发布时间：2024-09-27 10:10:06 栏目：精选知识
纳米级粒子可能有助于解决全球范围内的农业和环境可持续性问题。
这些问题包括粮食需求增加、农业活动产生的温室气体排放增加、农用化学品成本上升、气候变化导致农作物产量下降以及土壤质量下降。 普渡大学农业与生物工程助理教授 库尔特·里斯特罗夫等专家表示，一种被称为“纳米载体”的纳米级粒子可以使农作物农业更具可持续性，更能抵御气候变化。
“‘纳米粒子’这个词对不同的人有不同的含义，”里斯特罗夫说。在纳米药物输送中，纳米粒子的尺寸通常为 60 至 100 纳米，由脂质或聚合物制成。“在环境领域，纳米粒子通常是指 3 至 5 纳米的金属氧化物胶体。它们不是一回事，但人们都使用‘纳米粒子’来指代它们。”
里斯特罗夫协助组织了 2022 年植物药物输送纳米方法跨学科研讨会。该研讨会由美国国家科学基金会和美国农业部资助，共有来自学术界、工业界和政府实验室的 30 名参与者参加。
包括里斯特罗夫在内的许多研讨会参与者现已在《自然纳米技术》上发表了他们的结论。他们的文章题为 “实现纳米技术在植物中的精准输送”， 回顾了纳米载体可能使农作物农业更具可持续性和更能抵御气候变化的可能性。
“纳米技术能够精准输送植物中的活性剂，这将彻底改变农业，但我们必须首先克服一些关键的技术挑战，才能充分发挥其优势，”文章的共同主要作者 、卡内基梅隆大学土木与环境工程系 Walter J. Blenko 高级教授Greg Lowry说道。“我对植物纳米生物技术方法的未来以及它对我们可持续生产粮食的能力的有益影响持乐观态度。”
植物细胞和人类细胞在生理上存在重大差异。例如，植物细胞有细胞壁，而人类细胞没有。但某些工具可以从纳米医学转移到植物应用。
“人们已经开发出用于研究动物体内纳米颗粒周围生物冠形成的工具。我们可以考虑将其中一些工具应用于植物体内的纳米颗粒，”里斯特罗夫说道。
当纳米粒子被注入血液时，血液中的许多成分会粘附在纳米粒子的表面上。粘附在纳米粒子表面的各种蛋白质使其看起来各不相同。
接下来的任务就是弄清楚哪些蛋白质或其他分子会粘附在表面，以及粒子最终会去往何处。设计为向特定器官移动的纳米粒子的目的地可能会被白细胞改变，白细胞会检测粒子的表面蛋白质并将其发送到不同的器官。
“广义上讲，这就是生物冠形成和运输的想法，”里斯特罗夫说。“药物输送纳米医学领域的人们一直在思考和开发研究这类事物的工具。其中一些想法和一些工具可以应用于植物。”
研究人员已经开发出许多不同的结构和化学方法，用于制造纳米药物的纳米级运载载体。“有些粒子类型是可以转移的，”他说。“你可以把一个针对人体运动进行了优化的纳米粒子放入植物中，你可能会发现它至少需要重新设计一下。”
Ristroph 专注于具有核壳结构的有机(碳基)纳米载体。核心包含有效载荷，而外壳形成保护性外层。研究人员已经在植物中使用了许多不同类型的纳米材料。最受欢迎的材料是金属纳米颗粒，因为与有机纳米颗粒相比，它们更容易制造、处理和追踪它们在植物中的去向。
“首先要弄清楚的问题之一是这些纳米颗粒在植物中的位置，”里斯特罗夫说。“检测由碳构成的植物中的金属比检测由碳构成的植物中的碳基纳米颗粒要容易得多。”
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