Synthesis and Properties of Bombyx Mori Chitosan Nanoascorbate Complexes Based on Oligochitosan and High-molecular-weight Chitosan

Nel silenzioso mondo della sericoltura, dove gli agricoltori allevano bachi da seta per produrre seta, una sfida persistente rimane: mantenere i delicati larve sani e produttivi. Questi insetti sono vulnerabili alle malattie e la loro crescita può essere ostacolata dallo stress ambientale, portando a bozzoli meno numerosi e più leggeri. Gli scienziati guardano da tempo alla natura per trovare soluzioni, in particolare al chitosano, un materiale naturale derivato dai gusci dei crostacei o, in questo caso, dalle stesse pupa del baco da seta del gelso. Il chitosano è noto per essere sicuro, biodegradabile e capace di combattere i microbi nocivi. Tuttavia, nella sua forma grezza, non si scioglie facilmente in acqua, il che ne limita l'utilizzo. Per renderlo utile, i ricercatori spesso lo mescolano con altre sostanze, come l'acido ascorbico, che è semplicemente vitamina C. Quando questi due materiali interagiscono, possono formare minuscole strutture solubili in acqua che potrebbero proteggere i bachi da seta meglio degli ingredienti da soli. La domanda per gli scienziati non è solo se queste miscele funzionino, ma come costruirle in modo più efficace e se la dimensione o la struttura di queste minuscole particelle cambi il modo in cui aiutano i bachi da seta a sopravvivere e prosperare.

Un ricercatore dell'Istituto di Chimica e Fisica dei Polimeri in Uzbekistan si è posto l'obiettivo di rispondere a queste domande creando e testando nuove versioni di queste miscele di chitosano e vitamina C. Si è concentrato su due diversi modi per realizzare il materiale. Il primo metodo consisteva nel prendere il chitosano di alta qualità dai bachi da seta e scomporlo in pezzi più piccoli, noti come oligochitosano, prima di mescolarlo con la vitamina C. Il secondo metodo utilizzava le molecole di chotitosano originali, più grandi, e le combinava con la vitamina C utilizzando un agente di reticolazione speciale per tenere insieme la struttura. L'obiettivo era vedere quale metodo producesse le particelle più efficaci e misurare esattamente quanto fossero grandi queste particelle e come si comportassero in acqua.

Il ricercatore ha scoperto che il metodo utilizzato per creare la miscela cambiava significativamente la dimensione delle particelle risultanti. Quando hanno utilizzato il chitosano più piccolo e scomposto senza alcun agente stabilizzante aggiuntivo, le particelle risultanti erano piuttosto piccole, con una dimensione media di circa 117 nanometri. Al contrario, quando hanno utilizzato il chitosano originale, più grande, e hanno aggiunto un stabilizzatore per aiutare la formazione delle particelle, le strutture risultanti erano molto più grandi, variando tra 360 e 380 nanometri. Osservando le particelle sotto un potente microscopio chiamato microscopio a forza atomica, il ricercatore ha potuto vedere la forma fisica di queste strutture. Le particelle più piccole apparivano come piccoli oggetti piatti sulla superficie, alcuni larghi meno di 50 nanometri, mentre le particelle più grandi formavano forme aggregate più complesse. Queste osservazioni hanno confermato che il ricercatore aveva creato con successo due tipi distinti di nanostrutture, ciascuna con la propria impronta fisica.

Oltre a misurare la dimensione, il ricercatore voleva sapere se questi nuovi materiali funzionassero davvero meglio degli ingredienti originali. Hanno testato la capacità di queste miscele di arrestare la crescita di un comune fungo, Fusarium oxysporum, che può danneggiare piante e animali. I risultati hanno mostrato che la miscela realizzata con i pezzi di chitosano più piccoli era la più potente. Quando questa specifica miscela è stata testata, ha creato una zona in cui il fungo non poteva crescere larga 34 millimetri. Questo era significativamente più grande delle zone create dal chitosano originale, dalla vitamina C originale o dalle particelle più grandi realizzate con lo stabilizzatore. Ciò suggerisce che scomporre il chitosano in pezzi più piccoli prima di mescolarlo con la vitamina C crei uno scudo antimicrobico più potente.

Tuttavia, il test più pratico ha avuto luogo nel mondo reale di un allevamento di bachi da seta. Il ricercatore ha applicato queste nuove miscele alle foglie di gelso che i bachi da seta mangiano. Ha allevato due gruppi di bachi da seta: un gruppo mangiava foglie trattate con la nuova nano-miscela, e il gruppo di controllo mangiava foglie trattate solo con acqua. I risultati sono stati chiari. I bachi da seta nutriti con le foglie trattate erano più sani e resilienti. Nel gruppo che mangiava la nano-miscela, il tasso di malattie è sceso significamente, con solo circa il 4,5% delle larve che mostrava segni di malattia, rispetto a quasi il 9% del gruppo di controllo. Inoltre, i bachi da seta trattati hanno prodotto più bozzoli, e quei bozzoli erano leggermente più pesanti. Il peso medio di un singolo bozzolo del gruppo trattato è aumentato di oltre il 5% rispetto al gruppo non trattato.

Questo studio dimostra che, ingegnerizzando attentamente la dimensione e la struttura dei materiali a base di chitosano, gli scienziati possono creare un trattamento semplice e naturale che migliora la salute e la produttività dei bachi da seta. Il lavoro evidenzia che le particelle più piccole, con una struttura specifica, realizzate con chitosano frammentato e vitamina C, sono più efficaci nel combattere le malattie e nel favorire la crescita rispetto alle strutture più grandi e complesse. Per l'industria della sericoltura, questo offre uno strumento promettente e rispettoso dell'ambiente per proteggere le colture e aumentare le rese senza fare affidamento su sostanze chimiche aggressive. I risultati suggeriscono che il modo in cui questi materiali naturali vengono assemblati è importante quanto i materiali stessi, aprendo la strada a soluzioni biologiche più efficaci in agricoltura.