مواد و ابزارهای نانومقياس در خدمت علوم کشاورزی

[m-farhadpour]

فناوري نانو هيچ زمينه علمي را به حال خود رها نکرده است . علوم کشاورزي نيز از اين قاعده جدا نيستند .تا به حال کاربردهاي متعددي از فناوري نانو در کشاورزي ، صنايع غذايي و علوم دامي مطرح شده است.

رابطه ميان فناوري نانو وعلوم کشاورزي در زمينه هاي زير قابل بررسي است :
1- نياز به امنيت در کشاورزي و سيستم هاي تغذيه اي
2- ايجاد سيستم هاي هوشمند براي پيشگيري و درمان بيماريهاي گياهي
3- خلق وسايل جديد براي پيشرفت در تحقيقات بيولوژي و سلولي
4- بازيافت ضايعات حاصل از محصولات کشاورزي
​

از بين تدابير موجود در مديريت آفات کشاورزي استفاده از آفت کش ها و سموم سريعترين و ارزان ترين روش براي واکنش به يک وضيت اضطراري است .

​

روش هاي کنترل زيستي در حال حاضر بسيار هزينه بر هستند . در اين روش ها کنترل آفت از طريق يکي از دشمنان طبيعي آن آفت صورت مي گيرد . امروزه مصرف بي رويه آفت کش ها مشکلات زيادي را ايجاد کرده اند اين مشکلات شامل اثرات سوء بر سلامت انسان ( ايجاد مسموميت هاي حاد يا بيماري هاي مزمن ) ، تاثير اين مواد بر حشرات گرده افشان و حيوانات اهلي مزارع و همچنين ورود اين مواد به آب و خاک و تاثير مستقيم وغير مستقيم آن در اين نظام هاي زيستي مي باشد .

مصرف بي رويه آفت کش ها محصولات کشاورزي را نيز به منبع ذخيره سم تبديل مي کند​

مهمترين سوال در زمينه استفاده از آفت کش ها اين است که :چقدر از اين سموم استفاده کنيم ؟

​

استفاده از داروهاي (سموم) هوشمند در ابعاد نانو مي تواند راه حل مناسبي باشد . اين داروها که قابليت حرکت در گياه را دارند در بسته هايي که حاوي نشاني خاصي هستند قرار ميگيرند .برچسب نشاني يک کد مولکولي است که بر روي بسته نصب شده و به بسته اجازه ميدهد که به بخشي از گياه که مورد حمله عامل بيماري يا آفت قرار گرفته تحويل داده شود . اين ناقلين در ابعاد نانو همچنين داراي خود تنظيمي نيز مي باشند به اين معني که دارو فقط به ميزان لازم به بافت گياهي تحويل داده مي شود .
دقت در رديابي بافت هدف و ميزان اندک اما موثر دارو باعث مي شود استفاده از سموم در کشاورزي به حداقل برسد .
همه ما ميدانيم که پيشگيري بر درمان مقدم است . بيماري هاي گياهي نيز از روي علائمي مانند تغيير رنگ يا تغيير شکل اندام ها شناسايي مي شوند ولي مسئله اينجاست که اين علائم مدتها پس از ورود عامل بيماري به بافت گياه بروز پيدا مي کنند به همين خاطر با سريعترين اقدام ها براي جلوگيري از شيوع بيماري باز هم مقداري از محصول از بين مي رود . در نتيجه نياز به ابزاري که به کمک آن بتوان در همان مراحل ابتدايي ورود عامل بيماري، آن را کنترل و مهار کرد بسيار ضروري به نظر ميرسد.
نانو حسگرهاي زيستي ابزارهايي هستند که که از تلفيق ابزارهاي شيميايي ، فيزيکي و زيستي بدست آمده اند.

تصوير ورود يک نانوحسگر زيستي به درون يک سلول

​

اين حسگرها شامل ترکيبات زيستي مانند يک سلول ، آنزيم و يا آنتي بادي متصل به يک مبدل انرژي هستند و قادرند که تغييرات ايجاد شده در مولکول هاي اطراف خود را گزارش دهند . اين گزارش ها توسط سيگنالهايي که مبدل انرژي به تناسب با مقدار آلودگي توليد ميکند دريافت مي شوند. بنابراين اگر تجمع زيادي از عامل بيماري در اطراف اين حسگرها وجود داشته باشد سيگنال هاي قوي فرستاده مي شوند . ارزيابي حضور آلاينده ها در محيط توسط حسگرها در چند دقيقه ميسر است اما با استفاده از روش هاي رايج حداقل 48 ساعت زمان براي تشخيص نياز است .
استفاده از نانوحسگرهاي زيستي در بسته هاي غذايي نيز کاربرد که در صورت شروع فساد مواد غذايي مي توانند هشدار دهنده باشند .

​

از ديگر کاربردهاي فناوري نانو در صنايع غذايي ايجاد پلاستيک هاي جديد در صنعت بسته بندي مواد غذايي است . در توليد اين پلاستيک ها از فناوري نانو ذراتاستفاده شده است . اکسيژن مسئله سازترين عامل در بسته بندي مواد غذايي است زيرا اين عنصر باعث فساد چربي مواد غذايي و همچنين تغيير رنگ آنها ميشود . در اين پلاستيک جديد نانوذرات به صورت زيگزاگ قرار گرفته اند و مانند سدي مانع از نفوذ اکسيژن مي شوند .
به بيان ديگر مسيري که گاز بايد براي ورود به بسته طي کند طولاني مي شود . به همين خاطر مواد غذايي در اين بسته ها تازگي خود را بيشتر حفظ مي کنند .

با طولاني کردن مسير حرکت مولکولهاي اکسيژن، مواد غذايي ديرتر فاسد مي شوند.

​

فناوري نانو با استفاده از فرايندهاي طبيعي زيستي ، شيميايي و فيزيکي در بازيافت مواد باقيمانده از محصولات کشاورزي و تبديل آنها به انرژي و يا مواد شيميايي صنعتي نيز نقش دارد . به طور مثال از زمان برداشت پنبه تا توليد پارچه بيش از 25 % الياف به ضايعات تبديل مي شوند . در دانشگاه کرنل در آمريکا روشي تحت عنوان «ريسندگي الکتريکي» ابداع شده که با استفاده از اين روش از ضايعات پنبه محصولاتي مانند کلافهاي پنبه و نخ البته با کيفيت پايين تر توليد ميکنند . دانشمندان علوم پليمر از اين روش براي توليد نانو فيبرها از سلولز که 90% الياف پنبه را تشکيل مي دهد استفاده کرده اند و اليافي کمتر از 100 نانومتر توليد کرده اند که 1000 بار کوچکتر از الياف فعلي است .

​

يکي از کاربردهايي که براي اين الياف ريز سلولزي بيان شده جذب آفت کش ها و کودهاي شيميايي از محيط براي جلوگيري از ورود آنها به اکوسيستم و رها کردن مجدد اين مواد در محيط در مواقع مورد نياز است .از ديگر محصولات فناوري نانو ، نانو کاتاليزورها هستند که قابليت تبديل روغن هاي گياهي به سوخت را جهت ايجاد منابع جديد انرژي دارند .پيشرفت در زمينه علوم گياهي، کشاورزي و صنايع غذايي رابطه مستقيمي با پيشرفت در تحقيقات زيست شناسي سلولي و مولکولي دارد . توليد ابزارهاي جديد تحول شگرفي در تحقيقات سلولي و مولکولي ايجاد کرده است . امروزه ميکروسکوپ هايي که قابليت ايجاد مشاهده در مقياس نانو را دارند در توسعه علوم زيستي نقش مهمي را ايفا مي کنند.