Kurt Ristroff, Purdue böcek bilimci Elizabeth Long ile ortak bir projede nanotaşıyıcı süspansiyonunu bir maydanoz bitkisine uyguladı. (Fotoğraf: Purdue Üniversitesi)
Batı Lafayette, Ind. —
Nano ölçekli parçacıklar potansiyel olarak küresel tarım ve çevresel sürdürülebilirlik sorunlarının çözümüne yardımcı olabilir.
Bu sorunlar arasında artan gıda talebi, tarımsal faaliyetlerden kaynaklanan sera gazı emisyonları, tarım kimyasallarının artan maliyetleri, iklim değişikliği nedeniyle azalan ürün verimi ve toprak kalitesinin düşmesi yer alıyor. Bir grup uzmana göre, “nano taşıyıcılar” olarak adlandırılan nano ölçekli parçacık mahsulleri sınıfı, tarımı daha sürdürülebilir ve iklim değişikliğine karşı dirençli hale getirebilir. Kurt RistroffYardımcı Doçent Dr. Ziraat ve Biyoloji Mühendisliği Purdue Üniversitesi’nde.
Ristroff, “‘Nanopartikül’ kelimesi farklı insanlar için farklı anlamlar ifade ediyor” dedi. Nanoilaç dağıtımında, bir nanopartikül tipik olarak 60 ila 100 nanometre arasındadır ve lipitlerden veya polimerlerden yapılır. “Çevre dünyasında, bir nanoparçacık tipik olarak 3 ila 5 nanometrelik metal oksit kolloidini ifade eder. Bunlar aynı şey değildir, ancak insanlar her ikisi için de ‘nanoparçacık’ı kullanır.
Ristroph, bitki ilacı dağıtımına yönelik nano yöntemler üzerine 2022’de disiplinlerarası bir çalıştayın düzenlenmesine yardımcı oldu. Ulusal Bilim Vakfı ve ABD Tarım Bakanlığı tarafından finanse edilen çalıştaya akademi, sanayi ve devlet laboratuvarlarından 30 katılımcı katıldı.
Ristroff da dahil olmak üzere birçok çalıştay katılımcısı artık sonuçlarını Nature Nanoteknoloji’de yayınladı. Makaleleri, başlıkları “Tesislerde Nano Destekli Hassas Teslimatı Gerçekleştirmeye Doğru” Nanotaşıyıcı mahsullerin tarımı daha sürdürülebilir ve iklim değişikliğine karşı dirençli hale getirebilme potansiyelini gözden geçiriyor.
Makalenin eşbaşkan yazarı, “Aktif maddelerin bitkilere nano-etkin hassas şekilde verilmesi tarımı dönüştürecek, ancak bunun tüm faydalarını gerçekleştirmek için öncelikle üstesinden gelmemiz gereken ciddi teknik zorluklar var” dedi. Greg LowryWalter J. Blenco, Carnegie Mellon Üniversitesi İnşaat ve Çevre Mühendisliği Kıdemli Profesörü. “Bitki nanobiyoteknolojisi yaklaşımlarının geleceği ve bunların sürdürülebilir gıda üretme yeteneğimiz üzerindeki yararlı etkileri konusunda iyimserim.”
Bitki hücreleri ve insan hücreleri büyük fizyolojik farklılıklara sahiptir. Örneğin bitki hücrelerinde hücre duvarı bulunurken insan hücrelerinde yoktur. Ancak bazı araçlar nanotıptan bitki uygulamalarına aktarılabilir.
“İnsanlar bir hayvandaki nanopartiküllerin etrafındaki biyo-korona oluşumunu incelemek için araçlar geliştirdiler. Restroff, bu OMIC araçlarından bazılarını bitkilerdeki nanopartiküller üzerinde kullanmayı düşünebiliriz” diyor.
Nanopartiküller kan dolaşımına enjekte edildiğinde kanın birçok bileşeni nanopartiküllerin yüzeyine yapışır. Bir nanopartikülün yüzeyine bağlanan farklı proteinler farklı görünür.
O zaman görev, hangi proteinlerin veya diğer moleküllerin yüzeye yapışacağını ve ortaya çıkan parçacığın nereye gideceğini belirlemektir. Belirli bir organa gitmek üzere tasarlanan nanoparçacığın varış yeri, parçacığın yüzeyindeki proteinleri tanıyarak onu farklı bir organa gönderen beyaz kan hücreleri tarafından değiştirilebiliyor.
Ristroff, “Genel olarak konuşursak, biyo-korona oluşumu ve kaçakçılığı kavramıdır” dedi. “İlaç dağıtım nanotıp alanındaki insanlar bu tür şeyleri incelemek için araçlar düşünüyor ve geliştiriyorlar. Bu düşüncenin bir kısmı ve bu araçların bir kısmı bitkilere uygulanabilir.”
Araştırmacılar, nanotıp için nano ölçekli dağıtım araçları yaratmak amacıyla halihazırda birçok farklı mimari ve kimya geliştirdiler. “Bazı parçacık türleri bulaşıcıdır” dedi. “İnsan hareketi için optimize edilmiş bir nanoparçacığı alıp bir tesise koyabilirsiniz ve muhtemelen onun en azından biraz yeniden tasarlanması gerektiğini göreceksiniz.”
Ristroff, çekirdek-kabuk yapısına sahip organik (karbon bazlı) nanotaşıyıcılara odaklanıyor. Çekirdek bir yük içerirken kabuk koruyucu bir dış katman oluşturur. Araştırmacılar bitkilerde farklı türde nanomateryaller kullandılar. En popüler malzemeler metal nanopartiküllerdir çünkü bunların üretimi, işlenmesi ve bir tesiste nereye gittiklerini takip etmek organik nanopartiküllere göre biraz daha kolaydır.
Ristroff, “Anlamak isteyeceğiniz ilk sorulardan biri, bu nanopartiküllerin bir tesiste nereye gittiğidir” diyor. “Karbondan yapılmış bir bitkinin içindeki bir metali tespit etmek, karbondan yapılmış bir tesisteki karbon bazlı nanopartikülleri tespit etmekten çok daha kolaydır.”
Geçtiğimiz Mart ayında, Restroff ve Purdue doktora öğrencisi Luisa Stolte Bejera Lisboa Oliveira, araştırma literatürünün eleştirel bir incelemesini yayınladı. Bitkilerde organik nano dağıtım araçlarının alımı ve translokasyonu Çevre Bilimi ve Teknolojisi alanında.
Ristroff, “Bu şeylerin bir bitkiye girdikten sonra dönüşümü ve nasıl metabolize edildikleri hakkında pek bir şey anlaşılmıyor” dedi. Ekibi, nanopartiküllerin doğru varış noktasına ulaşmalarına ve koronanın oluşmasına yardımcı olmanın yollarını da içeren bu konuyu incelemekle ilgileniyor. Corona, nanoparçacık fonksiyonunu etkileyen biyomoleküler kaplamadır.
Nanotaşıyıcıların üretilebilirliği nanotıptan tarıma geçebilecek başka bir ilgi alanıdır.
Ristroff, “Üretilebilirliğe ve nanoparçacıkları yapmak için kullandığımız tekniklerin ölçeklenebilir ve ekonomik açıdan uygulanabilir olmasını sağlamaya çok önem veriyorum” diyor.
Purdue Üniversitesi Hakkında
Purdue Üniversitesi, geniş ölçekte mükemmellik sergileyen bir kamu araştırma kurumudur. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki en iyi 10 devlet üniversitesi ve en iyi dört kolejden ikisi arasında yer alan Purdue, bilgiyi rakipsiz bir kalite ve ölçekte keşfeder ve yayar. Yaklaşık 50.000’i West Lafayette kampüsünde olmak üzere, Purdue’de çeşitli yöntem ve yerlerde 105.000’den fazla öğrenci eğitim görmektedir. Uygun fiyat ve erişilebilirliğe önem veren Purdue’nin ana kampüsü, öğrenim ücretlerini art arda 13 yıl boyunca dondurdu. Indianapolis’teki ilk kapsamlı kentsel kampüsü olan Mitchell E. Purdue’nin, aralarında Daniels, Junior School of Business, Purdue Computes ve OneHealth girişiminin de bulunduğu bir sonraki dev sıçramaya yönelik amansız arayışında ne kadar amansız olduğunu görün.