水性酸化グラフェンナノ農薬およびその調製と使用のためのプロセス
概要
本発明は、ナノテクノロジー分野に属し、特に、作物の真菌病の予防と制御のための酸化グラフェンからなる水性ナノ農薬、およびその調製と使用のためのプロセスに関するものである。
水性酸化グラフェンナノ農薬中の殺菌剤は、π-π共役効果、水素結合効果、静電吸着効果により酸化グラフェンの表面に付着し、菌類細胞は酸化グラフェンにより損傷を受け、その後薬剤が正確に放出されるため薬剤の有効利用が実現し、酸化グラフェンと農薬は優れた相乗機構を示すことがわかった。
乳化凍結乾燥法で調製した水性酸化グラフェンナノ農薬を植物菌類病の予防・防除に使用すると、ナノ農薬の漂泊問題が緩和される。そして、この水溶性ナノ農薬は、良好な水溶性と漂流防止性能を有し、新規な水溶性ナノ農薬である。
商品説明
水性酸化グラフェンナノ農薬およびその調製と使用のためのプロセス。
技術分野
本発明は、ナノテクノロジー分野に属し、特に、農作物の菌類病の予防および制御のための水性酸化グラフェンナノ農薬、ならびにその製造方法および使用に関するものである。
背景
従来の農薬は、薬剤を含む粒子が大きいため、分散性が悪い、安定性が悪い、生物活性が低い、分解率が低い等の問題があり、対象植物への使用率が30％未満、有害生物の投与量が0.1％未満であった。
農薬を圃場に散布し、滴下、ダストドリフト、雨水洗浄などによる農薬の損失は70％以上になるというデータもあります。
農薬の大量使用は、著しい環境汚染と過剰な残留農薬の発生を招き、人々の心身の健康を著しく脅かすことになります。
ナノテクノロジーは、残留農薬の汚染を効果的に低減し、農薬の有効利用率を向上させることができます。また、ナノドラッグデリバリーシステムは、農薬の分散性、安定性、使用率の向上、保存期間の延長、残留量の低減等の利点がある。
グラフェンは、炭素原子の単層からなる2次元のナノ材料で、2004年にイギリスの科学者ノボセロフ、ジェムらによって初めて発見された。酸化グラフェンはグラフェンの誘導体であり、表面に含酸素官能基を多く持つため、水溶性・安定性に優れている。
同時に、酸化グラフェンは、π-π集積、疎水性効果、水素結合効果により、ベンゼン環に似た構造で薬を搭載する能力もあるため、酸化グラフェンは生物医学の分野でも広く利用されているのです。
2次元の酸化グラフェンナノ材料の刃はナノメートルと呼ばれ、バクテリアの細胞膜を切り裂くことができる。細菌細胞の正常な代謝は、酸化ストレス機構によって影響を受け、細胞死に至ることがあります。
酸化グラフェンナノシートをバクテリアの細胞表面に大量に吸着させると、バクテリアは完全に包まれて環境から物理的に隔離され、微生物はゆっくりと死滅することができる。この殺菌メカニズムから、二次元グラフェン酸化物を薬剤担体として使用することで、抗菌の相乗効果が期待できることがわかった。
発明特許出願番号201310550703.7は、投与量を減らし、農薬の効果を向上させるチオファネートメチルナノ農薬の製造方法を開示しています。しかし、既存のナノ農薬特許は、ナノ農薬の相乗効果を主に扱っており、ナノ農薬のドリフトの問題は解決できない。
発明の開示
本発明は、従来の農薬の欠点を克服し、従来の農薬に起因する環境・社会問題を解決するために、農作物の菌類病害を予防・制御するための水性酸化グラフェンナノ農薬の調製方法を提供することを主目的とする。
また、本発明は、その製造方法によって製造された水性酸化グラフェンナノ農薬を提供することを目的とする。ナノ農薬は水溶性、抗漂流性が良好で、農薬の殺菌能力を明らかに向上させることができ、農薬の減量と相乗効果を実現することができます。
本発明は、さらに、水性酸化グラフェンナノ農薬の応用を可能にすることを目的とする。
この目的を達成するために、本発明が採用した技術方式は、以下の通りである。
水性酸化グラフェンナノ農薬の製造方法は、以下の工程を含む。
(1) 酸化グラフェンを水に溶解し、激しく攪拌して酸化グラフェン水分散液を形成する；殺菌剤をジメチルスルホキシド、N-N-ジメチルホルムアミドまたはメタノールに溶解して有機相殺菌剤溶液を形成する。
酸化グラフェン水性分散液の濃度は、0.5〜1g/Lである。
殺菌剤溶液の濃度は、1.25：1～3.75：1です。
(2) 酸化グラフェン水分散液に殺菌剤溶液を激しく攪拌しながら滴下し、滴下後24〜48時間激しく攪拌して混合溶液を得、反応液を透析または精製して遊離農薬分子を除去し、高速遠心分離により上清を除去して、製品、すなわち固体水性酸化グラフェンナノ農薬、を得ること。
混合溶液中の殺菌剤と酸化グラフェンの質量比は、2：1〜2：3である。
(3) 固体の水性酸化グラフェンナノ農薬を1：100〜1000の割合で水溶液に分散させ、1％のTween 80を加えて振動させ、乳化物、すなわち水性酸化グラフェンナノ農薬を得ること。
殺菌剤は、真菌症の予防や治療に適したカルベンダジムまたはエポキシコナゾールであることが好ましい。
好ましくは、透析時間は6時間である。
反応液による洗浄回数は、好ましくは3回である。
高速遠心分離の回転数は、好ましくは10000rpmである。
本発明は、さらに、該製造方法により製造された水性酸化グラフェンナノ農薬を提供する。
本発明はさらに、作物の真菌病の予防および防除における水性酸化グラフェンナノ農薬の使用を提供し、作物の真菌病は、いもち病、帯状菌核病、うどんこ病、炭疽病または葉斑病であることを特徴とする。
先行技術と比較して、本発明は以下の利点および有益な効果を有する。
本発明により調製された水性酸化グラフェンナノ農薬（GOカルベンダジム）中の殺菌剤は、π-π共役効果、水素結合効果、静電吸着効果により酸化グラフェンの表面に付着し、酸化グラフェンが菌類細胞を損傷することにより、薬剤が正確に放出されて薬剤の有効利用が実現し、酸化グラフェンと農薬は優れた相乗作用を持つ機構となります。
乳化凍結乾燥法で調製した水性酸化グラフェンナノ農薬を植物の菌類病予防・防除に使用する場合、酸化グラフェンの2次元シート構造の疎水性表面が植物の葉に付着しやすいため、巻き込まれたナノ農薬が植物の表面に付着しやすく、ナノ農薬のドリフトの問題が解決されます。
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