DE4438990A1 - Verwendung nadelloser druckmittelbetätigter Injektionsgeräte zur Verabreichung von Wirkstoffen an Pflanzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von nadellosen druck­ mittelbetätigten Injektionsgeräten zur Verabreichung von Wirkstoffen an Pflanzen.

Injektion als eine Form der Verabreichung von Wirkstoffen an Pflanzen ist seit langem bekannt. Sie ist durch den Weg­ fall der Abdrift- und der Umweltbelastungsproblematik den üblichen Applikationsverfahren wie Spritzen und Sprühen überlegen.

Um das Injektionsverfahren bei Pflanzen, insbesondere bei Pflanzen mit verholzten Stämmen, optimal zu gestalten, wur­ den im Laufe der Zeit zahlreiche Injektionsgeräte entwic­ kelt. Von den weit verbreiteten sei als erstes das so­ genannte Mauget System erwähnt, das unter anderem in Patentschriften US 3 304 655 und US 4 365 440 beschrieben ist. Die in diesen Patentschriften dargestellten Geräte unterscheiden sich zwar in Details ihrer Bauweise, doch arbeiten beide nach dem gleichen Funktionsprinzip. Es han­ delt sich hierbei um einen nicht nachfüllbaren Injektor zur einmaligen Dosierung (Einweg-Injektor), der aus einem mit der zu injizierenden Flüssigkeit gefüllten Container und einem in den Pflanzenstamm einzusetzenden Zulaufrohr be­ steht. Der Container setzt sich aus zwei Schalen zusammen, die über ein Nut- und Feder-System teleskopartig ineinander geschoben werden. Beim Zusammenpressen der beiden Baukom­ ponenten wird der Druck der über der Flüssigkeit stehenden Gasphase erhöht. Das zu injizierende Medium wird daraufhin durch das Zulaufrohr in den Stamm der Pflanze gepreßt. Der Einsatz dieser Injektionsgeräte in der gartenbaulichen Praxis hat jedoch seine Unzulänglichkeiten offenbart: zum einen ist die Einspritzung von Flüssigkeiten mittels dieses Systems stets mit der Gefahr eines Wirkstoffverlusts (Flüs­ sigkeitsleckage aus der Bohröffnung im Stamm) verbunden, zum anderen erfordert dieses Injektionsverfahren einen re­ lativ großen zeitlichen und anwendungstechnischen Aufwand.

Eine brauchbare Alternative stellt der in den siebziger Jahren in den USA entwickelte Hochdruck-Injektor dar. Als Beispiel einer Patentschrift, die sich mit diesem Injektionsgerät befaßt, sei hier die US 4 011 685 genannt. Der Hauptvorteil dieses Gerätes liegt in der Minimierung der Gefahr der Flüssigkeitsleckage, die durch den Einbau einer Pumpvorrichtung sowie einer sogenannten selbstver­ schließenden Nadel erzielt worden ist. Beim Einsatz dieses Injektionsgerätes kommt es nämlich infolge des verwendeten hohen Drucks (bis 350 bar) zum raschen Sich-Zusammenziehen von Ligninfasern der Gewebezellen in der Nadelumgebung und somit zum dichten Verschließen des zuvor entstandenen Hohl­ raumes, was einen möglichen Wirkstoffaustritt verhindert. Dieses Injektionssystem eignet sich für mehrmalige Anwen­ dung zum Einspritzen von Flüssigkeiten verschiedener Visko­ sität. Nachteilig ist jedoch hier die Tatsache, daß sein Einsatz in der Regel eine Vorbohrung eines Aufnahmeraumes im Stamm der Pflanze erforderlich macht. Darüber hinaus ist es denkbar, daß der Grad der Verschlußdichte der Öffnung von dem Ausmaß der Lignifizierung der Zellwände und somit von der Art der Pflanze abhängig ist. Dieser Sachverhalt bedeutet, daß eine Injektion mittels der Vorrichtung letzt­ endlich eine potentielle Gefahr einer Flüssigkeitsleckage beinhaltet.

Die Patentpublikation US 4 078 087 offenbart als weitere Injektionstechnik ein Injektionssystem, bei dem eine gleichmäßige Versorgung des Pflanzenstammes mit dem Injek­ tionsmedium im Vordergrund steht. Maßgeblich ist hier, daß das Injizieren der Flüssigkeit nicht in eine einzelne Kanü­ le, sondern in ein Ableitungssystem erfolgt. Das Ableitungssystem, in das das Injektionsmedium unter Druck aus einem Behälter gepreßt wird, besteht aus einer Kupplung, einer unterschiedlichen Anzahl von sog. "T"-Ver­ bindern, die in vorgebohrte Stammöffnungen eingesetzt wer­ den, und einem Abschlußhahn. Der Einsatz von "T"-Verbin­ dern, die Flußweichen darstellen, bei denen ein Teil der Flüssigkeit in den Stamm injiziert und der Restteil weiter­ geleitet wird, gewährleistet, daß das Leitungssystem der Pflanze allseitig und gleichmäßig mit Wirkstoff-Flüssigkeit versorgt wird.

Ähnlich wie im Falle der in vorliegender Schrift bis jetzt beschriebenen Injektionsgeräte ist auch dieses System mit dem Problem des unerwünschten Austritts des injizierten Mediums behaftet.

Als Beispiel eines weiteren Injektionssystems, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, soll hier das in der Patent­ publikation US 3 576 276 dargestellte genannt werden. Bei dem dort beschriebenen Injektionsgerät wird auf das altbe­ währte Funktionsprinzip einer Subkutan-Spritze zurück­ gegriffen. Neu dagegen ist die Verwendung einer Applikationshilfe in Form eines Rohrs, das bereits vor dem Ausführen der Injektion in den Baumstamm in gewünschte Tie­ fe eingesetzt wird. Die Verwendung dieses zusätzlichen Zu­ leitungsrohrs, in dem sich die Spritznadel während der Applikation befindet, ermöglicht das Auffüllen der Nadel mit dem zu injizierenden Medium vor dem Aufsetzen des Spritzzylinders mit dem Verdrängerkolben. Diese Modifizie­ rung der üblichen Reihenfolge der Arbeitsschritte während der Applikation erfüllt den Zweck, die zu injizierende Flüssigkeit schnell und effektiv, da luftblasenfrei, ein­ zuspritzen.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch der relativ gro­ ße Zeit- und Arbeitsaufwand, der mit der Verwendung der Zusatz-Applikationshilfe verbunden ist.

Von den weiteren nach dem Stand der Technik beschriebenen Injektionsverfahren ist noch das in CA-PS 1 089 645 be­ schriebene zu nennen, das unter Verwendung eines Injek­ tionsgerätes arbeitet. Der Gegenstand dieser Erfindung ist ein Druck-Injektor zur Anwendung bei Pflanzen, der insbe­ sondere zum Einsatz bei der Bekämpfung von pilzlichen Ge­ fäßkrankheiten (z. B. Ulmensterben) bei Bäumen geschaffen worden ist. Diese Vorrichtung wurde vorrangig mit dem Ziel entwickelt, Injektionen wirkstoffverlustfrei zu gestalten. Die dazu erforderliche Minimierung der Flüssigkeitsleckage wurde durch die Verwendung eines Zulaufrohrs (einer Zulauf­ nadel) realisiert, dessen Oberfläche gezackt bzw. gezahnt ist. Durch diese unebene Oberflächenstruktur wird ein enger Kontakt zum anliegenden Pflanzengewebe hergestellt, so daß das bereits injizierte Medium überhaupt nicht oder nur in geringem Maße zurückfließen kann.

Bei dem in US 4 164 093 beschriebenen Injektionsgerät schließlich handelt es sich um einen Mini-Druckinjektor zur Anwendung bei Pflanzentrieben von geringem Durchmesser wie z. B. bei Sämlingen, Baumzweigen oder Jungpflanzen. Das Ge­ rät umfaßt eine Spritze (nach einem Bauprinzip einer han­ delsüblichen subkutanen Einwegnadel-Spritze) und eine pra­ xisübliche Vielzweck-Gartenzange, wobei die Spritze an der feststehenden Zangenbacke starr befestigt ist. Die freie Verstellbarkeit der Backenweite ermöglicht beliebiges Posi­ tionieren des Mini-Injektors an der Sproßachse und gewähr­ leistet eine flexible Handhabung des gesamten Gerätes in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Pflanze.

Bei keinem der nach dem Stand der Technik bekannten Injek­ tionsgeräte zur Anwendung an Pflanzen ist es gelungen, das Problem der Leckage des injizierten Mediums vollständig und zufriedenstellend zu lösen. Darüber hinaus erfordert der Einsatz der meisten hier angeführten Injektionssysteme ei­ nen relativ hohen apparativen und zeitlichen Aufwand. Fer­ ner eignen sich diese Geräte lediglich zum Einspritzen von flüssigen Medien.

Da keine der bisher erwähnten Druckschriften einen Hinweis auf eine Verwendung von Injektionsgeräten bei nicht ver­ holzten Pflanzen enthält, ist davon auszugehen, daß sie für einen derartigen Einsatz ungeeignet sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Injek­ tionsverfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem sowohl feste als auch flüssige Medien injiziert werden, wobei im Falle der zuletzt erwähnten der Nachteil der Leckage ver­ mieden wird, und das darüber hinaus bei Gehölzen sowie bei Pflanzen mit nicht verholzten Sproßachsen angewendet werden kann.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Verwendung na­ delloser druckmittelbetätigter Injektionsgeräte gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs 1 und der Un­ teransprüche 2 bis 5 dieser Anforderung in vollem Umfang gerecht wird.

Im folgenden wird die Erfindung detailliert beschrieben.

Nadellose druckmittelbetätigte Injektionsgeräte sind aus der Humanheilkunde und Tiermedizin bekannt. Seit Jahren werden sie zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken überall dort, wo schmerzfreies Injizieren oder Punktieren erforderlich ist, verwendet. Sie sind im Handel unter ver­ schiedenen Namen erhältlich (hierzu sollen beispielsweise die in der ehemaligen Sowjetunion hergestellte Impfspritze ("Bienchen", das in den USA entwickelte "Jet" und das unga­ rische Impfgerät "Viper" erwähnt werden) sowie in zahlrei­ chen Patent- und Offenlegungsschriften (z. B. DE 34 67 301, EP 0 119 286, US 4 966 581, DE 31 15 373) ausführlich be­ schrieben. Bei Pflanzen haben sie jedoch bis jetzt keine Verwendung gefunden.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß nadellose Injek­ tionsgeräte vom grundsätzlichen Bautyp, so wie sie in den genannten Patentschriften beschrieben sind, sich hervorra­ gend zum Injizieren von verschiedenen Substanzen in Pflan­ zen eignen.

Bei den Injektionsgeräten der genannten Art handelt es sich um Vorrichtungen, bei denen das zu injizierende Medium un­ ter Aufwand von derartiger Energie die Ausspritzkammer der Vorrichtung durch eine Düse verläßt, daß eine nadellose Injektion möglich ist. Durch den dadurch erzeugten kurzen Druckstoß wird auf dem zu injizierenden Objekt (Pflanzen­ organ) die für das Injektionsmittel erforderliche Einschuß­ öffnung mit gewünschter Tiefe erzeugt. Die Injektionstiefe kann dabei durch den Winkel und Abstand des Gerätes von dem zu injizierenden Objekt variiert werden: z. B. je näher die Düse der Objektoberfläche ist, desto tiefer der Injektions­ kegel.

Der für das Ausschießen des zu injizierenden Mediums erfor­ derliche Druck kann je nach Bauweise des Injektionsgerätes unterschiedlich erzeugt werden. Hierzu können beispielswei­ se als Druckmittel aus einer Kohlensäurepatrone ausströmen­ des Gas (DE 34 67 301) oder eine Druckpumpe (DE 31 15 373) verwendet werden.

Der besondere Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß bei der Verwendung von dieser Art kanülen- und nadelfreien In­ jektoren die Gefahr eines durch die Leckage bedingten Wirk­ stoffverlustes vollständig eliminiert ist. Dies gilt ins­ besondere im Falle der Injektionen bei nicht verholzten Pflanzen, bei denen es aufgrund des osmotischen Drucks der Nachbarzellen sehr schnell zum Verschließen der Einschuß­ öffnung kommt.

Die durch die Erfindung erreichten weiteren Vorteile sind darüber hinaus darin zu sehen, daß das zu injizierende Me­ dium in fließfähiger, halbfester oder fester Form vorliegen kann. Bei solcher Art der Düseninjektionen ist es nämlich möglich, auch hochviskose Flüssigkeiten unter Einsatz eines entsprechend hohen Drucks in die Objekte einzuspritzen. Der Grund dafür liegt darin, daß Kanülen und Nadeln hier nicht verwendet werden. Dadurch wird das üblicherweise bei zäh­ flüssigen Medien auftretende Problem des Nadelverschlusses, z. B. durch Verstopfung, ausgeschlossen.

Das nadellose Injektionsverfahren bietet auch die Möglich­ keit, Medien in kristalliner Form zu injizieren. Vorausset­ zung dafür ist, daß einzelne Teilchen des Injektionsmittels ausreichend klein (mikrofein) dimensioniert sind. Als be­ vorzugte Partikelgröße ist der Bereich <1 µm zu nennen.

Die Wirkstoffe können dabei allein oder in Mischung mitein­ ander vorliegen. Sie können im Injektionsmedium gelöst oder dispergiert sein.

Unter den Wirkstoffen, die unter Verwendung nadelloser In­ jektionsgeräte an Pflanzen verabreicht werden können, sind in erster Linie systemisch wirkende Pflanzenschutzmittel (Insektizide, Akarizide, Fungizide, Bakterizide) sowie Pflanzenstärkungsmittel und Wachstumsregulatoren zu nennen.

Systemische Insektizide sind beispielsweise Buthocarboxim, Dimethoat, Fenoxycarb, Methamyl, Oxamyl, Oxydemteton­ methyl, Pirimicarb oder Propoxur.

Systemische Akarizide sind beispielsweise Clofentizin, Fen­ butation-oxyd und Hexythiazox.

Systemische Fungizide sind beispielsweise Benomyl, Bromuco­ nazol, Bitertanol, Etaconazol, Flusilazol, Furalaxyl, Fose­ tyl-Al, Imazalil, Metalaxyl, Penconazol, Propiconazol, Thiabendazol, Triadimefon, Triadimenol oder Triforine.

Unter den systemischen Bakteriziden ist beispielsweise Flu­ mequine zu nennen.

Als Pflanzenstärkungsmittel sind beispielsweise Pflanzen­ auszüge aus Brennessel, Rainfarn, Schachtelhalm oder Stau­ denknöterich zu nennen. Diese bioaktiven Substanzen können je nach dem Injektionsort lokale oder systemische Wirkung in der Pflanze entfalten.

Systemische Wachstumsregulatoren sind beispielsweise Ete­ phon und β-Indolylessigsäure (IES).

Als eine bevorzugte Anwendung der nadellosen Injektoren soll in diesem Zusammenhang die Verabreichung von wachs­ tumshemmenden Substanzen, eine Alternative zu manuellen Er­ ziehungs- und Schnittmaßnahmen im öffentlichen Grün, ge­ nannt werden. Auf diesem Gebiet haben Injektionssysteme in den letzten Jahren (insbesondere in den USA) an ihrer Be­ deutung erheblich zugenommen.

Weitere Substanzen, die unter Verwendung nadelloser Injek­ tionsgeräte verarbeitet werden können, sind Holzschutz- und Holzimprägniermittel.

Seit Jahrhunderten wird Nutzholz zum Schutz gegen Alterungs- und Witterungseinflüsse mit Öl- und Wachsgemi­ schen oder sonstigen Chemikalien (z. B. gegen holzfressende Insekten) getränkt oder mit filmbildenden Überzügen verse­ hen.

Diese Behandlungen haben jedoch den Nachteil, daß sie von Zeit zu Zeit erneuert werden müssen.

Verwendung nadelloser Hochdruckinjektoren bietet eine gün­ stige Alternative zu dem konventionellen Imprägnierverfah­ ren.

Bedingt durch die Tatsache, daß mittels dieser Vorrichtung relativ hochviskose Medien injiziert werden können, ist es möglich, unter Einsatz der genannten Geräte auch polymer­ haltige Flüssigkeiten in ein zu behandelndes Stück Holz einzuspritzen.

Dies ist insofern von besonderer Bedeutung, als das Injek­ tionsmedium eine Formulierung mit gesteuerter Wirkstoff­ freisetzung sein kann. Da es möglich ist, mittels dieser Art der Wirkstoffzubereitungen das Freisetzungsprofil (Freisetzungsdauer und -geschwindigkeit) zu bestimmen, bie­ tet somit das nadellose Injektionsverfahren den Vorteil eines langfristigen Schutzes der Objekte.

Folglich eignen sich nadellose Injektionsverfahren bevor­ zugt bei der Behandlung von Holzgegenständen, bei denen ein langfristiger und anhaltender Schutz gefordert wird, z. B. bei Holzelementen von Pflanzenunterstützungseinrichtungen (Erziehungsgerüste, Baumpfähle) im Erwerbsgartenbau.

Ein weiterer wichtiger Vorteil, der bei der Verwendung na­ delloser Injektionsgeräte erzielt wird, ist eine Arbeits­ zeitersparnis. Diese Vorrichtungen erlauben ein schnelles Arbeiten, sind robust und relativ langlebig. Da sie darüber hinaus zur Sterilisation im Autoklaven geeignet sind, kön­ nen sie auch in Fällen der Wirkstoffverabreichung verwendet werden, wo Virusfreiheit bzw. Virusinfektionsgefahr von Bedeutung sind, z. B. bei der Züchtung von virusfreien Sor­ ten oder bei der Meristemvermehrung.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

2,5 Gewichtsanteile pulverförmiger Polyacrylsäure (Carbopol ETD 2050) wurden in 97 Gewichtsanteilen Wasser dispergiert. Der so hergestellten Suspension wurden 0,5 Gewichtsanteile des Wirkstoffs Al-Fosetyl zugesetzt. Der zugegebene Wirk­ stoff wurde unter ständigem Rühren in der Masse homogen verteilt. Anschließend wurde die wirkstoffhaltige wäßrige Acrylsäure-Dispersion mit einer relativen Viskosität von 0,86 Pa·s (bei 25°C nach Brookfield LVF/Meßkörper) in ein druckmittelbetätigtes nadelloses Injektionsgerät (Typ Der­ mo-Jet) abgefüllt und an der Basis eines einjährigen Himbeertriebs (Rubus idaeus) mit einem Druck von 8,1 bar in Pflanzengewebe eingespritzt

Beispiel 2

0,9 g Salicylsäure (Pflanzenresistenzinduktor) wurden unter Erwärmung auf 30°C in 500 ml dest. Wasser gelöst. 100 ml der so erhaltenen Lösung wurden in eine druckmittelbetätig­ tes nadelloses Injektionsgerät (Typ Dermo-Jet) abgefüllt und an der Basis der Sproßachse einer Tabak-Pflanze (Nico­ tiana tabakum) in Pflanzengewebe eingespritzt.

Claims (5)

1. Verwendung nadelloser druckmittelbetätigbarer Injek­ tionsgeräte zur Injektion von Wirkstoffen in Pflanzen.

2. Verwendung nach Anspruch 1 zur Injektion von wirkstoff­ haltigen Medien in fester, halbfester oder flüssiger Form.

3. Verwendung nach Anspruch 1 zur Injektion von Medien aus der Gruppe systemisch wirkender Pflanzenschutzmittel, Pflanzenstärkungsmittel, Wachstumsregulatoren, Dünge­ mittel sowie Holzbehandlungsmittel.

4. Verwendung nach Anspruch 1 zur Injektion eines Mediums einer Formulierung zur gesteuerten Wirkstofffrei­ setzung.

5. Verwendung nach Anspruch 1 zur Injektion eines Mediums in Form von Pellets mit einem Durchmesser von 0,1 bis 5,0 µm, vorzugsweise von 0,2 bis 1,0 µm.