Технология применения шелковых микроигл: чтобы овощи росли здоровыми и полезными
В исследовании, опубликованном недавно в Nature Nanotechnology, представлен способ производства полых шелковых микроигл, которые можно использовать для инъекций агрохимикатов и питательных веществ в растения, а также для мониторинга их здоровья. Актуальность разработки связана с потребностью повышения эффективности сельского хозяйства и рационального использования агрохимикатов, которые важны для поддержки продовольственной системы, но имеют побочные эффекты для окружающей среды.
Когда фермеры применяют пестициды к своим культурам, от 30 до 50 процентов химикатов попадают в воздух или почву, а не на растения. Чтобы решить эту проблему, группа исследователей из Массачусетского технологического института (МИТ) и Сингапура разработала гораздо более точный способ доставки веществ к растениям с помощью крошечных игл из шелка. Исследователи полагают, что микроиглы могут служить новым видом растительного интерфейса для мониторинга здоровья в режиме реального времени и биоукрепления.
Как сообщается на сайте МИТ, микроиглы изначально были разработаны для доставки вакцин или других лекарств людям, но затем технология была адаптирована для работы с растениями. Она была использована для того, чтобы давать растениям железо для лечения болезни, известной как хлороз, и добавлять витамин B12 к растениям томатов, чтобы сделать их более питательными. Исследователи показали, что микроиглы полезны также для мониторинга качества жидкостей, поступающих в растения, и для обнаружения тяжелых металлов в окружающей почве. По мнению исследователей МИТ, микроиглы можно использовать для повышения ценности сельскохозяйственных культур, делая их более устойчивыми и, возможно, даже увеличивая урожайность.
В ходе исследований ученые создали новый способ изготовления полых шелковых микроигл, объединив белок фиброина шелка с солевым раствором внутри крошечных конусообразных форм. По мере испарения воды из раствора шелк затвердевал в форме, а соль образовывала кристаллические структуры внутри форм. Когда соль удалялась, она оставляла в каждой игле полую структуру или крошечные поры, в зависимости от концентрации соли и разделения органической и неорганической фаз.
В экспериментах исследователи вручную прикрепляли микроиглы к стеблям растений, но в перспективе планируется оснастить ими автономные транспортные средства и другое оборудование, уже используемое на фермах, чтобы автоматизировать и масштабировать этот процесс. Авторы разработки полагают, что микроиглы открывают путь к более точным и устойчивым методам ведения сельского хозяйства. Они могут быть использованы для дополнения существующих сельскохозяйственных практик, таких как распыление. Исследователи также отмечают, что технология имеет применение за пределами сельского хозяйства, например, в биомедицинской инженерии. Свою цель исследователи МИТ определяют как стремление максимизировать рост растений, не оказывая негативного влияния на здоровье фермы или биоразнообразие окружающих экосистем. Не должно быть компромисса между сельскохозяйственной отраслью и окружающей средой. Они должны работать вместе, считают они.
