Ученые создали шелковые микроиглы для доставки питательных веществ и химикатов растениям
Исследователи из MIT и Сингапура разработали новый точный способ доставки веществ к растениям — полые микроиглы из шелка. Это может решить проблему потерь до 30–50% пестицидов, которые при обычном опрыскивании попадают в воздух или почву, а не на растения.
В исследовании, опубликованном в Nature Nanotechnology, ученые создали метод массового производства таких микроигл и использовали их для инъекций агрохимикатов и питательных веществ, а также для мониторинга здоровья растений.
Новый метод производства
Для создания полых микроигл исследователи объединили белок фиброин шелка с солевым раствором в крошечных конических формах. При испарении воды шелк затвердевал, а соль образовывала внутри кристаллические структуры. Удаление соли оставляло в каждой игле полую структуру или крошечные поры.
«Это довольно простой процесс изготовления. Его можно проводить вне чистой комнаты — даже на кухне», — отмечает соавтор Дойун Ким.
Применения в сельском хозяйстве
В демонстрациях команда использовала микроиглы для:
- Лечения хлороза — доставки железа томатным растениям с дефицитом этого элемента.
- Биофортификации — добавления витамина B12 в растущие томаты, что повысило их питательную ценность. Витамин переместился в плоды до сбора урожая.
- Мониторинга здоровья — обнаружения токсичного металла кадмия в растениях, выращиваемых на загрязненных растворах. Микроиглы абсорбировали токсин в течение 15 минут после инъекции в стебель, что позволяет быстро выявлять проблемы.
«Микроинъекции оказали минимальное неблагоприятное воздействие на растения, без наблюдаемых краткосрочных или долгосрочных негативных последствий», — поясняет соавтор Дайсукэ Урано.
Перспективы технологии
Исследователи видят в микроиглах новую платформу для точного земледелия, которая может дополнить существующие практики, такие как опрыскивание. Технология также имеет потенциал за пределами агросектора, например, в биомедицинской инженерии для трансдермальной доставки лекарств.
«Мы хотим максимизировать рост растений, не оказывая негативного влияния на здоровье фермы или биоразнообразие окружающих экосистем», — говорит старший автор исследования Бенедетто Марелли. — «Не должно быть компромисса между сельским хозяйством и окружающей средой. Они должны работать вместе».