Quando os agricultores aplicam pesticidas em suas colheitas, 30 a 50 % terminam no ar ou no solo, em vez de árvores químicas. Agora, um grupo de pesquisadores do MIT e Cingapura criaram muitas maneiras mais específicas de fornecer substâncias às árvores: pequenas agulhas feitas de seda.
Em um estudo publicado hoje Nature Nano TechnologyOs pesquisadores criaram uma maneira de produzir muitos micronadóis desses seda em branco. Eles os usaram para injetar produtos químicos e nutrientes agrícolas nas árvores e monitorar sua saúde.
“Há uma grande necessidade de tornar a agricultura mais eficiente”, disse Beledo Merelley, autor sênior do professor de pesquisa e engenharia civil e ambiental do MIT. “Os produtos químicos agrícolas são importantes para apoiar nosso sistema alimentar, mas também trazem efeitos colaterais caros e ambientais; portanto, há uma grande necessidade de fornecê -los adequadamente”.
O estudo é liderado pelo CAO PhD ‘2222, atualmente uma Universidade PostDok Yale e ex-Postdok Duun Kim, do Merelley Lab, que inclui pesquisa e tecnologia para a Aliança Agrícola (SMART) da Aliança de Cingapura (SMART) no grupo de pesquisa interdisciplinar.
Nas manifestações, a equipe usou a técnica para fazer com que as plantas ferrovam para o tratamento de uma doença conhecida como clorose e adicionar vitamina B12 às plantas de tomate. Os pesquisadores também mostraram que os micronadóis podem ser usados para monitorar a qualidade dos fluidos fluidos e detectar metais pesados no solo circundante.
No geral, os pesquisadores acreditam que os micronadóis podem atuar como um novo tipo de interface da planta para o monitoramento e biofortificação da saúde em tempo real.
“Esses micronadóis podem ser uma ferramenta para os cientistas de plantas, para que possam entender a saúde da planta e como crescem”, disse Merelley. “Mas eles também podem ser usados para adicionar o preço da colheita, são mais elásticos e provavelmente aumentando o rendimento”.
Trabalho interno
Para acessar os tecidos internos das plantas vivas, os cientistas precisam passar pela pele encerada da planta sem muita pressão. Em trabalhos anteriores, os pesquisadores usaram micronadóis baseados em seda para fornecer produtos químicos agrícolas para plantas no ambiente de laboratório e detectar mudanças de pH nas plantas vivas. No entanto, esses esforços iniciais estão envolvendo pequenas cargas úteis restringindo suas aplicações na agricultura comercial.
“Os micronadóis foram originalmente feitos para o fornecimento de vacinas humanas ou outras drogas”, explicou Marelly. “Agora o adaptamos para que a tecnologia possa funcionar com a planta, inicialmente não podemos fornecer produtos químicos e nutrientes agrícolas adequados para reduzir os estressores ou aumentar o valor nutricional da colheita”.
A estrutura em branco pode aumentar a quantidade de produtos químicos que podem fornecer micronadol, mas Merelley diz que essas estruturas requerem salas limpas e instalações caras, como o Histor Tihaso Hit.Nano Building dentro do edifício.
Para este estudo, o CAO e o KIM criaram uma nova maneira de criar micronadóis de seda em branco, combinando proteínas de fibroína de seda com pequenas soluções de molde em forma de cone. À medida que a água evapora a partir da solução, a seda gosta do molde quando o sal produz uma estrutura cristalina dentro do molde. Quando o sal foi removido, deixou uma estrutura em branco ou um pequeno orifício em cada agulha, dependendo da concentração de sal e da separação de níveis orgânicos e inorgânicos.
“Este é um belo processo de tecido geral que pode ser feito em uma casa limpa – você pode fazê -lo na sua cozinha, se quiser”, “não requer nenhum equipamento caro”.
Os pesquisadores então testaram a capacidade de fornecer ferro às plantas de tomate de ferro-ghati de seus micronadóis, o que poderia causar uma doença conhecida como clorose. A clorose pode reduzir o rendimento, mas pode causar tratados efeitos colaterais ineficientes e ambientais, pulverizando a colheita. Os pesquisadores mostraram que seus micronadóis em branco podem ser usados para o fornecimento sustentável de ferro sem danificar as plantas.
Os pesquisadores também mostraram que seus micronadóis podem ser usados para fortalecer a colheita enquanto aumentam. .Este, o esforço do forte da colheita está concentrado em minerais como zinco ou ferro, as vitaminas só foram adicionadas após a coleta de alimentos.
Em cada caso, os pesquisadores aplicaram micronadóis nos ramos da planta com as mãos, mas o processo de Marily imaginou o usado automaticamente na fazenda já usada na fazenda para obter uma escala automática e automática.
Como parte do estudo, os pesquisadores usaram os micronadóis para fornecer vitamina B12, que estão disponíveis principalmente em produtos de organismo, criados no cultivo de tomates, o que mostra que a vitamina B12 entrou na fruta do tomate antes da colheita. Os pesquisadores sugerem que seu método pode ser usado para fortalecer mais plantas com vitaminas.
O cientista de plantas Dysuk Urane, com a Distab, explica que “através de uma ampla avaliação, mostramos o efeito adverso mínimo das injeções de micronadol da planta, sem efeitos negativos a curto prazo”.
“Esse novo processo de entrega abre muitos aplicativos em potencial, por isso não queríamos fazer nada assim antes”, explicou Merrelli.
Finalmente, os pesquisadores procuraram o uso de seus micronadóis para monitorar a saúde da planta, estudando tomates crescentes em soluções hidropônicas que estão contaminadas com cádmio, que é um metal tóxico que geralmente é encontrado na fazenda perto de locais de arte e mineração. Eles mostraram que seus micronadóis haviam absorvido toxina dentro de 15 minutos após a injeção de caules de tomate, fornecendo uma maneira de detecção rápida.
As técnicas avançadas atuais para o monitoramento da saúde das plantas, como análise colorida e hiperactal, podem detectar apenas problemas após o crescimento da planta já estagnado. Outros métodos, como a amostragem SAP, podem ser muito tempo que consomem.
Por outro lado, os micronadóis podem ser usados para coletar o SAP com mais facilidade para executar análises químicas. Por exemplo, os pesquisadores mostraram que podem observar camadas de cádmio em tomates por 18 horas.
Uma nova plataforma para agricultura
Os pesquisadores acreditam que os micronadóis podem ser usados como um complemento aos exercícios agrícolas existentes, como pulverização. Os pesquisadores também observaram que a tecnologia possui aplicações fora da área agrícola, como a engenharia biomédica.
“Essa nova técnica de fabricação de micronadol polimérico também pode se beneficiar da distribuição transdérmica de micronadol-médios e de distribuição de medicamentos e monitoramento da saúde”, diz CAO.
Agora, porém, Merrelli acredita que os micronadóis fornecem uma maneira de uma área agrícola mais precisa e sustentável.
“Queremos maximizar o crescimento da planta sem afetar negativamente a biodiversidade da saúde da fazenda ou do ecossistema circundante”, disse merilicamente. “Nenhum comércio entre a indústria agrícola e o meio ambiente deve ser interrompido. Eles devem trabalhar juntos”.
Este trabalho foi apoiado pela Pesquisa Naval dos Estados Unidos, pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA, à Smart, à National Research Foundation of Singapore e ao Gabinete do Primeiro Ministro em Cingapura.
