Det store problem med global fødevareproduktion har en meget lille løsning

Svaret på den voksende, verdensomspændende fødevareproduktionsproblem kan have en lillebitte løsning - nanopartikler, som bliver udforsket som både gødning og fungicider til afgrøder.

NanoFARM; et forskningskonsortium dannet mellem Carnegie Mellon University, University of Kentucky, universitetet i Wien, og Aveiro Universitet i Prag; undersøger virkningerne af nanopartikler på landbruget. De fire universiteter modtog stipendier fra deres landes respektive National Science Foundations for at opdage, hvordan disse små partikler - kun 4 nanometer i diameter - kan revolutionere, hvordan landmænd dyrker deres mad.

"Det, vi gør, er at få en grundlæggende forståelse af nanopartikel-til-plante-interaktioner for at muliggøre fremtidige forståelser, "siger CEE -professor Greg Lowry, hovedefterforsker for nanoFARM-projektet. "Med pesticider, mindre end 5 % går til afgrøden – resten går bare ud i miljøet og gør skadelige ting. Det, vi forsøger at gøre, er at minimere det spild og de tilsvarende miljøskader ved at gøre et bedre stykke arbejde med at målrette mod leveringen. "

Holdene ser på to mål:Hvor meget nanomateriale er der brug for for at hjælpe afgrøder, når det kommer til at fjerne skadedyr og levere næringsstoffer, og hvor meget kan potentielt skade planter eller omgivende økosystemer?

Påførte pesticider og gødning er sårbare over for vask - især hvis der er en regnbyge kort efter påføring. Men nanopartikler vaskes ikke så let af, hvilket gør dem ekstremt effektive til at levere mikronæringsstoffer som zink eller kobber til afgrøder.

"Hvis du putter zinksalt i vand, opløses det hurtigt, " siger ph.d.-studerende Xiaoyu Gao, som har været hos NanoFARM siden starten. "Hvis du tilføjer zinkoxid-nanopartikler i stedet, det kan tage dage eller uger at opløse, giver en langsom, langsigtet leveringssystem. "

Gao forsker i den hastighed, hvormed nanopartikler opløses. Hans seneste opdagelse er, at nanopartikler af kobberoxid tager op til 20-30 dage om at opløses i jorden, hvilket betyder, at de leverede næringsstoffer til planterne med en jævn hastighed over den tidsperiode.

"I udviklingslande som Kina og Indien, et stort antal mennesker sulter, " siger Gao. "Denne form for teknologi kan hjælpe med at give mad og spare energi."

Men Gaos forskning er kun en brik i NanoFARM-puslespillet. Lowry rejste for nylig til Australien med ph.d. studerende Eleanor Spielman-Sun for at undersøge, hvordan forskelligt ladede nanopartikler blev absorberet i hvedeplanter.

De lærte, at negativt ladede partikler var i stand til at bevæge sig ind i en plantes årer - hvilket gør dem til en god egnethed til en landmand, der ønskede at anvende et fungicid. Neutralt ladede partikler gik ind i bladenes væv, hvilket ville være gavnligt for avlere, der ønskede at berige en fødevare med næringsværdi.

Lowry sagde, at de stadig er langt fra at skrive under på et færdigt produkt til alle afgrøder - lige nu koncentrerer de sig om tomat- og hvedeplanter. Men med hjælp fra deres universitetspartnere, de er langsomt ved at skabe systemer til mere forskning.