Gli agrofarmaci sono essenziali per sostenere la produzione agricola e alimentare e per contrastare malattie e infezioni delle piante. Tuttavia, la loro facile diffusione nell'ambiente solleva preoccupazioni sia per la salute e la sopravvivenza di specie innocue negli ecosistemi, sia per l'uomo. Inoltre, un uso eccessivo di agrofarmaci porta a un aumento della resistenza ad essi e a una riduzione della loro efficacia.

All'interno del National Biodiversity Future Center (NBFC), il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Marco Orlandi, presso il Dipartimento di Scienze dell'Ambiente e della Terra (DISAT) dell'Università di Milano-Bicocca mira a sviluppare sistemi avanzati di somministrazione di principi attivi che contribuiscano a migliorare l'efficacia delle applicazioni fitosanitarie, riducendo al contempo l'impatto sull'ambiente circostante e proteggendo la biodiversità naturale. L'idea dell'attuale direzione di ricerca è quella di trattare le malattie delle piante sia a breve che a lungo termine, attraverso un meccanismo di rilascio locale e sistemico bimodale e temporizzato. Il sistema di somministrazione stesso è a carico di polifenoli naturali, estratti da materiali di scarto lignocellulosici e da residui forestali. In particolare, la lignina e i tannini contenuti nel materiale lignocellulosico sono adatti a formare involucri per capsule o matrici per particelle. La cosa più degna di nota è che né i gusci né le particelle formati sono persistenti, ma completamente biocompatibili e biodegradabili, in quanto la lignina, polimero naturale, può essere sfruttata senza bisogno di alcuna modifica chimica. In combinazione con sostanze attive interne, rilasciate al contatto con la pianta e dopo attraverso il sistema di trasporto della pianta per mezzo di trigger fisico-chimici naturali, i nuovi sistemi di protezione delle piante garantiscono un'efficacia sia a breve che a lungo termine, proteggendo al contempo la vita e gli ecosistemi circostanti.

Il gruppo di ricerca si occupa di ottenere la lignina da scarti di potatura, radici, rami e corteccia: i tannini vengono estratti con acqua calda, seguita dall'isolamento della lignina tramite un moderno processo organosolv basato su etanolo acquoso. In un tipico flusso di lavoro, i polifenoli vengono caratterizzati e raffinati per il campo di applicazione previsto. Le lignine vengono quindi miscelate con un primo agente attivo A1 e gradualmente diluite con acqua, formando nanoparticelle di lignina (LNP) che incorporano A1. Le particelle vengono quindi introdotte in miscele acqua-olio contenenti tannini e il secondo agente attivo A2, sfruttando la doppia affinità dei tannini sia per le superfici delle LNP che per la fase oleosa. Affrontando il problema dell'eccessiva diffusione di prodotti agrochimici, il nuovo sistema di somministrazione sviluppato dal team del DISAT rappresenta un approccio scientificamente innovativo basato sullo sfruttamento specifico delle proprietà fondamentali dei sistemi di trasporto polifenolici. Questo sistema bimodale con azione temporizzata fornirà preziose conoscenze sulla stabilità, cinetica di rilascio e proprietà chimiche degli LNP (micro)incapsulati e dei sistemi di rilascio bimodali basati sui polifenoli. Il sistema costituisce un proof of concept da ottimizzare e successivamente testare in campo.

Biomassa di scarto lignocellulosica utilizzata per estrarre (A) lignina e (B) tannini.	(A) Micrografia SEM che mostra nanoparticelle di lignina; (B) Micrografia ottica di microcapsule con un guscio fatto di lignina.