per le applicazioni richieste come i sali dei microelementi e/o i principi attivi.

Seconda procedura di sintesi delle FNS (incapsulamento dell’elemento e/o principio attivo)

Nella seconda procedura, le FNS (cfr. esempio 2 che segue) sono ottenute miscelando a secco le seguenti sostanze:

a. le ciclodestrine (α, β, γ);

b. gli agenti reticolanti contenenti gruppi acidi o ossidrilici o derivati (tipicamente acido salicilico, acido citrico, anidride maleica, taurina, polietilenglicole a medio-basso peso molecolare, anidride 1,2,4-benzentricarbossilica) oppure gruppi isocianato scelti tra lisine-diisocianate (LDI), metilendifenilediisocianato (MDI), toluene diisocianato (TDI), esametilen diisocianato (HDI);

c. gli agenti funzionalizzanti per le applicazioni richieste come i sali dei microelementi e/o i principi attivi.

La miscela ottenuta viene dispersa in solventi preferibilmente scelti tra acqua, o altri solventi come n-metilpirrolidone, dimetilformammide, dimetilsolfossido.

Procedura di purificazione delle FNS

Le FNS ottenute seguendo la prima o la seconda procedura di sintesi sopra descritte vengono sottoposte ad un procedimento di purificazione. Questo procedimento consiste essenzialmente nell’estrazione solido-liquido mediante opportuni solventi (preferibilmente acetone o etere etilico, per eliminare i composti organici che non hanno reagito, e acqua per eliminare le ciclodestrine e il solvente residui). L’estrazione avviene preferibilmente nello stesso reattore di sintesi, in agitazione, alla temperatura di ebollizione del solvente con conseguente distillazione e ricondensazione dello stesso all’interno del reattore (circuito chiuso). Il procedimento perdura fino al raggiungimento del livelli di concentrazione residua dei reagenti e solventi compatibili con il tipo di applicazione.

Fase di micronizzazione e sterilizzazione delle FNS Le FNS purificate ed essiccate vengono micronizzate fino al livello di granulometria richiesto dall’applicazione attraverso un idoneo mulino e/o un dispositivo ad ultrasuoni. Nel caso venga richiesto, i singoli lotti vengono avviati alla sterilizzazione e subito confezionati al fine di garantire il livello di qualità richiesto.

Preparazione di sospensioni stabili di FNS

Nel caso venga richiesto, le FNS micronizzate al livello di granulometria idoneo vengono disperse in differenti tipologie di liquidi per somministrazioni idroponiche o fogliari, mediate da agenti bagnanti/adesivanti, quali alcossilati, o su substrato solido.

Esempi

I seguenti esempi, forniti a titolo non limitativo, illustrano ulteriormente l’applicazione del procedimento dell’invenzione anche con l’ausilio delle tavole illustrative allegate, in cui:

la figura 1 à ̈ un diagramma che riporta l’indice SPAD misurato su piante di mais coltivate in soluzione contenente FNS e non.

la figura 2 à ̈ un diagramma che riporta l’incremento dei pesi secchi di foglie di piante di mais indotto dalla somministrazione di ferro per mezzo di FNS rispetto ad un prodotto commerciale di confronto,

la figura 3 à ̈ un diagramma che riporta l’incremento dei pesi freschi di foglie di piante di mais indotto dalla somministrazione di Ferro per mezzo di FNS rispetto ad un prodotto commerciale di confronto,

la figura 4 à ̈ un diagramma che riporta l’incremento dell’indice SPAD indotto dalla somministrazione di Ferro per mezzo di FNS rispetto ad un prodotto commerciale di confronto,

la figura 5 à ̈ un diagramma che riporta l’incremento dei pesi secchi di radici di piante di gibasis indotto dalla somministrazione di ferro per mezzo di FNS rispetto ad un prodotto commerciale di confronto, e

la figura 6 à ̈ una fotografia che evidenzia gli effetti di rinverdimento prodotti dalla somministrazione fogliare di una sospensione acquosa stabile di FNS dell’esempio 2.

Esempio 1

Questo à ̈ un tipico esempio di nanospugne funzionalizzate mediante impregnazione di ferro.

Si miscelano 20 g di β-CD e 17,6 g di MDI che vengono trasferiti poco per volta in un recipiente di reazione contenente circa 50 g di nmetilpirrolidone (NMP), mantenuto in agitazione.

La miscela diventa sempre più densa fino ad essere completamente solida e di colore biancogiallo. La temperatura sale fino a 60 °C e lentamente comincia a scendere; a compimento della reticolazione, il solido viene estratto dal contenitore e frantumato.

Si procede a purificazione in soxhlet con acetone.

Successivamente la nanospugna viene posta a bagno in una soluzione acida a concentrazione nota di solfato ferroso per alcune ore. La sospensione così ottenuta viene dunque tirata a secco.

La NSF viene micronizzata in un idoneo mulino a palle in acciaio ottenendo un profilo granulometrico compreso tra 1 e 5 Î1⁄4m.

Esempio 2

Questo à ̈ un tipico esempio di nanospugne funzionalizzate mediante incapsulamento di ferro.

Si miscelano 20g di β-CD, 17,6 g di MDI e 11 g di solfato ferroso anidro, che vengono trasferiti poco per volta in un recipiente di reazione contenente circa 70 g di NMP mantenuto in agitazione.

La miscela diventa sempre più densa fino ad essere completamente solida e di colore gialloverdastro. La temperatura sale fino a 60 °C e lentamente comincia a scendere; a compimento della reticolazione, il solido viene estratto dal contenitore e frantumato.

Si procede a purificazione in soxhlet con acetone.

La NSF viene micronizzata in un idoneo mulino a palle in acciaio ottenendo un profilo granulometrico compreso tra 1 e 5 Î1⁄4m.

Esempio 3

Questo à ̈ un tipico esempio di nanospugne funzionalizzate mediante incapsulamento di zinco.

Si miscelano 22,6 g di β-CD, 20 g di MDI e 9 g di solfato di zinco anidro, che vengono trasferiti poco per volta in un recipiente di reazione contenente circa 50 g di NMP mantenuto in agitazione.

La miscela diventa sempre più densa fino ad essere completamente solida e di colore gialloverdastro. La temperatura sale fino a 60 °C e lentamente comincia a scendere; a compimento della reticolazione, il solido viene estratto dal contenitore e frantumato. Si procede a purificazione in soxhlet con acetone.

La NSF viene micronizzata in un idoneo mulino a palle in acciaio ottenendo un profilo granulometrico compreso tra 1 e 5 Î1⁄4m.

Esempio 4

Questo à ̈ un tipico esempio di nanospugne funzionalizzate mediante incapsulamento di ferro in forma diversa rispetto agli esempi precedenti.

Si miscelano 5,2 g di β-CD, 4,2 g di MDI e 4.1 g di Ferro citrato anidro; si trasferisce poco per volta in un recipiente di polipropilene contenente circa 30 g di NMP in agitazione magnetica. Dopo circa 10 minuti si aggiungono altri 2,2 g di MDI. Una volta terminata l’aggiunta, si toglie l’ancoretta magnetica.

In pochi minuti la reazione ha inizio e la miscela diventa sempre più densa fino a diventare completamente solida e di colore giallo-arancione. La temperatura sale fino a 60 °C e lentamente comincia a scendere; dopo circa 2 ore si stabilizza a 25 °C. Il solido viene dunque estratto dal contenitore e frantumato in polvere.

Si procede a purificazione in soxhlet con acetone.

Esempio 5

Questo à ̈ un tipico esempio di nanospugne funzionalizzate mediante reazione ed incapsulamento di un principio attivo di crescita e protezione.

Si miscelano 5,0 g MDI con 2,7 g di acido sa licilico in 10 ml di n-metilpirrolidone riscaldando a 60° C per 2 ore in un contenitore in polipropilene. Si aggiungono poi 22,7 g di CD, 15 g di MDI e ancora 20 g di NMP mescolando accuratamente. Si attende per 1,5 ore.

Il solido viene dunque estratto dal contenitore e frantumato in polvere.

Si procede a purificazione in soxhlet con acetone.

Esempio 6

Questo à ̈ un esempio di applicazione di FNS tal quale, che evidenzia la non tossicità della nanospugna vuota e quindi l’idoneità all’impiego come vettore di agenti funzionalizzanti. Un’aliquota di NSF, ottenuta come descritto nell’esempio 1, à ̈ utilizzata tal quale nella coltivazione idroponica di piante di mais. Contemporaneamente sono preparate altre piante di mais in coltivazione idroponica con soluzione priva di FNS. La crescita delle piante e i parametri valutativi connessi sono monitorati per numerosi giorni. Nella figura 1 sono riportati i relativi risultati espressi in termini di indice SPAD. Si evince un sorprendente maggiore valore di indice SPAD nel caso di piante coltivate in soluzione contenete FNS tal quale in confronto a piante coltivate con soluzione priva di FNS. Inoltre, non si evidenziano effetti fitotossici come invece accade nel caso si usi il DTPA anche in concentrazioni inferiori.

Esempio 7

Questo à ̈ un esempio di applicazione di FNS impregnata nella coltivazione idroponica del mais.

Un’aliquota della NSF, ottenuta come descritto nell’esempio 1, à ̈ utilizzata come composto veicolante del Ferro insieme ad altri sali nutritivi per la coltivazione idroponica di piante di mais. Contemporaneamente altre piante di mais sono coltivate in condizioni idroponiche con soluzione contenente la stessa quantità di Ferro sotto forma di Ferro chelato con DTPA. La crescita delle piante e i parametri valutativi connessi sono monitorati per numerosi giorni. Nelle figure da 2 a 4 vengono riportati i risultati relativi al peso della biomassa fresca, della biomassa secca e dell’indice SPAD. Si evince che le NSF sono molto più efficaci rispetto al DTPA nel far crescere la pianta e nel mantenere alto l’indice di clorofilla.

Esempio 8

Questo à ̈ un esempio di applicazione di FNS incapsulata nella coltivazione idroponica del mais.

Un’aliquota della NSF ottenuta come descritto nell’esempio 2 à ̈ utilizzata come composto veicolante del Ferro insieme ad altri sali nutritivi per la coltivazione idroponica di piante di mais. Contemporaneamente piante di mais sono coltivate in condizioni idroponiche con soluzione contenente la stessa quantità di Ferro sotto forma di Ferro chelato con DTPA. La crescita delle piante e i parametri valutativi connessi sono monitorati per numerosi giorni. Nelle figure da 2 a 4 vengono riportati i relativi risultati.

Esempio 9

Questo à ̈ un esempio di applicazione di FNS impregnata nella coltivazione idroponica di gibasis.

Un’aliquota della NSF ottenuta come descritto nell’esempio 1 à ̈ utilizzata come composto veicolante del Ferro insieme ad altri sali nutritivi per la coltivazione idroponica di piante di gibasis. Contemporaneamente piante di gibasis sono coltivate in condizioni idroponiche con soluzione contenente la stessa quantità di Ferro sotto forma di Ferro chelato con DTPA o solfato ferroso tal quale. La crescita delle piante e i parametri valutativi connessi sono monitorati per numerosi giorni. In figura 5 à ̈ riportato l’incremento dei pesi delle radici.

Esempio 10

Questo à ̈ un esempio di applicazione di FNS incapsulata con principio attivo nella coltivazione idroponica di gibasis.

Un’aliquota della NSF ottenuta come descritto nell’esempio 4 à ̈ utilizzata come composto veicolante del Ferro insieme ad altri sali nutritivi per la coltivazione idroponica di piante di gibasis. Contemporaneamente piante di gibasis sono coltivate in condizioni idroponiche con soluzione contenente la stessa quantità di Ferro sotto forma di Ferro chelato con DTPA o solfato ferroso tal quale. La crescita delle piante e i parametri valutativi connessi sono monitorati per numerosi giorni. Da tale monitoraggio si evince la maggiore capacità delle FNS rispetto al prodotto commerciale ad incrementare la crescita delle foglie e a mantenere l’indice SPAD a valori più alti.

Esempio 11

Questo à ̈ un esempio di applicazione di FNS incapsulata e veicolata per mezzo di agente aggrappante, nella somministrazione fogliare di Ferro su mais.

Un’aliquota della nanospugna funzionalizzata ottenuta come descritto nell’esempio 2 à ̈ utilizzata come composto veicolante del Ferro insieme ad altri sali nutritivi per la concimazione fogliare di piante di mais sottoposte ad un regime di nutrizione priva di Ferro. Al raggiungimento del livello di clorosi desiderato, le foglie delle piante di mais sono state trattate con una sospensione acquosa stabile di NSF dell’esempio 1 unitamente ad un agente aggrappante, quale un alcossilato. La formazione di macchie verdi (cfr. fig. 6) à ̈ indice della capacità della NSF a veicolare il Ferro all’interno della foglia, ripristinando le originali capacità di fotosintesi.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto a puro titolo esemplificativo, senza per questo uscire dall’ambito rivendicato.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Uso di una nanospugna funzionalizzata a base di una ciclodestrina reticolata e contenente almeno un agente funzionalizzante, quale un microelemento, un principio attivo e/o un materiale magnetico, per l’applicazione su organismi vegetali di cui à ̈ promossa la crescita, la conservazione, la protezione e/o la disinfezione.
2. 2. Uso secondo la rivendicazione 1, in cui detti organismi vegetali comprendono biomasse, piante da frutto, piante ornamentali, piante con frutti o semi oleaginosi, ortaggi, cereali, ed alghe.
3. 3. Uso secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni in cui detta ciclodestrina reticolata à ̈ utilizzata in dispersione acquosa per culture idroponiche o concimazione fogliare o direttamente mescolata a supporti solidi che costituiscono il letto di crescita, quale “biochar†ottenuto attraverso processi di pirolisi di biomasse selezionate.
4. 4. Uso secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detta ciclodestrina reticolata à ̈ un polimero ottenibile mediante sintesi di unità ciclodestriniche di tipo α, β o γ ed almeno un agente reticolante avente due o più gruppi reattivi, preferibilmente in un rapporto molare da 0,5 a 0,05.
5. 5. Uso secondo la rivendicazione 4, in cui detto agente reticolante presenta gruppi carbossilici, ossidrilici o loro derivati, quale acido salicilico, acido citrico, anidride maleica, taurina, polietilenglicole di peso molecolare compreso fra 350 e 10000, ed anidride 1,2,4-benzentricarbossilica.
6. 6. Uso secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto agente reticolante presenta gruppi isocianato, quale lisina-diisocianato (LDI), metilendifenilediisocianato (MDI), toluene diisocianato (TDI), ed esametilen diisocianato (HDI).
7. 7. Uso secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detto microelemento à ̈ un sale di un metallo, quale Fe, Mn, Zn, Cu, B, e Mo, e detto principio attivo à ̈ un fitormone, quale l’acido salicilico e suoi derivati, un fosfonato quale il tris(o-etil fosfonato) di alluminio, un limonoide quale l’azadiractina, un triazolo quale il tebuconazolo o un enzima quale liasi, ossidoreduttasi, o idrolasi.
8. 8. Uso secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detto agente funzionalizzante à ̈ un materiale magnetico, preferibilmente disperso in forma di micro- o nano-polveri, scelto dal gruppo consistente di: Ferro-Silicio, Ferriti, preferibilmente Ferriti Ni-Zn, Mn-Zn e Ferriti (Sr/Ba)Fe12O19,metalli amorfi, leghe Ni-Fe e Fe-Co, leghe Co-Cr, Co:γFe2O3,CrO2,Alnico, composti Sm-Co, e composti Nd-Fe-B, e detti organismi vegetali sono sottoposti all’azione di un campo elettromagnetico esterno.
9. 9. Uso secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui l’incapsulamento e l’impregnazione della ciclodestrina reticolata con l’agente funzionalizzante in un rapporto in peso compreso fra 0,1 e 20%, sono condotti interamente a secco, oppure dapprima ad umido facendo assorbire alla nanospugna una soluzione dell’agente funzionalizzante, e quindi essiccando.
10. 10. Uso secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detta nanospugna à ̈ micronizzata in particelle di dimensioni comprese fra 0,1 e 500 Î1⁄4m, che sono sospese in una soluzione idonea per somministrazioni radicali o fogliari, o associate ad un substrato solido.