Små nanoteknologier er klar til at få en enorm indflydelse på landbruget

Videnskab handler om store ideer, der ændrer verden. Men nogle gange, store påvirkninger kommer fra de mindste genstande.

Nanoteknologi kan lyde som science fiction, men det repræsenterer teknologier, der er blevet udviklet i årtier. Nanoteknologiske tilgange har fundet anvendelse i den virkelige verden på en lang række områder, fra kompositmaterialer i tekstiler til landbrug.

Landbrug er en af ​​de ældste menneskelige opfindelser, men nanoteknologi leverer moderne innovationer, der dramatisk kan forbedre effektiviteten af ​​vores fødevareforsyning og reducere miljøpåvirkningen fra produktionen.

Landbrug kommer med omkostninger, som landmændene kun er alt for fortrolige med:Afgrøder kræver betydelige mængder vand, jord og brændsel til at producere. Gødning og pesticider er nødvendige for at opnå det nødvendige høje afgrødeudbytte, men deres brug kommer med miljømæssige bivirkninger, selvom mange landmænd udforsker, hvordan nye teknologier kan reducere deres indvirkning.

De mindste genstande

Nanoteknologi er videnskaben om objekter, der er nogle få nanometer – milliarder af en meter – på tværs. I denne størrelse, genstande får unikke egenskaber. For eksempel, overfladearealet af en sværm af partikler i nanoskala er enorm sammenlignet med den samme masse, der er samlet i en enkelt storskala klump.

Variering af størrelsen og andre egenskaber af objekter i nanoskala giver os en hidtil uset evne til at skabe præcisionsoverflader med meget tilpassede egenskaber.

Anvendelse af partikler

Traditionelt, påføring af kemikalier involverer først at blande de aktive ingredienser i vand og derefter sprøjte blandingen på afgrøder. Men ingredienserne blandes ikke let, gør dette til en ineffektiv proces, der kræver store mængder vand.

For at forbedre effektiviteten og reducere miljøpåvirkningen, landmænd har brug for deres gødning og pesticider for at nå deres afgrøder og blive absorberet i planten, præcis hvor de er nødvendige - i rødderne eller bladene, for eksempel. Ideelt set de kunne bruge lige nok af kemikaliet til at øge afgrødens udbytte eller beskytte den mod angreb eller infektion, hvilket ville forhindre overskydende spild.

Skræddersyede systemer i nanoskala kan bruge præcisionskemi til at opnå højeffektiv levering af gødning eller pesticider. Disse aktive ingredienser kan indkapsles på en måde svarende til, hvad der sker ved målrettet lægemiddellevering. Indkapslingsteknikken kan også bruges til at øge mængden opløst i vand, reducere behovet for store mængder.

Aktuelle applikationer

Starpharma, en medicinalvirksomhed, kom ind i dette spil for et par år siden, da det oprettede en afdeling, der skulle anvende sine nanoteknologiske innovationer til landbrugssektoren. Virksomheden har siden solgt sin agrokemiske virksomhed.

Psigryph er en anden innovativ nanoteknologivirksomhed inden for landbruget. Dens teknologi bruger biologisk nedbrydelige nanostrukturer afledt af Montmonercy surkirsebærekstrakt til at levere bioaktive molekyler gennem cellemembraner i planter, dyr og mennesker.

Mit laboratorium har brugt år på at arbejde med nanovidenskab, og jeg er stolt over at se vores grundlæggende forståelse af at manipulere polymerindkapsling på nanoskala finde vej til anvendelser i landbruget. En tidligere elev, Darren Andersen, er administrerende direktør for Vive Crop Protection, udnævnt til en af ​​Canadas mest voksende virksomheder:de tager kemiske og biologiske pesticider og suspenderer dem i "nanopakker" - der fungerer som utroligt små polymer-shuttles - for at få dem til nemt at nå deres mål. Ingredienserne kan kontrolleres og styres præcist, når de påføres på afgrøder.

Eksisterende infrastruktur

En bonus ved disse nanoteknologiske udviklinger er, at de faktisk ikke kræver noget nyt udstyr overhovedet, hvilket er en enorm fordel i den økonomisk udfordrende landbrugserhverv. Landmænd blander simpelthen disse produkter ved at bruge mindre vand og brændstof for at opnå effektivitetsgevinster.

Andre landbrugsanvendelser for nanoteknologi omfatter dyresundhedsprodukter, fødevareemballagematerialer og nanobiosensorer til påvisning af patogener, toksiner og tungmetaller i jord. Det ville ikke være en overraskelse at se den udbredte brug af disse nye applikationer i den nærmeste fremtid.

Når nanoteknologien flyver, denne form for produktivitetsgevinst vil være kritisk for landmænd og en stor ting for os andre, efterhånden som jordens befolkning fortsætter med at vokse, og virkningerne af klimaændringer bliver mere og mere tydelige. Landmændene bliver nødt til at gøre mere med mindre.

Heldigvis, et par milliardtedele af en meter er selve definitionen af ​​mindre. Med hjælp fra lille nanoteknologi, Det globale landbrug er på randen af ​​nogle meget store ting.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.