NAIADI: fitofarmaci sostenibili grazie alla nano-cellulosa prodotta da fonti rinnovabili

L'applicazione delle nanotecnologie nel settore agro-alimentare è in continua crescita. Ma se i vantaggi del loro impiego sono ben definiti da numerosi studi scientifici, restano ancora poco chiari gli aspetti relativi alla loro sicurezza. Attulamente l’attenzione si è focalizzata su due sfide: lo sviluppo di nano-materiali a rilascio controllato, destinati alla protezione delle colture, e quello di prodotti chimici di origine biologica come fitofarmaci alternativi.

Il primo approccio è finalizzato alla riduzione dell’impiego di prodotti fitosanitari, quali erbicidi, antiparassitari e agenti repellenti, dando seguito al richiamo dell’Unione Europea ad un’azione comunitaria ai fini dell’utilizzo sostenibile dei pesticidi (direttive 2009/37/CE e 2009/128/CE e regolamento n.1107/2009/CE).

I fitofarmaci alternativi di origine biologica, invece, potrebbero aprire la strada a una effettiva agricoltura biologica e suggerirebbero, contestualmente, una gestione dei potenziali rischi nell’impiego di prodotti nano-agrochimici attraverso l'uso di fonti rinnovabili come materiali base per la loro progettazione.

L’idea alla base del progetto

Il progetto NAIADI propone l’utilizzo di cellulosa come biomateriale per lo sviluppo di nanostrutture destinate alla produzione di micro- e nano-vettori di fitofarmaci. Le fasi del progetto prevedono, in prima battuta, il recupero della cellulosa da fonti rinnovabili, quali le biomasse, e la sua successiva trasformazione chimica in materiali nanostrutturati che saranno poi formulati in micro- o nano-particelle. Queste saranno in seguito caricate con principi attivi selezionati sulla base della loro efficacia contro diversi patogeni delle piante e nel controllo degli infestanti delle colture. Infine, i sistemi di rilascio sviluppati saranno validati anche mediante sperimentazione in campo. La valorizzazione di materiali di scarto derivanti da fonti rinnovabili a base cellulosica per lo sviluppo di nuovi prodotti bio-agrochimici potrà garantire ricadute positive sia in termini economici che ambientali.

I protagonisti

Il progetto NAIADI, coordinato dal Prof. Carlo Punta, nasce dalla sinergica cooperazione tra due UdR attive all’interno del consorzio INSTM, il Politecnico di Milano e l’Università del Salento, e l’azienda lombarda Sipcam-Oxon.

L’UdR del Politecnico di Milano opera presso il Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” ed è costituita da un team con competenze trasversali in:

  • sviluppo di nuovi sistemi catalitici per l’ossidazione aerobica selettiva di substrati organici in condizioni blande ed eco-compatibili (Prof. Carlo Punta e Prof. Lucio Melone)
  • sintesi di materiali organici e ceramici nanostrutturati per applicazioni nell’ambito della bonifica ambientale (nano-remediation) e del rilascio controllato di principi attivi (Prof. Lucio Melone e Prof. Carlo Punta)
  • caratterizzazione strutturale, meccanica, morfologica dei materiali e razionalizzazione dei fenomeni diffusivi che in essi possono avvenire (Prof. Andrea Mele e Prof. Massimo Cametti)

L’UdR dell’Università del Salento, coordinata dal Prof. Giuseppe Ciccarella, è attiva presso il laboratorio di Nanotecnologie Chimiche del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biologiche ed Ambientali, e si si occupa di nanotecnologie chimiche per lo sviluppo di nuovi materiali organici ed inorganici per diverse applicazioni in sensoristica, energia rinnovabile e nanomedicina.

Il gruppo Sipcam Oxon, infine, è leader nella sintesi, formulazione e commercializzazione di principi attivi e intermedi agrochimici. Il gruppo è l’unico italiano presente tra i primi 20 nel comparto mondiale dell’agrofarmaco. Sostiene il progetto NAIADI anche attraverso azioni di formazione dei giovani ricercatori arruolati nel progetto: da maggio 2018 il Dr. Andrea Fiorati sta svolgendo il suo tirocinio formativo presso le aziende del gruppo Sipcam-Oxon.

Protagonisti di NAIADI sono divenuti, nel corso di questi due anni, anche i tre giovani ricercatori reclutati sul progetto mediante il finanziamento di apposite borse di studio: il Dr. Andrea Fiorati e la Dr.ssa Arianna Rossetti presso l’UdR Politecnico di Milano, e la Dr.ssa Francesca Baldassarre presso l’UdR dell’Università del Salento. A loro si è aggiunta la preziosa collaborazione della Dr.ssa Monica Ferro e della Dr.ssa Nadia Pastori, già in forza presso l’UdR Politecnico di Milano.

Il finanziamento

Il progetto NAIADI è stato presentato in risposta al “Bando congiunto regione lombardia- consorzio instm 2016 per la presentazione di proposte per la sperimentazione di iniziative di sviluppo, valorizzazione del capitale umano, e trasferimento dei risultati della ricerca con ricaduta diretta sul territorio lombardo”.

È stato ammesso al finanziamento classificandosi al primo posto nella graduatoria di valutazione delle proposte. Il progetto è co-finanziato mediante donazione liberale dal gruppo Sipcam Oxon.

Le pubblicazioni

  • Polysaccharide-Based Nanostructured Aerogels - XIV AIMAT National Congress, XI National Conference on Materials Science and Technology, Ischia, Italy, 12-17 July 2017 (Comunicazione Orale - Carlo Punta)
  • Cellulose based materials: from environmental application to controlled drug release - VII workshop AICIng, Milan, 12-13 June 2017 (Comunicazione Orale - Andrea Fiorati. Premiata come migliore presentazione al Workshop)
  • Development and prospects of nanostructured smart systems for crop protection - VII workshop AICIng, Milan, 12-13 June 2017 (Comunicazione Orale - Francesca Baldassarre)
  • Regioselective oxidation of polysaccharides for the synthesis of new advanced materials - NanoMaterials and BioMaterials for the next Decade, Pantelleria, 5-7 July 2017 (Comunicazione Poster)
  • Functional and bioinspired materials from nanocellulose and other polysaccharides - 5th EPNOE International Polysaccharide Conference 2017, Jena, Germany, 20-24 August 2017 (Comunicazione Orale - Lucio Melone)
  • Mechanical and Drug Release Properties of Sponges from Cross-linked Cellulose Nanofibers
    Fiorati, A, Turco, G, Travan, A, Caneva, E, Pastori, N, Cametti, M, Punta, C, Melone, L, ChemPlusChem 2017, 82, 848-858.
  • TEMPO-mediated oxidation of polysaccharides: An ongoing story. Story
    Pierre, G, Punta, C, Delattre, C, Melone, L, Dubessay, P, Fiorati, A, Pastori, N, Galante, YM, Michaud, P, Carbohydrate Polymers 2017, 165, 71–85.
  • Sponge-like functional materials from TEMPO-oxidized cellulose nanofibers
    Fiorati, A, Pastori, N, Punta, C, Melone, L, in “Nanosponges. Synthesis and Application”. Eds Francesco Trotta and Andrea Mele (2018).

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