NANOKOOD TAFTANSHIMI
فناوري کود نانو Nano Technology واژه اي است كلي كه به تمام فناوري هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي شود. معمولاً منظور از مقياس نانو ابعادي در حدود nm 1 تا nm 100 مي باشد. 1 نانومتر، يك ميليارديم متر است. تحقيق و توسعه هدفمند، براي درك و دستكاري و اندازه گيري ها مورد نياز در سطح موادي با ابعاد در حد اتم، مولكول و سوپرمولكول ها را فناوري نانو مي گويند. اين مفهوم با واحدهايي از يك تا صد نانومتر، همبستگي دارد.
كاربردهاي فناوري نانو در شاخه هاي مختلف كشاورزي
فناوري نانو هيچ زمينه علمي را به حال خود رها نكرده است. علوم كشاورزي نيز از اين قاعده جدا نيستند. تا به حال كاربردهاي متعددي از فناوري نانو در كشاورزي، صنايع غذايي و علوم دامي مطرح شده است. رابطه ميان فناوري نانو و علوم كشاورزي در زمينه هاي زير قابل بررسي است
- نياز به امنيت در كشاورزي و سيستم هاي تغذيه اي
- ايجاد سيستم هاي هوشمند براي پيشگيري و درمان بيماري هاي گياهي
-خلق وسايل جديد براي پيشرفت در تحقيقات بيولوژي و سلولي
- بازيافت ضايعات حاصل از محصولات كشاورزي
كاربردهاي نانو در گياه پزشكي
بيماري هاي گياهي از روي علائمي مانند تغيير رنگ يا تغيير شكل اندام ها شناسايي مي شوند ولي مسئله اينجاست كه اين علائم مدت ها پس از ورود عامل بيماري به بافت گياه بروز پيدا مي كنند به همين خاطر با سريع ترين اقدام ها براي جلوگيري از شيوع بيماري باز هم مقداري از محصول از بين مي رود. در نتيجه نياز به ابزاري كه به كمك آن بتوان در همان مراحل ابتدايي ورود عامل بيماري، آن را كنترل و مهار كرد بسيار ضروري به نظر مي رسد.
حسگرهاي هوشمند و سيستم هاي حمل هوشمند به منظور رديابي و مبارزه سريع و مفيد با ويروس ها و ساير عوامل بيماريزا گياهي به كار مي روند. نانو حسگرهاي زيستي، ابزارهايي هستند كه از تلفيق ابزارهاي شيميايي، فيزيكي و زيستي بدست آمده اند. اين حسگرها شامل تركيبات زيستي مانند يك سلول، آنزيم و يا آنتي بادي متصل به يك مبدل انرژي هستند و قادرند كه تغييرات ايجاد شده در مولكول هاي اطراف خود را گزارش دهند. اين گزارش ها توسط سيگنال هايي كه مبدل انرژي به تناسب با مقدار آلودگي توليد مي كند دريافت مي شوند. بنابراين اگر تجمع زيادي از عامل بيماري در اطراف اين حسگرها وجود داشته باشد سيگنال هاي قوي فرستاده مي شوند. همچنين تيمار مولكولي بيماري ها، رديابي سريع بيماري ها، افزايش توانمندي گياهان براي جذب مواد مورد نياز با استفاده از اين فناوري قابل دسترسي است.
كاربردهاي نانو در توليد سموم موثر و كم خطر
ذرات سموم كشاورزي به وسيله عواملي از قبيل باد، وارد هوا شده و با ورود به سيستم تنفسي انسان، آن را در معرض انواع بيماري هاي استنشاقي قرار مي دهد، تحولات نانوفناوري، با افزايش ميزان سوددهي و كاهش عوارض سموم كشاورزي، معضلات اين سموم را رفع مي كند و آنها را به محصولاتي مفيد تبديل مي كند.
توليد سموم با استفاده از نانوذرات و نانوكپسول ها اين نسل از سموم قابليت رهايش كنترل شده يا تاخيري، جذب و تاثيرگذاري بيشتر و سازگاري با محيط زيست را دارا هستند.
-توليد كريستال هاي نانويي جهت افزايش كارايي استفاده از آفت كش ها استفاده از كريستال هاي نانويي امكان كاربرد آفتك ش ها با دزهاي كمتر را فراهم مي آورد و اين يعني به حداقل رساندن ورود اين تركيبات خطرناك به طبيعت.
نانوسم ها
از بين تدابير موجود در مديريت آفات كشاورزي استفاده از آفت كش ها و سموم سريع ترين و ارزان ترين روش براي واكنش به يك وضعيت اضطراري است. روش هاي كنترل زيستي در حال حاضر بسيار هزينه بر هستند. در اين روش ها كنترل آفت از طريق يكي از دشمنان طبيعي آن آفت صورت مي گيرد .امروزه مصرف بي رويه آفت كش ها مشكلات زيادي را ايجاد كرده اند اين مشكلات شامل اثرات سوء برسلامت 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 خاك و تاثير مستقيم وغيرمستقيم آن در اين نظام هاي زيستي مي باشد. استفاده از داروهاي سموم هوشمند در ابعاد نانو مي تواند راه حل مناسبي باشد. اين داروها كه قابليت حركت در گياه را دارند در بسته هايي كه حاوي نشاني خاصي هستند قرار مي گيرند .برچسب نشاني يك كد مولكولي است كه بر روي بسته نصب شده و به بسته اجازه مي دهد كه به بخشي از گياه كه 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 كه دارو فقط به ميزان لازم به بافت گياهي تحويل داده مي شود.
آفت كش هاي نانو به شكل امولسيون
امروزه آفت كش هايي با ماده مؤثر نانومقياس به بازار راه يافته اند، براي مثال شركت BASF آلمان، توان بالقوه و مفيد فناوري نانو را در توليد فرمولاسيون آفت كش ها مورد تاييد قرار داده و در اين رابطه دست به انجام تحقيقات پايه اي زده است. اين شركت پتنتي را تحت عنوان« نانوذرات به عنوان عامل محافظت از محصولات كشاورزي “ارائه كرده، كه در آن از جزء فعال با اندازه ايده آل بين ده تا 150 نانومتر استفاده شده است. اين تركيب داراي مزايايي چون حلاليت آسان تر در آب ، پايداري بيشتر و قدرت آفت كشي بهينه است.
يكي ديگر از شركت هاي پيشرو در اين زمينه، شركت Bayer Crop Scienceآلمان است كه اين شركت نيز پتنتي را ارائه نموده كه در آن از شكل امولسيون با پايداري ترموديناميكي و داراي جزء فعال نانو مقياس در حدود ده تا 400 نانومتر استفاده شده است. اين شركت پتنت خود را تحت عنوان ميكروامولسيون غليظ نام نهاده و مزيت هايي نظير كاهش مقدار استفاده، تاثيرگذاري سريع تر، قابل اعتمادتر، طولاني تر و گسترده تر را براي آن مدعي شده است. شركت سينجنتا محصولات، تنظيم كننده رشد Primo MAXXو قارچ كش Banner MAXX و Subdue MAXX را توليد كرده كه مدعي است اين محصولات ذراتي به كوچكي حدود صد نانومتر دارند و به همين دليل باعث گرفتگي فيلترهاي مخازن اسپري نشده و با آب كاملاً مخلوط مي شوند؛ به طوري كه داخل مخزن اسپري ته نشين نمي گردند.
قارچ كش Banner MAXXحتي بعد از گذشت يك سال از آب جدا نمي شود، در حالي كه قارچ كش هاي داراي ذرات فعال با اندازه بزرگ تر، نوعاً جهت جلوگيري از كلوخه شدن هر دو ساعت يك بار نياز به هم زدن دارند. سينجنتا اعلام داشته كه اندازه ذرات اين فرمولاسيون حدود 250 مرتبه كوچك تر از ذرات آفت كش معمولي است .براساس ادعاي شركت مذكور، ماده مؤثره اين فرمولاسيون به داخل سيستم گياه جذب و به وسيله باران يا آبياري نيز شسته نمي شود و بازدارنده بيوسنتز استرول است لذا مانع از رشد قارچ ها مي شود. اين ماده با طيف اثر وسيع قارچ كشي براي كنترل بيماري ها در چمن و گياهان زينتي است. تركيب Subdue MAXX هم قارچ كشي سيستميك است كه براي كنترل قارچ هاي فيتوفتورا Phytophtora و پيتيوم Pythium توليد شده است.
آفت كش هاي نانو كپسوله شده
يك روش پيشرفته جهت فرمولاسيون آفت كش ها در مقياس نانو، كپسوله كردن آنهاست، دراين روش ماده موثره نانومقياس در داخل يك محفظه يا پوسته كوچك بسته بندي مي گردد. طبق اطلاعات صنعتي، فرموله كردن آفت كش ها در كپسول ها باعث تغييرات انقلاب گونه اي مي گردد كه توانايي كنترل رهايش آفت كش در شرايط مختلف را فراهم مي آورد. همچنين اين اقدام باعث بالا رفتن حلاليت، كاهش تماس مواد فعال با كاربران و حفاظت از محيط زيست مي گردد.
شركت مونسانتو، بزرگ ترين توليدكننده بذرGM و علف كش پرمصرف رانداپ، در آمريكا، نانوكپسول هاي Agsome حاوي رانداپ توليد كرد كه از نظر شيميايي مؤثرتر از فرمولاسيون هاي معمول است. حشره كش KARATE با فرمولاسيون ميكروكپسوله با رهايش سريع كه حشرات مكنده و جونده در بسياري از گياهان زراعي بيشتر از 100 محصول نظير پنبه، ذرت، غلات و سبزيجات و... را كنترل مي كند. ماده موثره اين تركيب لامبدا-سايهالوترين است كه سريعا به داخل كوتيكول حشره نفوذ مي كند و باعث تخريب سيستم عصبي حشره مي گردد. ساير تركيبات حشره كشي شركت سينجنتا شامل ICON، DEMAND، COMMODORE، WARRIOR و KUNG FU را مي توان نام برد.
دانشمندان سينجنتا در حال تحقيق بر روي كپسول هايي هستند كه با سازوكار ماشه اي آزاد مي شوند و در آنها ديواره بيروني كپسول فقط در شرايط خاصي بازمي گردد. به طوري كه سينجنتا پتنتي را در اختيار دارد كه به آن ميكروكپسول gutbuster گفته مي شود و مزيت آن اين است كه تنها در محيط قليايي، نظير معده انواع خاصي از حشرات مي تواند باز شود. اين شركت همچنين در حال تحقيق و بررسي روي آفت كش هاي نانو كپسوله شده است، به هر حال اين واضح است كه استفاده از مقياس نانو باعث تغييرات شگرفي در رفتار محصول فرموله شده مي شود، از آن جمله مي توان به افزايش تاثير ماده مؤثره و فعاليت بيولوژيكي طولاني تر آن و در خصوص آفت كش هاي كپسوله شده به رهايش كنترل شده ماده مؤثره اشاره نمود. مزيت بزرگ فناوري كپسوله كردن سموم، ايجاد توانايي رهايش كنترل شده آنهاست كه در اين مسير فناوري نانو شركت ها را قادر به دستكاري كردن خواص قشر بيروني كپسول به منظور كنترل رهايش ماده مي سازد. رهايش كنترل شده علاوه بر صنايع شيمي- كشاورزي در صنايع ديگر همچون داروسازي نيز بسيار با اهميت است. فرايند رهايش ماشه اي ماده قرار گرفته در نانو يا ميكرو كپسول را مي توان با روش هاي مختلف انجام داد، مثال هايي از انواع آنها در ادامه آورده شده است
رهايش تدريجي در اين شيوه كپسول محتويات خود را به آهستگي و در زمان بيشتري آزاد مي كند، براي مثال رسانش تدريجي يك ماده به بدن.
رهايش سريع در اين فرايند پوسته كپسول در تماس با يك سطح مي شكند، براي مثال هنگامي كه آفت كش به برگ برخورد مي كند.
رهايش با رطوبت در اين شيوه پوسته كپسول در تماس با آب مي شكند و محتوياتش را خالي مي كند، براي مثال رهايش آفت كش در خاك مرطوب.
رهايش با حرارت هنگامي كه دماي محيط از يك درجه حرارت به خصوص بيشتر شود پوسته كپسول مي شكند و محتوياتش را آزاد مي كند.
رهايش با pH عمل شكستن نانو كپسول فقط در يك محيط اسيدي يا قليايي اتفاق مي افتد، براي مثال در داخل شكم يك حشره يا يك سلول.
نانو علف كش ها
دانشمندان مشغول ساخت نانو علف كشي هستند كه اين امكان را براي كشاورز فراهم مي كند كه بدون استفاده از مواد شيميايي، علف هاي هرز مزرعه خود را از بين ببرد. توليد اين علف كش نتيجه تلاش مشترك دانشمندان مكزيكي و هندي است. در اين روش علف كش به پوسته بذر گياهان هرز حمله كرده و مانع جوانه زني آنها مي شود. اين ماده بذر گياهان هرز را حتي هنگامي كه در زير خاك قرار دارند از بين مي برد و از رشد آنها حتي در بهترين شرايط محيطي جلوگيري مي كند. نانو علف كش ها به راحتي با خاك مخلوط مي شوند و بذر علف هاي هرز موجود در خاك را هدف قرار مي دهند.
اين روش بر شخم زدن زمين و برداشت دستي گياهان هرز برتري داشته و هزينه هاي كنترل را كاهش مي دهد. استفاده از اين محصول، نياز به سموم علف كش را كاهش داده و بنابراين تا حد زيادي، مشكل مقاومت علف هاي هرز به علف كش ها را حل مي نمايد. طرح نانو علف كش ها در 5 سال اخير در دست اقدام بوده و تاكنون بودجه اي نزديك به 240 هزار دلار براي آن هزينه شده است.
كاربردهاي نانو در خاك شناسي
توليد نانوكودها Nanofertilizers اين تركيبات نانويي به سرعت و به صورت كامل جذب گياه شده و به خوبي نيازها و كمبودهاي غذايي آن را مرتفع مي سازد.
كودهاي نانو كپسوله با استفاده از نانو ذرات و نانوكپسول ها مي توان كودهايي با رهايش كنترل شده يا تاخيري توليد نمود. همچنين جذب كودهايي كه با اين ابعاد توليد مي گردند، راحت تر شده و نسبت به كودهاي رايج تاثير بيشتري دارند. علاوه بر آن مي توان كودهاي شيميايي زيست سازگار ايجاد كرده و از آلودگي محيط زيست و شوري بيش از حد خاك پرهيز نمود.
