Грег Лоури и его команда из отдела гражданского и экологического строительства создают наночастицы (NP) и покрытия NP, которые произведут революцию в сельскохозяйственной отрасли. Его исследование уже показало, что наночастицы, покрытые правильными полимерами, можно наносить на листья растений с 99-процентным поглощением, что на несколько порядков более эффективно, чем существующие агрохимические методы доставки. Их NP также могут нацеливаться на конкретные структуры растений с высокой точностью.
[penci_related_posts title=”Вам также может быть интересно” number=”4″ style=”list” align=”none” displayby=”cat” orderby=”random”]
Теперь, в качестве следующего шага в развивающейся области, которую он придумал, «терапия растений», Лоури и Боб Тилтон из химической инженерии работают над «иммунизацией» растений от самых серьезных стрессовых факторов в сельском хозяйстве: засухи и экстремальной жары. В своей недавней статье в ACS Nano они подробно описали первую в истории демонстрацию высвобождения модельного антимикробного агента с запрограммированной температурой внутри растения.
«Продолжительные высокие температуры могут вызвать стресс у сельскохозяйственных культур» , – говорит Тилтон. «Наши материалы разработаны таким образом, что они могут связывать вещества, снимающие тепловое напряжение, и выделять их внутри установки по мере необходимости, когда становится очень жарко».
НЧ представляют собой звездообразный полимер нового типа. Каждый НП содержит модельный антимикробный агент, известный как кристаллический фиолетовый (CV). Команда распыляла НЧ на листья томатов, наблюдая такие же высокие скорости поглощения, как и в предыдущем исследовании Лоури, которые затем распространились по всему растению в течение следующих трех дней. Затем свойства запрограммированного высвобождения стали активными, когда температура внутри завода достигла 35-40 градусов Цельсия, в результате чего НЧ выпустили свой груз CV по всему внутреннему пространству завода.
(Вверху) Контрольные изображения поверхности листа, устьиц и клеток эпидермиса (б), а также устьичной полости и клеток мезофилла (в). (Внизу) Тест на отображение спектрального угла, показывающий оставшиеся НЧ красным цветом: отсутствие цвета указывает на полное поглощение.
Засуха и сильная жара могут убить растения, а также сделать их очень уязвимыми как для биотических, так и для абиотических факторов. Поскольку глобальное потепление продолжает увеличивать продолжительность и силу волн тепла, трудности для сельскохозяйственной отрасли будут только расти. Звездные полимеры Тилтона и Лоури будут бездействовать в растениях до тех пор, пока не поразят тепловые волны, после чего они активируются для высвобождения противомикробных агентов, таких как CV, чтобы дать растениям дополнительный импульс, необходимый им для выживания в эти периоды высокого стресса. Сейчас они изучают возможность введения в растения других терапевтических средств, которые могли бы не только помочь им бороться с опасными патогенами в периоды теплового стресса, но и фактически смягчить сам тепловой стресс, стимулируя фотосинтез внутри.
«Полимеры с качественно схожими характеристиками были исследованы на предмет использования в качестве средств доставки лекарств для лечения», – говорит Тилтон. «Конечно, условия, в которых должны работать средства доставки лекарств и агрохимические носители, а также типы физических и химических сигналов, которые могут использоваться для высвобождения активных агентов в ответ на стимул, совершенно разные. Ключевым моментом было создание правильного химические свойства в наших транспортных средствах для защиты растений ».
По мере изменения климата пахотные земли сокращаются, а население продолжает расти, поэтому повышение эффективности сельского хозяйства как никогда важно. Высокая скорость абсорбции и широкий спектр применений для защиты и питания растений, предлагаемые растительной терапией, вполне могут быть ключом к нейтрализации этих огромных сил. Как Лоури и его коллеги отметили в недавней статье в Nature Food ,сельскохозяйственные нанотехнологии вот-вот перейдут из лаборатории инженера на участок фермера. Тем не менее, эта область по-прежнему требует больших инвестиций и усилий, чтобы продвинуть испытания в масштабе полевых исследований, чтобы продемонстрировать эффективность и экономическую жизнеспособность революционных технологий, таких как NP команды.
Источник: Университет Карнеги-Меллона, Департамент гражданской и экологической инженерии
Фото: Университет Карнеги-Меллона