آشنایی با چند آفت‌کش ‌نانومقیاس

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 که شرکت‌های بزرگ تولید کننده 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 ، که رتبه چهارم شرکت‌های شیمی کشاورزی و بزرگ‌ترین شرکت شیمیایی دنیا را به خود اختصاص داده است، توان بالقوه و مفید فناوری نانو را در تولید فرمولاسیون آفت‌کش‌ها 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 کرده ، که 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 که دومین شرکت بزرگ تولیدکننده آفت‌کش در سطح جهان محسوب می‌شود. این شرکت نیز پتنتی را ارائه نموده که 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 میکروامولسیون غلیظ نام نهاده و مزیت‌هایی نظیر کاهش مقدار استفاده ، تاثیرگذاری سریع‌تر، قابل اعتمادتر، طولانی‌تر و گسترده‌تر را برای آن مدعی شده است.
شرکت سینجنتا (Syngenta) نیز که اداره مرکزی آن در سوئیس واقع است، در شمار بزرگ‌ترین شرکت‌های شیمی کشاورزی قرار دارد. این شرکت سومین شرکت تولید بذر دنیا است و از گذشته به فروش محصولات آفت‌کش فرموله شده به‌صورت امولسیون با جزء فعال نانو مقیاس مبادرت می‌نموده، که 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 که 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 کرده است که به علت استفاده از فناوری نانو در تولید آن ، این امولسیون بسیار تآثیرگذارتر از نمونه‌های معمول می‌باشد [۵].
● آفت‌کش‌های نانو کپسوله شده
یک روش پیشرفته جهت فرمولاسیون آفت‌کش‌ها در مقیاس نانو، کپسوله کردن آنهاست : در این روش ماده موثره نانومقیاس در داخل یک محفظه یا پوسته کوچک بسته‌بندی می‌گردد. طبق اطلاعات صنعتی، فرموله کردن آفت‌کش‌ها در کپسول‌ها باعث تغییرات انقلاب گونه‌ای می‌گردد که توانایی کنترل رهایش آفت‌کش در شرایط مختلف را فراهم می‌آورد. همچنین این اقدام باعث بالا رفتن حلالیت، کاهش تماس مواد فعال با کاربران و حفاظت از محیط زیست می گردد [۶].
شرکت مونسانتو، بزرگ‌ترین تولیدکننده بذر GM و علف‌کش پرمصرف رانداپ، در آمریکا، تاکنون تعدادی از آفت‌کش‌های میکروکپسوله شده را به فروش رسانده است. در سال ۱۹۹۸ مونسانتو تفاهم‌نامه‌ای را با شرکت فناوری نانو فلامل جهت گسترش نانوکپسول‌های Agsome حاوی رانداپ منعقد نمود ، که از نظر شیمیایی باید مؤثرتر از فرمولاسیون های معمول باشد [۷].
همچنین شرکت سینجنتا که خود را رهبر جهانی در فناوری میکروکپسوله 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 میکروکپسوله آن حاوی حدود ۵۰ تریلیون کپسول است. طراحی این فراورده به‌صورتی است که در تماس با برگ سریعاً آزاد می شود [۶ و۱۱]. با توجه به این که این کپسول‌ها 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 خاکی دانه‌های جوانه زده بکار می‌رود. دانشمندان سینجنتا در حال تحقیق بر روی کپسول‌هایی هستند که با سازوکار ماشه‌ای آزاد می‌شوند و در آنها دیواره بیرونی کپسول فقط در شرایط خاصی باز می‌گردد. برای مثال سینجنتا پتنتی را در اختیار دارد که به آن میکروکپسول 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، میکروکپسوله کردن روشی است که می‌تواند اثرات جدید و اعجاب‌آوری از مواد مؤثره شناخته شده کنونی را تولید کند؛ این عمل فروش را به گونه‌ای افزایش می دهد که گویی یک ماده موثر جدید اختراع شده است [۶]. به عبارت دیگر اندازه کوچک، تأثیرات یک آفت‌کش را بهینه می‌سازد و طراحی کپسول نیز می‌تواند به‌صورتی باشد که آزاد شدن جزء فعال فقط در شرایط ویژه‌ای اتفاق افتد. این شرکت همچنین در حال تحقیق و بررسی روی آفت‌کش‌های نانو کپسوله شده است [۹].
به هر حال این واضح است که 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-کشاورزی 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:
ـ رهایش تدریجی: در این شیوه کپسول محتویات خود را به‌آهستگی و در زمان بیشتری آزاد می‌کند؛ برای مثال رسانش تدریجی یک ماده به بدن [۱۰].
ـ رهایش سریع: در این فرایند پوسته کپسول در تماس با یک سطح می شکند؛ برای مثال هنگامی که آفت‌کش به برگ برخورد می‌کند [۱۱].
ـ رهایش با رطوبت: در این شیوه پوسته کپسول در تماس با آب می شکند و محتویاتش را خالی می‌کند؛ برای مثال رهایش آفت‌کش در خاک مرطوب [۱۲].
ـ رهایش با حرارت: هنگامی که دمای محیط از یک درجه حرارت به خصوص بیشتر شود پوسته کپسول می‌شکند و محتویاتش را آزاد می کند [۱۳].
ـ رهایش با pH: عمل شکستن نانو کپسول فقط در یک محیط اسیدی یا قلیایی اتفاق می‌افتد؛ برای مثال در داخل شکم یک حشره یا یک 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.

منبع : ستاد ویژه توسعه فناوری نانو