آشنایی با چند آفت کش نانو مقیاس

تحقیقات نشان داده است که می توان با استفاده از فناوری نانو مزایای فراوانی در آفت کش ها ایجاد نمود که مواردی مانند کاهش مصرف سموم, افزایش کارایی, سازگاری بیشتر با محیط زیست, بهبود کیفیت و کاهش خطرات تماسی از آن جمله است

پیشرفت روزافزون در زمینه فناوری نانو و کاربردهای گوناگون و گسترده آن در گرایش‌های مختلف علمی و صنعتی ، باعث شده است که شرکت‌های تولیدکننده سموم دفع آفات نیز برای بهبود مشخصات محصولات خود، به دنبال بهره‌گیری از این فناوری باشند. تحقیقات نشان داده است که می‌توان با استفاده از فناوری نانو مزایای فراوانی در آفت‌کش‌ها ایجاد نمود که مواردی مانند کاهش مصرف سموم، افزایش کارایی، سازگاری بیشتر با محیط زیست، بهبود کیفیت و کاهش خطرات تماسی از آن جمله است.

در این مقاله فعالیت‌هایی كه شركت‌های بزرگ تولید كننده سموم دفع آفات در این مسیر انجام داده‌اند و محصولات جدید آنها معرفی شده اند.

● آفت‌کش‌های نانو به شکل امولسیون

امروزه آفت‌کش‌هایی با ماده مؤثر نانومقیاس به بازار راه یافته‌اند. بسیاری از شرکت‌های شیمی کشاورزی پیشتاز در جهان ، فعالیت‌های تحقیق و توسعه خود را به سمت گسترش فرمولاسیون‌های جدید نانو مقیاس هدایت می کنند؛ برای مثال شرکت BASF آلمان ، كه رتبه چهارم شركت‌های شیمی کشاورزی و بزرگ‌ترین شرکت شیمیایی دنیا را به خود اختصاص داده است، توان بالقوه و مفید فناوری نانو را در تولید فرمولاسیون آفت‌كش‌ها مورد تأیید قرار داده و در این رابطه دست به انجام تحقیقات پایه‌ای را زده است. این شرکت پتنتی را تحت عنوان « نانوذرات بعنوان عامل محافظت از محصولات کشاورزی » ارائه كرده ، كه در آن از جزء فعال با اندازه ایده آل بین ده تا ۱۵۰ نانومتر استفاده شده است [۱]. این ترکیب دارای مزایایی چون حلالیت آسان تر در آب ، پایداری بیشتر و قدرت آفت کشی بهینه است.

یکی دیگر از شرکت‌های پیشرو در این زمینه ، شرکت Bayer Crop Science آلمان است كه دومین شرکت بزرگ تولیدکننده آفت‌کش در سطح جهان محسوب می‌شود. این شرکت نیز پتنتی را ارائه نموده كه در آن از شکل امولسیون با پایداری ترمودینامیکی و دارای جزء فعال نانو مقیاس در حدود ده تا ۴۰۰ نانو متر استفاده شده است [۲]. این شرکت پتنت خود را تحت عنوان میكروامولسیون غلیظ نام نهاده و مزیت‌هایی نظیر كاهش مقدار استفاده ، تاثیرگذاری سریع‌تر، قابل اعتمادتر، طولانی‌تر و گسترده‌تر را برای آن مدعی شده است.

شرکت سینجنتا (Syngenta) نیز که اداره مركزی آن در سوئیس واقع است، در شمار بزرگ‌ترین شرکت‌های شیمی كشاورزی قرار دارد. این شركت سومین شرکت تولید بذر دنیا است و از گذشته به فروش محصولات آفت‌كش فرموله شده به‌صورت امولسیون با جزء فعال نانو مقیاس مبادرت می‌نموده، كه تنظیم‌کننده رشد Primo MAXX و قارچ‌کش Banner MAXX از آن جمله است. این شرکت مدعی است که این محصولات ذراتی به کوچکی حدود صد نانو متر دارند، و به همین دلیل باعث گرفتگی فیلترهای مخازن اسپری نشده و با آب کاملاً مخلوط می‌شوند؛ به طوری که داخل مخزن اسپری ته‌نشین نمی‌گردند [۳]. قارچ‌کش Banner MAXX حتی بعد از گذشت یک سال از آب جدا نمی‌شود ، در حالی كه قارچ‌کش‌های دارای ذرات فعال با اندازه بزرگتر، نوعاً جهت جلوگیری از کلوخه شدن هر دو ساعت یک بار نیاز به هم زدن دارند. سینجنتا اعلام داشته که اندازه ذرات این فرمولاسیون حدود ۲۵۰ مرتبه کوچک‌تر از ذرات آفتکش معمولی است. براساس ادعای شرکت مذکور، ماده مؤثره این فرمولاسیون به داخل سیستم گیاه جذب و به وسیله باران یا آبیاری نیز شسته نمی‌شود [۴].

همچنین شرکت Agropharm، به عنوان یک شرکت پیشرو انگلیسی، محصولی با فرمولاسیون نانوامولسیون با نام Agrodelta به بازار ارائه كرده است که به علت استفاده از فناوری نانو در تولید آن ، این امولسیون بسیار تآثیرگذارتر از نمونه‌های معمول می‌باشد [۵].

● آفت‌کش‌های نانو کپسوله شده

یك روش پیشرفته جهت فرمولاسیون آفت‌كش‌ها در مقیاس نانو، کپسوله کردن آنهاست : در این روش ماده موثره نانومقیاس در داخل یك محفظه یا پوسته کوچک بسته‌بندی می‌گردد. طبق اطلاعات صنعتی، فرموله كردن آفت‌كش‌ها در کپسول‌ها باعث تغییرات انقلاب گونه‌ای می‌گردد كه توانایی کنترل رهایش آفت‌کش در شرایط مختلف را فراهم می‌آورد. همچنین این اقدام باعث بالا رفتن حلالیت، كاهش تماس مواد فعال با کاربران و حفاظت از محیط زیست می گردد [۶].

شرکت مونسانتو، بزرگ‌ترین تولیدکننده بذر GM و علف‌كش پرمصرف رانداپ، در آمریكا، تاکنون تعدادی از آفت‌كش‌های میكروكپسوله شده را به فروش رسانده است.

در سال ۱۹۹۸ مونسانتو تفاهم‌نامه‌ای را با شرکت فناوری نانو فلامل جهت گسترش نانوكپسول‌های Agsome حاوی رانداپ منعقد نمود ، كه از نظر شیمیایی باید مؤثرتر از فرمولاسیون های معمول باشد [۷].

همچنین شرکت سینجنتا که خود را رهبر جهانی در فناوری میكروكپسوله کردن معرفی نموده و ادعای پیشرو بودن در به‌کارگیری این فناوری در آفت‌کش‌ها را دارد، محصولی به نام تجاری Zeon تولید می‌کند که هر لیتر از فرمولاسیون میكروكپسوله آن حاوی حدود ۵۰ تریلیون کپسول است. طراحی این فراورده به‌صورتی است كه در تماس با برگ سریعاً آزاد می شود [۶ و۱۱]. با توجه به این كه این كپسول‌ها به سختی به برگ‌ها می‌چسبند، حتی در اثر بارش باران ، از برگ جدا نمی شوند. محصول دیگر سینجنتا که مشابه این مورد است، در مورد بذرها و به منظور کنترل آفت‌های خاكی دانه‌های جوانه زده بكار می‌رود.

دانشمندان سینجنتا در حال تحقیق بر روی كپسول‌هایی هستند كه با سازوكار ماشه‌ای آزاد می‌شوند و در آنها دیواره بیرونی کپسول فقط در شرایط خاصی باز می‌گردد. برای مثال سینجنتا پتنتی را در اختیار دارد كه به آن میكروكپسول gutbuster گفته می‌شود و مزیت آن این است که تنها در محیط قلیایی، نظیر معده انواع خاصی از حشرات می‌تواند باز شود [۸]. به گفته سینجنتا، میكروكپسوله کردن روشی است كه می‌تواند اثرات جدید و اعجاب‌آوری از مواد مؤثره شناخته شده کنونی را تولید كند؛ این عمل فروش را به گونه‌ای افزایش می دهد كه گویی یک ماده موثر جدید اختراع شده است [۶]. به عبارت دیگر اندازه كوچك، تأثیرات یك آفت‌كش را بهینه می‌سازد و طراحی كپسول نیز می‌تواند به‌صورتی باشد كه آزاد شدن جزء فعال فقط در شرایط ویژه‌ای اتفاق افتد. این شرکت همچنین در حال تحقیق و بررسی روی آفت‌كش‌های نانو كپسوله شده است [۹].

به هر حال این واضح است كه استفاده از مقیاس نانو باعث تغییرات شگرفی در رفتار محصول فرموله شده می‌شود؛ از آن جمله می‌توان به افزایش تأثیر ماده مؤثره و فعالیت بیولوژیکی طولانی‌تر آن و در خصوص آفت‌کش‌های کپسوله شده به رهایش کنترل‌شده ماده مؤثره اشاره نمود.

مزیت بزرگ فناوری کپسوله کردن سموم، ایجاد توانایی رهایش کنترل شده آنهاست که در این مسیر فناوری نانو شرکت‌ها را قادر به دستکاری کردن خواص قشر بیرونی کپسول به‌منظور کنترل رهایش ماده می سازد. رهایش کنترل شده علاوه بر صنایع شیمی-كشاورزی در صنایع دیگر همچون داروسازی نیز بسیار با اهمیت است.

فرایند رهایش ماشه‌ای ماده قرار گرفته در نانو یا میکرو کپسول را می توان با روش های مختلف انجام داد، مثال هایی از انواع آنها در ادامه آورده شده است:

▪ رهایش تدریجی:

در این شیوه كپسول محتویات خود را به‌آهستگی و در زمان بیشتری آزاد می‌كند؛ برای مثال رسانش تدریجی یك ماده به بدن [۱۰].

رهایش سریع: در این فرایند پوسته كپسول در تماس با یك سطح می شكند؛ برای مثال هنگامی كه آفت‌كش به برگ برخورد می‌كند [۱۱].

▪ رهایش با رطوبت:

در این شیوه پوسته کپسول در تماس با آب می شکند و محتویاتش را خالی می‌كند؛ برای مثال رهایش آفت‌کش در خاك مرطوب [۱۲].

▪ رهایش با حرارت:

هنگامی كه دمای محیط از یك درجه حرارت به خصوص بیشتر شود پوسته کپسول می‌شكند و محتویاتش را آزاد می كند [۱۳].

▪ رهایش با pH:

عمل شكستن نانو كپسول فقط در یك محیط اسیدی یا قلیایی اتفاق می‌افتد؛ برای مثال در داخل شكم یک حشره یا یك سلول [۱۴].

منابع

۱. WO۰۳۰۳۹۲۴۹A۳: Nanoparticles Comprising a Corp Protection Agent.

۲. Bayer’s US Patent Application no. ۲۰۰۴۰۱۳۲۶۲۱, Microemulsion concentrates.

۳. http: //www. engageagro. com/media/pdf/brochuer/primomaxx_۱۰pgbrochure_english. pdf.

۴. http: //www. engageagro. com/media/pdf/brochuer/bannermaxx_brochure_english. pdf.

۵. http: //www. agropharm. co. uk.

۶. http: //www. syngenta. com/en/day_in_life/microcaps. aspx.

۷. http: //www. pmac. net/patent. htm.

۸. Syngenta’s US Patent No. ۶۵۴۴۵۴۰ , Base –Triggered Release Microcapsules.

۹. Syngenta’s Patent , WO۰۱۹۴۰۰۱A۲

۱۰. Patent EP ۱۰۳۷۵۲۷B۱, Microcapsules with readily adjustable release rates.

۱۱. http: //www. syngenta. com/en/products_services/karate_page. aspx.

۱۲. US Patent Application, no. ۲۰۰۴۰۱۰۵۸۷۷, Controlled release pesticidal composition and method of making.

۱۳. US Patent ۶۲۰۰۵۹۸, Temperature sensitive liposomal formulation.

۱۴. Syngenta’s US Patent application no. ۲۰۰۲۰۰۳۷۳۰۶A۱, Base-triggered release microcapsules.