کاربرد نانوتکنولوژی در کشاورزی
مقدمه
هدف از انتخاب این موضوع آگاهی دادن به افراد جامعه در مورد
پیشرفت علم در زمینه تولید غذا در عصر نانوتکنولوژی می باشد.
نانوتکنولوژی علمی جدید است که می خواهد مضراتی که علوم
مصنوعی در عالم کنونی گذاشته را از بین برده واز راه طبیعی جهان
را تبدیل به بهشت کند ، بطوری که زندگی برای تمام مردم ازکودک تا
بزرگ لذت بخش وراحت شود. انقلاب صنعتی برای اشخاص ساکن روی این سیاره این توانایی را ایجاد می کند . که ازاین پس نیازی به بریدن درختان جنگل ها و فرستادن دودشان به هوا نشوند و این پیمان نانوتکنولوژی است .
درحقیقت اگر هر 100 میلیون سال را یک سال در نظر بگیریم کره زمین سیاره ای 46 ساله است که هیچ اطلاعاتی راجع به 7 سال اول آن وجود ندارد ودر مورد سالهای میانی آن اطلاعات کم و بیش پراکنده و نامطمئنی وجود دارد. درسن 42 سالگی گیاهان و جنگل ها پدیدار شده و شروع به رشد کرده اند،انسان جدید حدود 4 ساعت روی زمین است که طی همین یک ساعت گذشته کشاورزی را کشف کرده و انقلاب صنعتی فقط یک دقیقه پیش اتفاق افتاد. حال ببینیم که در این یک دقیقه انسان چه بلایی بر سر این کره 46 ساله آورده است.
تاریخچه
نانو از یک کلمه یونانی (کوتوله )یا (به معنای چیزی کوچکتر
از اندازه معمولی) گرفته شده است.
در حدود سال 1950 میلادی ، فیزیکدان معروف آمریکایی ، پروفسور ریچارد فاینمن پیشنهاد ساخت یک موتور الکتریکی
با ابعاد کمتر از 1.64 اینج را داد و برای کسی که اولین بار بارموفق به ساخت آن شود جایزه 1000 دلاری تعیین نمود. سرانجام ویلیام مک لیلان با زحمت فراوان توانست بوسیله یک انبرک دستی و یک میکروسکوپ این کار را به انجام برساند.
در واقع هدف فاینمن از این کار ایجاد انگیزه در موسسات
آموزشی و تحقیقاتی بود تا توجه آنها را به دنیای میکروها و
نانوها جلب کند.
فاینمن برای اولین بار و بطور جدی این بحث را در سال 1960 ودر تکنولوژی کالیفرنیا (Caltech) طی یک سخنرانی با عنوان (آن پایین فضای بسیاری هست) مطرح کرد. در طی این سخنرانی فاینمن طریقه نگارش 24 جلد دایره المعارف Britanica را به صورت تئوری بر نوک یک سوزن توضیح داد و بدین ترتیب شاخه جدیدی از دانش پا به عرصه ظهور گذاشت.
نانو چقدر کوچک؟
تا به اینجا متوجه شدیم که علم فناوری نانو که مورد بحث ما می باشد، در مورد بسیار کوچکها صحبت می کند.اما می خواهیم بدانیم چقدر کوچک؟ یک نانومتر طولی است برابر با 9-10 متر به عبارت دیگر یک میلیاردم متر. برای درک بهتر این عبارت می توان به این نکته توجه داشت که قطر تار موی انسان برابر 100 هزار نانومتر ا ست یا به عنوان مثال، طول موج رنگ آبی برابر با 500 نانومتر است یا میزان فاصله دیسک خوان کامپیوتر با صفحه دیسک در هنگام فعال بودن برابر 15 نانومتر است.
تمام این مثال ها به این منظور است که به فوق العاده کوچک بوده مقیاس نانو پی ببریم، به طوریکه می توان نانو را با ویروس ها و یا حتی تک مولکول های تشکیل دهنده آنها مقایسه کرد.
اگر بخواهیم این اندازه را در ذهن خود مجسم کنیم باید بدانیم
که اگر تعداد یک میلیون ذره یک نانومتری را در کنار هم قرار دهیم تنها طولی برابر با یک میلیمتر بدست می آید. به عنوان مثال در مورد نانوذرات فلزی، به محض قرار گیری در هوا، به سرعت اکسید می شوند. در بعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانوذرات، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر، یک پایدار کننده را بایستی به آنها اضافه کرد که آنها را قادر می سازد تا در برابر سایش، فرسودگی و خوردگی مقاوم باشند. واژه "نانوتکنولوژی" به معنی استفاده کردن از چیزهایی در گستره 1 تا 100 نانومتر است. به صورت کاملا دقیق هنگامی که ما از ابعاد نانومتری صحبت می کنیم منظور ما ابعادی در اندازه اتمها و مولکولها می باشد.
نانو فناوری چیست؟
فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روبات های میکروسکپی)
در ساده ترین حالت دانش نانو عبارت است از مطالعه اصول بنیادین مولکول ها و ساختارهایی با حداقل ابعاد ۱ تا ۱۰۰ نانومتر. این ساختارها به نانو ساختارها معروفند.
نانو فناوری عبارت است از کاربرد این ساختارهای نانویی در ادوات نانو مقیاس. هر چیزی که اندازه آن کوچکتر از یک نانومتر باشد تنها می تواند یک اتم آزاد یا یک مولکول کوچک باشد که در فضا معلق است مانند ذره رقیق بسیار کوچک بخار.
پس نانو ساختارها تنها کوچکتر از هر آنچه پیش از این ساخته ایم نیستند بلکه در واقع کوچکترین جامداتی هستند که می توان آنها را ساخت. به علاوه مقیاس نانو منحصر به فرد است از آن رو که جایی است که ویژگی های آشنای روزمره مواد همچون رسانندگی سختی یا نقطه ذوب یا خصوصیات شگفت انگیز و خارق العاده دنیای اتمی و مولکول از قبیل دوگانگی موج-ذره و اثرات کوانتومی مواجه می شوند . در مقیاس نانو بنیادی ترین خصوصیات مواد و ماشین ها طوری به اندازه شان وابسته است که در هیچ مقیاس دیگری نیست.
نانو ذرات
نانوذرات از ده ها یا صدها اتم یا مولکول و با اندازه ها و مورفولوژی های مختلف (آمورف، کریستالی، کروی شکل، سوزنی شکل و …) ساخته شده است. اغلب نانوذرات که به طور تجاری مورد استفاده قرار می گیرند، به شکل پودر خشک و یا به صورت بخش مایع می باشند. البته نانوذرات ترکیب شده (آمیخته شده) در یک محلول آلی یا آبی که به شکل سوسپانسیون یا خمیری شکل است نیز مورد توجه می باشد. این ذرات در شکل ها و مورفولوژی های گوناگونی یافت می شوند، ساختارهایی از کروی گرفته تا فلسی، ورقه ای، شاخه ای، لوله ای و میله ای.
خواص نانوذرات
با گذر از میکرو ذرات به نانوذرات، با تغییر بر خی از خواص فیزیکی روبه رو می شویم که دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی.
افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازهء ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد.
افزایش سطح، واکنش پذیری نانوذرات را به شدت افزایش می دهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در تودهء نمونه بسیار زیاد است، به گونه ای که این ذرات به شدت تمایل به آگلومره یا کلوخه ای شدن دارند. به عنوان مثال در مورد نانوذرات فلزی، به محض قرار گیری در هوا، به سرعت اکسید می شوند. در بعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانوذرات، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر، یک پایدار کننده را بایستی به آنها اضافه کرد که آنها را قادر می سازد تا در برابر سایش، فرسودگی و خوردگی مقاوم باشند.
.
البته این خاصیت مزایایی هم در بر دارد. مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد. به عنوان مثال با استفاده از این خاصیت می توان کارایی کاتالیزورهای شیمیایی را به نحو موثری بهبود بخشید و یا در تولید نانوکامپوزیت ها با استفاده از این ذرات، پیوندهای شیمیایی مستحکم تری بین ماده زمینه و ذرات برقرار شده و استحکام آن به شدت افزایش می یابد. علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم.
بالا در نانوذرات، تاثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ذوب) تاثیر گذار است. به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی کریستال هایی در اندازه نانو می باشد که از خود نور ساطع می کنند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی و کشاورزی و…کاربرد های فراوانی دارد. این نقاط گاهی اتم های مصنوعی نامیده می شوند؛
چون الکترونهای آزاد آنها مشابه الکترونهای محبوس در اتمها، حالات گسسته و مجازی از انرژی را اشغال می کنند.
علاوه بر این، کوچک تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانوذرات برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشی و روکش ها مناسب باشند. اخیراً در ساخت شیشه های ضد آفتاب از نانوذرات اکسید روی استفاده شده است. استفاده از این ماده علاوه بر افزایش کارایی این نوع شیشه ها، عمر آن ها را نیز چندین برابر می کند.
از نانوذرات همچنین در ساخت انواع ساینده ها، رنگ ها،
کاتالیزوها، لایه های محافظتی جدید و بسیار مقاوم برای شیشه
ها و عینک ها (ضدجوش و نشکن)، کاشی ها، و در حفاظ های
الکترومغناطیسی شیشه های اتومبیل و در و پنجره استفاده شود.
پوشش های ضد نوشته برای دیوارها، و پوشش های سرامیکی
برای افزایش استحکام سلول های خورشیدی نیز با استفاده از
نانوذرات تولید شده اند.
خطرات نانو ذرات
نانوذرات همانند یک شمشیر دولبه دارای اثرات مفید و مضر می باشند.
اثرات مضر بر سلامتی
نانوذرات به دولیل می توانند برای سلامتی مضر باشند؛ اول
اینکه میتوانند خیلی سریع از طریق پوست و سلولهای مخاطی
جذب بدن شوند و دوم اینکه به دلیل جدید این مواد مسمومیتهای
جدید و ناشناخته ای را به وجود بیاورند.
چرا نانو ذرات می توانند خطرناک باشند؟ وقتی مواد در مقیاس نانو تبدیل شوند در خواص شیمیایی ، بیولوژیکی و فعالیت های کاتالیتکی آنها تغییراتی ایجاد می شود بنابراین موادی که در حالت بالک (توده ای) بی خطر هستند وقتی به حالت نانو تبدیل شوند می توانند سمی و خطرناک باشند. به علاوه اندازه کوچک نانوذرات باعث می شود تا این مواد بتوانند بر سد های دفاعی بدن فائق آیند.
نانو تکنولوژی بخشی از آینده نیست؛ بلکه همه آینده است.
تاریخ علم پدیده های متعدد و فراوانی را در صفحات خود جای داده است. پس از جنگ جهانی دوم اختراعاتی نظیر کامپیوتر و DNA, آنچنان خارق العاده بودند که بعنوان انقلابی ترین دوران در تاریخ علم بشری بشمار می آمده است هم اکنون نیز دستیابی به فناوری های نوینی همچون فناوری اطلاعات و بیوفناوری با جایگاه ویژه, پیشرفتهای چشمگیر علمی و تکنولوژیکی را بدست آورده است.
امروزه نیز پیشرفتهای زیادی در عرصه نانو جهت دقیق کردن تعریف این دانش بوجود آمده است. به بیان ساده تر فناوری نانو در جهان از چهل سال پیش تاکنون که نانوتکنولوژی و کاربردهای وسیعی که این فناوری را به عنوان یک زمینه
زمینه فرارشته ای و فرابخشی مطرح نموده است که می توان به کاربردهای آن در مواد, پزشکی و بهداشت, داروسازی, الکترونیک و کامپیوتر, مهندسی, محیط زیست, بیوفناوری,دفاع, انرژی ,کشاورزی و بسیاری صنایع چون نساجی و فولاد وبرق و… اشاره نمود. که میتوان این علم و ابعاد آن را فراتر از حال دانست وعنوان کرد که نانو تکنولوژی بخشی از آینده نیست بلکه همه آینده است . نانو فناوری در عمل به سه شاخه اساسی (نانو فناوری مرطوب ,خشک ومحاسباتی )تقسیم شده که امروزه دو تغییر از نانوفناوری یکی حرکت از بزرگ به کوچک شامل مواردی همچون کوچکتر کردن هر چه بیشتر تراشه های رایانه ای و
و دیگری حرکت از کوچک به بزرگ به معنای ساخت مواد با کنار یکدیگر قرار دادن تک تک اتم ها یا مولکولها در دست می باشد.ویژگی ودستاوردهای بالقوه ,کاربردها ی این علم در عرصه های مختلف همچون (دوام پذیری مواد ,هواوفضا ,امنیت ملی ,صنعت ) و موارد فوق که اشاره گردید همگی بر نقش این علم در دستیابی بشر به آینده با بهره مندی از نانو در جهت آسایش را نوید می دهد .
فناوری نانو در صنایع
هوانوردی
مواد سبک تر و با استحکام بیشتر کاربردهای وسیعی در سازه های هوانوردی و نیز در فضانوردی دارند. زیرا در هر دو مورد وزن شاخص مهمی در فرآیندها و دستگاه های هوانوردی و فضانوردی است.
پالایش گاه ها
با استفاده از کاربردهای نانوتکنولوژی محصولات پالایش گاه ها (نظیر فولاد و آلومینیوم) با خلوص بیشتری تولید خواهند شد.
صنعت حمل و نقل
مواد سبکی که در عین حال از استحکام خوبی هم برخوردار باشند، در صنعت حمل و نقل نیز به کار گرفته می شوند. وسایلی که از این مواد ساخته شده باشند، هم سرعت بیشتری دارند و هم از امنیت بیشتری برخوردارند.
برجسته ترین کاربرد فناوری اطلاعات تولید شیشه ها یا سرامیک هایی با سطوح خودتمیزکن (Self-Cleaning) است.
ذرات نانو سرامیک همواری و مقاومت گرمایی ابزارهای متداول خانگی را بهبود می بخشد.
نور
نانواپتیک امروزه می تواند دقت انواع اعمال جراحی بر روی چشم به کمک لیزر را افزایش دهد.
منسوجات
با استفاده از نانوالیاف لباس های ضدآب، ضدلک و ضد چروک تولید می شود. چنین لباس هایی نیاز به شستشوی کمتری و نیز نسبت به لباس های معمولی با آب با دمای کمتری شسته می شوند.
وعده های نانوتکنولوژی در کشاورزی و تغذیه :
مولکول های پروتئین نوعی مولکول هستند که در مواد خوراکی مانند سیب زمینی وجود دارند، درعصر نانوتکنولوژی این مولکول ها برای تولید مولکول های شبیه به خود اتم های موجوددرخاک ،آب و هواراجذب می کنندوسیب زمینی سازند،تولیدغذاهای مولکولی و خاتمه دادن به خشکسالی و قحطی، بطور نمایی ، همراه با دقت اتمی ، غذا می تواند از اتم های خام سنتز شود .
استیک جوجه ویا بره نیم پز را خودمابه کمک مولکول ها واتم ها بوجود می آوریم ، بدون آنکه حیوانی را ذبح کنیم بوجودآوردن گیاهان و حیواناتی که نسل آنهامنقرض شده اند، همه نمونه هایی از وعده های نانوتکنولوژی می باشد . در آینده می توان ویژگی های مطلوب را از طریق مهندسی ژنتیک در مورد خوراکی جا سازی کرده وازاین طریق طعم غذاها را بهبود بخشید، هم چنین می توان مقاومت گیاهان رادربرابربیماری افزایش داد و عمرآن هارادرمحل کشت ومصرف ، طولانی ترکردورشدآن هارا سریعترنمود وحتی درمحیط های نامساعدکاشت.تادر شوره زارها،باآب کمتریا آب و هوای سردتررشد کنند. ماحتی توانایی تغییر شرایط آب وهوایی را خواهیم داشت و شاهدابداع درختانی خواهیم بودکه رشدآن هابهینه و ساختارشان برای کاربردهای
ویژه ای همچون الوار،خمیرکاغذ،میوه یا جداکننده های کربن(برای
کاهش پدیده گرم شدن کره زمین)مناسب باشد.درنتیجه موادغذایی
اصلاح شده به روش ژنتیک ، تغذیه را بهبود بخشیده ودرعین حال
مصرف آفت کش ها و آب راکاهش می دهند.غذاهایی که مصرف
می کنیم روز به روز از حالت طبیعی خارج شده و مهندسی تر می
شوند. درعصر نانو میلیون ها مایل مربع زمین به ساکنین بومی
جهان برگردانده می شودو از انقراض ونابودی بیشتر جانوران
وگونه های گیاهی جلوگیری می شود.
کاربردهای فناوری نانو در بخش کشاورزی
فناوری نانو، فناوری نوین و توانمندی است که با توجه به کاربرد موثر آن در بخش کشاورزی و منابع طبیعی، بسیاری از کشورها روی آن سرمایه گذاری های سنگینی کرده اند.
نوید نانوتکنولوژی در خصوص کشاورزی وتولید غذا ، بازگشت 90 % اززمین های کشاورزی به وضعیت طبیعی ، ایجادگلخانه های دارای عملکرد بالا که تقریباً 10% از زمین های کشاورزی فعلی را در برمی گیرد و جمعیت جهان را تغذیه می کند واز انقراض ونابودی بیشتر جانوران وگونه های گیاهی جلوگیری میکند ودخالت آگاهانه وعالمانه انسان در جهت تسریع روندتکامل گیاهان می باشد .
فناوری نانو، در زمینه های مختلفی مانند تشخیص سریع بیماری های گیاهی، شناسایی باقیمانده سموم در محصولات کشاورزی و حذف آنها، انتقال هوشمند دارو، سموم و عناصر غذایی در دام، شیلات و گیاهان، تصفیه آب های روان، افزایش کیفیت فراورده های کشاورزی مرتبط با صنایع نساجی، مهندسی ژنتیک گیاهان و دام و افزایش میزان تولید محصول از طریق تولید حیوانات و گیاهان ، افزایش مدت زمان انبارداری محصولات کشاورزی و موارد بسیاری نظیر آن می تواند نقش بسیار موثری را در بخش کشاورزی و منابع طبیعی ایفا کند. در صنایع غذایی، با توجه به اینکه سالانه بخش قابل توجهی از محصولات کشاورزی به دلیل ضعف در صنعت بسته بندی مناسب از بین می روند،
بهره گیری از فناوری نانو و تولید بسته بندی هایی که بتواند علاوه بر افزایش طول مدت نگهداری محصولات غذایی، از آلودگی آنها نیز جلوگیری کند و به نحوی با استفاده از این فناوری،مصرف کننده را از آلوده بودن محصول آگاه نماید، می تواند در کاهش ضایعات، نقش ایفا کند.
ایمنی غذایی، روش های درمان بیماری ها ، ابزارهای جدید برای استفاده در بیولوژی سلولی و مولکولی، مواد جدید برای تشخیص پاتوژن و حفاظت از محیط های زیست، همگی مثال هایی از رابطه مهم فناوری نانو با علوم و مهندسی کشاورزی و سیستم های غذایی هستند.
کاربردهای فناوری نانو در علوم دامی
در علوم دامی، فناوری نانو، یک رویکرد جدید و تکمیل کننده است. فناوری نانو می تواند در راستای افزایش بهره وری از طریق مواد خوراکی و تغذیه، بهداشت و اصلاح نژاد انواع دام و طیور و آبزیان نیز بسیار موثر باشد. از جمله کاربردهای فناوری نانو در علوم دامی می توان به فناوری نانو دی.ان. ای، تشخیص بیماری ها و درمان دام ها و اصلاح نژاد دام اشاره کرد.
فناوری نانو و کاربرد آن در گیاه پزشکی
علم گیاه پزشکی نیز از پیشرفت هایی که فناوری نانو به ارمغان آورده است بی بهره نخواهد بود. فناوری نانو می تواند علم گیاه پزشکی را دگرگون کند.
دستاوردهای جدید ناشی از فناوری نانو مانند تیمار مولکولی بیماری ها، ردیابی سریع بیماری ها، افزایش توامندی گیاهان برای جذب مواد غذایی همگی از عوامل تحول زا در بهبود کارایی علم گیاه پزشکی می باشند.
کاربردهای فناوری نانو در بیوتکنولوژی کشاورزی
فناوری نانو اجازه می دهد تا اجزا و ترکیبات دلخواه را داخل سلول دستوری نمود و مواد و محصولات جدیدی با استفاده از روش های جدید اتو اسمبلی (سرهم کردن خود) و تغییر ژن ساخت.
کاربرد فناوری نانو در آبیاری مزارع کشاورزی
استفاده از فناوری نانو برای تولید قطره چکان های تنظیم کننده فشار و مقاوم به نفوذ ریشه، لوله های پلاستیکی تراوا و لوله های رسی، از مهمترین دستاوردهای فناوری نانو در علم آبیاری می باشند که با استفاده از آنها راندمان آبیاری از 30-40درصد به 92-93درصد افزایش می یابد. با توجه به اینکه درصدی از منابع آبی کشور در بخش کشاورزی مصرف می شود و با وجود خشکسالی های پی در پی،
دستیابی به این میزان افزایش در راندمان مصرف آب می تواند کمک انکار ناپذیری برای خروج از بحران آب در پی داشته باشد. در این زمینه استفاده از یک هسته نانویی برای آمیخته شدن پلاستیک و علف کش هنگام ساخت لوله های پلاستیکی سبب شده است که از تجمیع ریشه و شکسته شدن لوله هنگام استفاده از آن در آبیاری زیرزمینی جلوگیری شود.
امروزه فناوری نانو علاوه بر اصلاح انواع محصولات کشاورزی در مقابل تنش ها ی گرمایی، بیماری ها و آفات، می تواند آنها را در مقابل خشکسالی نیز مقاوم سازد. از آنجاییکه95درصد از آب های موجود در جهان را آب های نامتعارف تشکیل می دهد، فیلترهای نانو در کشاورزی و برای استفاده در آبیاری مزارع نیز می تواند به کار برده شود.
نانوفیبرهایی اکسید آلومینیم با اندازه های 2نانومتر، قادرند
ویروس ها، باکتری ها و کیست ها را در آب از بین ببرند.
کشورهایی چون هند و آفریقای جنوبی با همکاران آلمانی
خود و با تخصیص منابع مالی هنگفت چند میلیون دلاری
از بودجه تحقیقاتی خود، توانسته اند گام های موثری را دراین
مسیر بردارند
آشنایی با چند آفتکش نانو مقیاس
پیشرفت روزافزون در زمینه فناوری نانو و کاربردهای گوناگون و گسترده آن در گرایش های مختلف علمی و صنعتی ، باعث شده است که شرکت های تولیدکننده سموم دفع آفات نیز برای بهبود مشخصات محصولات خود، به دنبال بهره گیری از این فناوری باشند. تحقیقات نشان داده است که می توان با استفاده از فناوری نانو مزایای فراوانی در آفت کش ها ایجاد نمود که مواردی مانند کاهش مصرف سموم، افزایش کارایی، سازگاری بیشتر با محیط زیست، بهبود کیفیت و کاهش خطرات تماسی از آن جمله است. در این مقاله فعالیت هایی که شرکت های بزرگ تولید کننده سموم دفع آفات در این مسیر انجام داده اند و محصولات جدید آنها معرفی شده اند.
آفت کش های نانو به شکل امولسیون
امروزه آفت کش هایی با ماده موثر نانومقیاس به بازار راه یافته اند. بسیاری از شرکت های شیمی کشاورزی پیشتاز در جهان،فعالیتهای تحقیق و توسعه خود را به سمت گسترش فرمولاسیون های جدید نانو مقیاس هدایت می کنند؛ برای مثال شرکت BASF آلمان ، که رتبه چهارم شرکت های شیمی کشاورزی و بزرگ ترین شرکت شیمیایی دنیا را به خود اختصاص داده است، توان بالقوه و مفید فناوری نانو را در تولید فرمولاسیون آفت کش ها مورد تایید قرار داده و در این رابطه دست به انجام تحقیقات پایه ای را زده است. این شرکت پتنتی را تحت عنوان « نانوذرات بعنوان عامل محافظت از محصولات کشاورزی » ارائه کرده ، که در آن از جزء فعال با اندازه ایده آل بین ده تا 150 نانومتر استفاده شده است. این ترکیب دارای مزایایی چون حلالیت آسان تر در آب ،
پایداری بیشتر و قدرت آفت کشی بهینه است. یکی دیگر
از شرکت های پیشرو در این زمینه ، شرکت Bayer Crop Science آلمان است که دومین شرکت بزرگ تولیدکننده آفت کش در سطح جهان محسوب می شود. این شرکت نیز پتنتی را ارائه نموده که در آن از شکل امولسیون با پایداری ترمودینامیکی و دارای جزء فعال نانو مقیاس در حدود ده تا 400 نانو متر استفاده شده است. این شرکت پتنت خود را تحت عنوان میکروامولسیون غلیظ نام نهاده و مزیت هایی نظیر کاهش مقدار استفاده ، تاثیرگذاری سریع تر، قابل اعتمادتر، طولانی تر و گسترده تر را برای آن مدعی شده است.
شرکت سینجنتا (Syngenta) نیز که اداره مرکزی آن در سوئیس واقع است، در شمار بزرگ ترین شرکت های شیمی کشاورزی قرار دارد. این شرکت سومین شرکت تولید بذر
دنیا است و از گذشته به فروش محصولات آفت کش فرموله
شده به صورت امولسیون با جزء فعال نانو مقیاس مبادرت می نموده، که تنظیم کننده رشد Primo MAXX و قارچ کش Banner MAXX از آن جمله است. این شرکت مدعی است
که این محصولات ذراتی به کوچکی حدود صد نانو متر دارند، و به همین دلیل باعث گرفتگی فیلترهای مخازن اسپری نشده و با آب کاملاً مخلوط می شوند؛ به طوری که داخل مخزن اسپری ته نشین نمی گردند قارچ کش Banner MAXX حتی بعد از گذشت یک سال از آب جدا نمی شود ،
در حالی که قارچ کش های دارای ذرات فعال با اندازه بزرگتر، نوعاً جهت جلوگیری از کلوخه شدن هر دو ساعت یک بار نیاز به هم زدن دارند. سینجنتا اعلام داشته که اندازه ذرات این فرمولاسیون حدود 250 مرتبه کوچک تر از ذرات آفتکش معمولی است. براساس ادعای شرکت مذکور، ماده موثره این فرمولاسیون به داخل سیستم گیاه جذب و به وسیله باران یا آبیاری نیز شسته نمی شود .
همچنین شرکت Agropharm، به عنوان یک شرکت پیشرو انگلیسی، محصولی با فرمولاسیون نانوامولسیون با نام Agrodelta به بازار ارائه کرده است که به علت استفاده از فناوری نانو در تولید آن ، این امولسیون بسیار تآثیرگذارتر از نمونه های معمول می باشد .
یک روش پیشرفته جهت فرمولاسیون آفت کش ها در مقیاس نانو، کپسوله کردن آنهاست : در این روش ماده موثره نانومقیاس در داخل یک محفظه یا پوسته کوچک بسته بندی می گردد. طبق اطلاعات صنعتی، فرموله کردن آفت کش ها در کپسول ها باعث تغییرات انقلاب گونه ای می گردد که توانایی کنترل رهایش آفت کش در شرایط مختلف را فراهم می آورد. همچنین این اقدام باعث بالا رفتن حلالیت، کاهش تماس مواد فعال با کاربران و حفاظت از محیط زیست می گردد. شرکت مونسانتو، بزرگ ترین تولیدکننده بذر GM و علف کش پرمصرف رانداپ، در آمریکا، تاکنون تعدادی از آفت کش های میکروکپسوله شده را به فروش رسانده است. در سال 1998 مونسانتو تفاهم نامه ای را با شرکت فناوری نانو فلامل جهت گسترش نانوکپسول های
Agsome حاوی رانداپ منعقد نمود ، که از نظر شیمیایی باید موثرتر از فرمولاسیون های معمول باشد.
همچنین شرکت سینجنتا که خود را رهبر جهانی در فناوری میکروکپسوله کردن معرفی نموده و ادعای پیشرو بودن در به کارگیری این فناوری در آفت کش ها را دارد، محصولی به نام تجاری Zeon تولید می کند که هر لیتر از فرمولاسیون میکروکپسوله آن حاوی حدود 50 تریلیون کپسول است. طراحی این فراورده به صورتی است که در تماس با برگ سریعاً آزاد می شود. با توجه به این که این کپسول ها به سختی به برگ ها می چسبند، حتی در اثر بارش باران ، از برگ جدا نمی شوند. محصول دیگر سینجنتا که مشابه این مورد است، در مورد بذرها و به منظور کنترل آفت های خاکی دانه های جوانه زده بکار می رود.
دانشمندان سینجنتا در حال تحقیق بر روی کپسول هایی هستند که با سازوکار ماشه ای آزاد می شوند و در آنها دیواره بیرونی کپسول فقط در شرایط خاصی باز می گردد. برای مثال سینجنتا پتنتی را در اختیار دارد که به آن میکروکپسول gutbuster گفته می شود و مزیت آن این است که تنها در محیط قلیایی، نظیر معده انواع خاصی از حشرات می تواند باز شود. به گفته سینجنتا، میکروکپسوله کردن روشی است که اثرات جدید و اعجاب آوری از مواد موثره شناخته شده کنونی را تولید کند؛ این عمل فروش را به گونه ای افزایش می دهد که گویی یک ماده موثر جدید اختراع شده است. به عبارت دیگر اندازه کوچک، تاثیرات یک آفت کش را بهینه می سازد و طراحی کپسول نیز می تواند به صورتی باشد آزاد شدن جزء فعال فقط در شرایط ویژه ای اتفاق افتد.
این شرکت همچنین در حال تحقیق و بررسی روی آفت کش های نانو کپسوله شده است. به هر حال این واضح است که استفاده از مقیاس نانو باعث تغییرات شگرفی در رفتار محصول فرموله شده می شود؛ از آن جمله می توان به افزایش تاثیر ماده موثره و فعالیت بیولوژیکی طولانی تر آن و در خصوص آفت کش های کپسوله شده به رهایش کنترل شده ماده موثره اشاره نمود.
مزیت بزرگ فناوری کپسوله کردن سموم، ایجاد توانایی رهایش کنترل شده آنهاست که در این مسیر فناوری نانو شرکت ها را قادر
به دستکاری کردن خواص قشر بیرونی کپسول به منظور کنترل رهایش ماده می سازد. رهایش کنترل شده علاوه بر صنایع شیمی-کشاورزی در صنایع دیگر همچون داروسازی نیز بسیار با اهمیت است.
فرایند رهایش ماشه ای ماده قرار گرفته در نانو یا میکرو کپسول را می توان با روش های مختلف انجام داد، مثال هایی از انواع آنها در ادامه آورده شده است:
رهایش تدریجی: در این شیوه کپسول محتویات خود را به آهستگی و در زمان بیشتری آزاد می کند؛ برای مثال رسانش تدریجی یک ماده به بدن.
رهایش سریع: در این فرایند پوسته کپسول در تماس با یک سطح می شکند؛ برای مثال هنگامی که آفت کش به برگ برخورد می کند.
رهایش با رطوبت: در این شیوه پوسته کپسول در تماس با آب
می شکند و محتویاتش را خالی می کند؛ برای مثال رهایش آفت کش در خاک مرطوب.
رهایش با حرارت: هنگامی که دمای محیط از یک درجه حرارت به خصوص بیشتر شود پوسته کپسول می شکند و محتویاتش را آزاد می کند.
رهایش با pH: عمل شکستن نانو کپسول فقط در یک محیط اسیدی یا قلیایی اتفاق می افتد؛ برای مثال در داخل شکم یک
حشره یا یک سلول .
نتایج وپیشنهادات :
1- نانوتکنولوژی ما را قادربه ساختن هر چیزی با کوچکترین مقیاس طولی ممکن ( اتم به اتم ، مولکول به مولکول ) با دقت وظرافت هرچه تمام تر می کند .
2- نانوتکنولوژی صدمات بوجود آمده از انقلاب صنعتی را جبران می کند .
3- نانوتکنولوژی پایان آلودگی ، بریدن جنگل ها ، گرسنگی وقحطی را ترسیم می نماید .
4- نانوتکنولوژی نوید کالاهای مصرفی بادوام ، جدید ، پرثمر ، ایمن تر ، ارزان ، فراوان ، انعطاف پذیر ، محیطی قابل تحمل ، آرامشی ثابت ، پیشرفتی سالم ، بهبودی مواد قبل از تبدیل شدن به مواد زائد ، سلامتی ، ثروت ودانش را می دهد .
5- نانوتکنولوژی بهره وری کشاورزی را برای جمعیت های بالاتر میسر می سازد .
6- سیب زمینی را با استفاده از اتم های گرد وغبار ، هوا و آب می توان تولید کرد .
7- استیک جوجه یا بره نیم پز را به کمک مولکول ها واتم ها بدون ذبح حیوان می توان تولید کرد .
8- تولید غذاهای مولکولی
9- بوجود آوردن گیاهان وحیواناتی که نسل آنها منقرض شده اند .
10- بهبود طعم غذاها ، افزایش عمر مصرف آنها ومهندسی شدن غذاهای مصرفی
11- تولید انواع درختان مهندسی شده به کمک نرم افزار خود برای چوب مورد دلخواه
12- بازگرداندن 90 % از زمین های کشاورزی به وضعیت طبیعی واستفاده از 10 % از زمین های کشاورزی در قالب گلخانه هایی با عملکرد بالا وتغذیه جمعیت جهان
13- تغییر شرایط آب وهوایی جهان
14- نانوتکنولوژی روش زندگی مردم را بطوراساسی عوض
می کند ورفتارهای مردم را به شدت تحت تاثیر این سیستم
جدید قرار می دهد .
15- نانوتکنولوژی مضراتی که علوم مصنوعی در عالم کنونی گذاشته را از بین برده واز راه طبیعی جهان را تبدیل به بهشت
می کند .
16- پایان قحطی وگرسنگی را نانوتکنولوژی با ترسیم سیاره ای
با درخت های مو سبز وزیبا ومیوه های کشاورزی که خاک طبیعی وکامل ندارند ، ارائه می دهد .
17- در نانوتکنولوژی کامپیوتر های بسیار بزرگ وپیچیده می توانند به اندازه سلول بدن انسان ها ساخته شوند .
18- قراردادن اطلاعات انبوه در یک فضای بسیار کوچک مانند اطلاعات بزرگترین کتابخانه های دنیا در یک حبه قند .
19- جایگزین شدن نانوتکنولوژی با کارگر ، مدیریت وحتی خود کارخانه .
20- نانوتکنولوژی مهمترین کلید پتانسیل اقتصادی در قرن بیست ویکم است .
21- هرچیزی می تواند به شکل هر شی قابل تصور دیگری شکل بگیرد .
22- دیگر نیازی به شخم زدن هیچ مزرعه ای برای تهیه نان روزانه نیست .
از سخنان حضرت علی (ع) :
آ ن دانش از همه گرانبهاتر است که نفعش به جهت توده و محیط گرانبهاتر باشد ، علمی که سود نرساند و قوم را به سرمنزل خوشبختی سوق ندهد ، علم نیست .
هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا، اتحادیه اروپا، چین، هند، تایوان، کره جنوبی، استرالیا، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر میبرند . هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای "برنامه ملی" یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 5/3 برابر افزایش داده اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند .
در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم،
که باعث پیشرفت های عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار
و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد. متاسفانه در کشور
ما بدلیل فقدان جرات علمی و عدم تصمیم گیری بموقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می شد که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی آورد، همچون فنآوری الکترونیک
و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانائی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن، هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم. فناوری نانو جدیدترین این فرصتها ست، که کشور ما باید برای حضور یا عدم حضور درآن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند.
در پایان اطمینان دارم که تمام اتم ها ومولکول های هستی در
هر ترکیبی که باشند وهر تغییری را که بپذیرند ، اما ستایشگر
خالق خود هستند و در آن تردیدی نیست .
منابع:
WO03039249A3: Nanoparticles Comprising a Corp Protection Agent.
Bayer’s US Patent Application no. 20040132621, Microemulsion concentrates.
http: //www. engageagro. com/media/pdf/brochuer/primomaxx_10pgbrochure_english. pdf.
http: //www. engageagro. com/media/pdf/brochuer/bannermaxx_brochure_english. pdf.
http: //www. agropharm. co. uk.
http: //www. syngenta. com/en/day_in_life/microcaps. Aspx
http: //www. pmac. net/patent. htm.
Syngenta’s US Patent No. 6544540 , Base –Triggered Release Microcapsules.
Syngenta’s Patent , WO0194001A2
Patent EP 1037527B1, Microcapsules with readily adjustable release rates.
http: //www. syngenta. com/en/products_services/karate_page. aspx.
US Patent Application, no. 20040105877, Controlled release pesticidal composition and method of making.
US Patent 6200598, Temperature sensitive liposomal formulation
Syngenta’s US Patent application no. 20020037306A1, Base-triggered release microcapsules.
http: // www . nanozine . com / WHATNANO. HTM
Uracil as an Alternative to 5-Fluorocytosine in Addressable Protein Targeting
by : John A. Wendel and Steven S. Smith
http://www.foresight.org/EOC/EOC_Chapter_7.html
http://www.foresight.org/Nanomedicine/NanoMedFAQ.html
http://www..zyvex.com/nano
Henry Miller,M.D. ,Fellow at Stanford University`s Hoover Institution ; June 17 , 1999
http://www.PNNL Nanotechnology – Nano Revolution.htm
MOLECULAR MANUFACTURING DEVELOPMENT AND TECHNOLOGY PLANNING by : David R. Forrest
The Nanotechnology Ecology (NanoTechnology Magazine
http://www.nanozine.com/nanogear.htm
http://www.nanozine.com/nanogear.htm
http://wwww.foresight FAQ General Nanotechnology Information.htm
Nanomaterials Toxicity, Health and Environmental Issues. Edited by Challa S. S. Kumar
www.sharghian.com
سایت روابط عمومی وزارت جهاد کشاورزی ، شنبه27 مهر ۱۵:۳۳ ۱۳۸۷/۰۷/۲۷
سایت ستاد ویژه ی توسعه ی فناوری نانو
نهج البلاغه حضرت علی(ع)