به موازات پیشرفت سیستم‌های کنترل، تنظیم شرایط محیطی، رسانش مواد غذایی و استفاده از آفت‌‌کش‌های مناسب، فناوری‌نانو توانسته درک ما را نسبت به بیولوژی محصولات کشاورزی و به تبع آن نسبت به ارزش مواد غذایی و محصولات کشاورزی افزایش دهد. همچنین این فناوری می‌تواند راه‌هایی برای بالا بردن ارزش محصولات کشاورزی و رفع مشکلات محیطی ارئه دهد.
تولید نانوذرات برای مصارف صنعتی از طریق پرورش گیاهان در خاک‌های مشخص، یکی از این نمونه‌هاست؛ به عنوان مثال، تحقیقات نشان داده است که گیاه یونجه در خاک غنی از طلا، نانوذرات طلا را از طریق ریشه‌هایش جذب کرده و در بافت‌هایش جمع آوری میکند. نانوذرات طلا را می‌توان به روشی مکانیکی در زمان برداشت از گیاه جدا کرد.
همچنین از فناوری‌نانو می‌توان در تصفیه آب‌های زیرزمینی بهره گرفت. شرکت آمریکایی Argonide در حال استفاده از نانوفیبرهای اکسید آلومینیوم با اندازه 2 نانومتر برای تصفیه آب است. فیلترهایی که از این فیبرها ساخته شده‌اند، می‌توانند ویروس‌ها، باکتری‌ها و کیست‌‌ها را از بین ببرند. پروژه‌‌هایی مشابه در مناطق دیگر دنیا مانند هند و آفریقای جنوبی در حال انجام است و گروه شیمیایی آلمانی BASF، مبلغ 105 میلیون دلار از بودجه خود در تحقیقات فناوری‌نانو را به تصفیه آب اختصاص داده است. شرکت فرانسوی خدمات شهری Generale des Eaux در حال توسعه فناوری نانوفیلتراسیون، با همکاری شرکت Dow Chemical است. همزمان شرکت آب فرانسه، در حال نصب و راه اندازی سیستم اولترافیلتراسیون، با سوراخ‌هایی به اندازه 0.1 میکرون در یکی از کارخانجات خود در خارج از پاریس است.
در حالی که بعضی شرکت‌ها مشغول کار بر روی فیلتراسیون آب هستند، بقیه مانند Altairnano، به دنبال روش‌هایی برای پاکسازی آب می‌باشند. تولیدات این شرکت شامل نانوذرات لانتانیوم است که فسفات را از محیط‌های آبی جذب میکند. به‌کارگیری این نانوذرات در حوضچه‌ها و استخرهای شنا می‌تواند به طور مؤثری فسفات موجود را از بین برده و در نتیجه از رشد جلبکها جلوگیری کند. این شرکت انتظار دارد این محصول بتواند سود تجاری را برای حوضچه‌های پرورش ماهی که هزینه زیادی برای از بین بردن جلبکها صرف میکنند دربر داشته باشد.
تحقیقات دانشگاه Lehigh آمریکا نشان میدهد که نانوپودرها می‌توانند به عنوان ابزاری مناسب برای پاکسازی خاک‌های آلوده و آب‌های زیرزمینی مورد استفاده واقع شوند. شاید مشکل هزار میلیارد دلاری آب‌های زیرزمینی آمریکا که دارای 150 هزار مخزن زیرزمینی (این منابع در منطقه ممنوعه‌ای واقع شده‌اند که دارای ضایعات خطرناک است) و تعداد زیاد گورستان‌های زباله، معدن‌های ممنوعه و مناطق صنعتی است، با کمک این نانوذرات حل شود. نانوذرات آهن موجب اکسیده و درهم شکستگی ترکیبات آلوده کننده - مانند تری‌کلرواتن، تتراکلرید کربن، دیوکسین‌ها و PCBها- شده و آنها رابه ترکیبات کربنی با درجه سمیت بسیار پایین‌تر تبدیل میکند. تحقیقات دیگری در مرکز فناوری نانوبیولوژیکی و زیست محیطی (CBEN) نشان داده است که ذرات نانومقیاس اکسید آهن در پاکسازی آب‌های زیرزمینی از آرسنیک (چیزی که بر آب مصرفی بسیاری از کشورهای در حال توسعه تأثیر دارد و برای آن راه حلی کاراتر از این وجود ندارد) مؤثر هستند.پیشرفت‌های دیگر در حوزه کشاورزی با به‌کارگیری فناوری‌نانوبه موازات پیشرفت سیستم‌های کنترل، تنظیم شرایط محیطی، رسانش مواد غذایی و استفاده از آفت‌‌کش‌های مناسب، فناوری‌نانو توانسته درک ما را نسبت به بیولوژی محصولات کشاورزی و به تبع آن نسبت به ارزش مواد غذایی و محصولات کشاورزی افزایش دهد. همچنین این فناوری می‌تواند راه‌هایی برای بالا بردن ارزش محصولات کشاورزی و رفع مشکلات محیطی ارئه دهد.
تولید نانوذرات برای مصارف صنعتی از طریق پرورش گیاهان در خاک‌های مشخص، یکی از این نمونه‌هاست؛ به عنوان مثال، تحقیقات نشان داده است که گیاه یونجه در خاک غنی از طلا، نانوذرات طلا را از طریق ریشه‌هایش جذب کرده و در بافت‌هایش جمع آوری میکند. نانوذرات طلا را می‌توان به روشی مکانیکی در زمان برداشت از گیاه جدا کرد.
همچنین از فناوری‌نانو می‌توان در تصفیه آب‌های زیرزمینی بهره گرفت. شرکت آمریکایی Argonide در حال استفاده از نانوفیبرهای اکسید آلومینیوم با اندازه 2 نانومتر برای تصفیه آب است. فیلترهایی که از این فیبرها ساخته شده‌اند، می‌توانند ویروس‌ها، باکتری‌ها و کیست‌‌ها را از بین ببرند. پروژه‌‌هایی مشابه در مناطق دیگر دنیا مانند هند و آفریقای جنوبی در حال انجام است و گروه شیمیایی آلمانی BASF، مبلغ 105 میلیون دلار از بودجه خود در تحقیقات فناوری‌نانو را به تصفیه آب اختصاص داده است. شرکت فرانسوی خدمات شهری Generale des Eaux در حال توسعه فناوری نانوفیلتراسیون، با همکاری شرکت Dow Chemical است. همزمان شرکت آب فرانسه، در حال نصب و راه اندازی سیستم اولترافیلتراسیون، با سوراخ‌هایی به اندازه 0.1 میکرون در یکی از کارخانجات خود در خارج از پاریس است.
در حالی که بعضی شرکت‌ها مشغول کار بر روی فیلتراسیون آب هستند، بقیه مانند Altairnano، به دنبال روش‌هایی برای پاکسازی آب می‌باشند. تولیدات این شرکت شامل نانوذرات لانتانیوم است که فسفات را از محیط‌های آبی جذب میکند. به‌کارگیری این نانوذرات در حوضچه‌ها و استخرهای شنا می‌تواند به طور مؤثری فسفات موجود را از بین برده و در نتیجه از رشد جلبکها جلوگیری کند. این شرکت انتظار دارد این محصول بتواند سود تجاری را برای حوضچه‌های پرورش ماهی که هزینه زیادی برای از بین بردن جلبکها صرف میکنند دربر داشته باشد.
تحقیقات دانشگاه Lehigh آمریکا نشان میدهد که نانوپودرها می‌توانند به عنوان ابزاری مناسب برای پاکسازی خاک‌های آلوده و آب‌های زیرزمینی مورد استفاده واقع شوند. شاید مشکل هزار میلیارد دلاری آب‌های زیرزمینی آمریکا که دارای 150 هزار مخزن زیرزمینی (این منابع در منطقه ممنوعه‌ای واقع شده‌اند که دارای ضایعات خطرناک است) و تعداد زیاد گورستان‌های زباله، معدن‌های ممنوعه و مناطق صنعتی است، با کمک این نانوذرات حل شود. نانوذرات آهن موجب اکسیده و درهم شکستگی ترکیبات آلوده کننده - مانند تری‌کلرواتن، تتراکلرید کربن، دیوکسین‌ها و PCBها- شده و آنها رابه ترکیبات کربنی با درجه سمیت بسیار پایین‌تر تبدیل میکند. تحقیقات دیگری در مرکز فناوری نانوبیولوژیکی و زیست محیطی (CBEN) نشان داده است که ذرات نانومقیاس اکسید آهن در پاکسازی آب‌های زیرزمینی از آرسنیک (چیزی که بر آب مصرفی بسیاری از کشورهای در حال توسعه تأثیر دارد و برای آن راه حلی کاراتر از این وجود ندارد) مؤثر هستند.
فناوری نانو هیچ زمینه علمی را به حال خود رها نکرده است . علوم کشاورزی نیز از این قاعده جدا نیستند .تا به حال کاربردهای متعددی از فناوری نانو در کشاورزی ، صنایع غذایی و علوم دامی مطرح شده است.
رابطه میان فناوری نانو وعلوم کشاورزی در زمینه های زیر قابل بررسی است :
1- نیاز به امنیت در کشاورزی و سیستم های تغذیه ای
2- ایجاد سیستم های هوشمند برای پیشگیری و درمان بیماریهای گیاهی
3- خلق وسایل جدید برای پیشرفت در تحقیقات بیولوژی و سلولی
4- بازیافت ضایعات حاصل از محصولات کشاورزی
از بین تدابیر موجود در مدیریت آفات کشاورزی استفاده از آفت کش ها و سموم سریعترین و ارزان ترین روش برای واکنش به یک وضیت اضطراری است .
روش های کنترل زیستی در حال حاضر بسیار هزینه بر هستند . در این روش ها کنترل آفت از طریق یکی از دشمنان طبیعی آن آفت صورت می گیرد . امروزه مصرف بی رویه آفت کش ها مشکلات زیادی را ایجاد کرده اند این مشکلات شامل اثرات سوء بر سلامت انسان ( ایجاد مسمومیت های حاد یا بیماری های مزمن ) ، تاثیر این مواد بر حشرات گرده افشان و حیوانات اهلی مزارع و همچنین ورود این مواد به آب و خاک و تاثیر مستقیم وغیر مستقیم آن در این نظام های زیستی می باشد .
مصرف بی رویه آفت کش ها محصولات کشاورزی را نیز به منبع ذخیره سم تبدیل می کند
مهمترین سوال در زمینه استفاده از آفت کش ها این است که :چقدر از این سموم استفاده کنیم ؟
استفاده از داروهای (سموم) هوشمند در ابعاد نانو
می تواند راه حل مناسبی باشد . این داروها که قابلیت حرکت در گیاه را
دارند در بسته هایی که حاوی نشانی خاصی هستند قرار میگیرند .برچسب نشانی یک
کد مولکولی است که بر روی بسته نصب شده و به بسته اجازه میدهد که به بخشی
از گیاه که مورد حمله عامل بیماری یا آفت قرار گرفته تحویل داده شود . این
ناقلین در ابعاد نانو همچنین دارای خود تنظیمی نیز می باشند به این معنی که
دارو فقط به میزان لازم به بافت گیاهی تحویل داده می شود .
دقت در ردیابی بافت هدف و میزان اندک اما موثر دارو باعث می شود استفاده از سموم در کشاورزی به حداقل برسد .
همه
ما میدانیم که پیشگیری بر درمان مقدم است . بیماری های گیاهی نیز از روی
علائمی مانند تغییر رنگ یا تغییر شکل اندام ها شناسایی می شوند ولی مسئله
اینجاست که این علائم مدتها پس از ورود عامل بیماری به بافت گیاه بروز پیدا
می کنند به همین خاطر با سریعترین اقدام ها برای جلوگیری از شیوع بیماری
باز هم مقداری از محصول از بین می رود . در نتیجه نیاز به ابزاری که به کمک
آن بتوان در همان مراحل ابتدایی ورود عامل بیماری، آن را کنترل و مهار کرد
بسیار ضروری به نظر میرسد.نانو حسگرهای زیستی ابزارهایی هستند که که از
تلفیق ابزارهای شیمیایی ، فیزیکی و زیستی بدست آمده اند.
تصویر ورود یک نانوحسگر زیستی به درون یک سلول
این حسگرها شامل ترکیبات زیستی مانند یک سلول ، آنزیم و
یا آنتی بادی متصل به یک مبدل انرژی هستند و قادرند که تغییرات ایجاد شده
در مولکول های اطراف خود را گزارش دهند . این گزارش ها توسط سیگنالهایی که
مبدل انرژی به تناسب با مقدار آلودگی تولید میکند دریافت می شوند. بنابراین
اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگرها وجود داشته باشد
سیگنال های قوی فرستاده می شوند . ارزیابی حضور آلاینده ها در محیط توسط
حسگرها در چند دقیقه میسر است اما با استفاده از روش های رایج حداقل 48
ساعت زمان برای تشخیص نیاز است .
استفاده از نانوحسگرهای زیستی در بسته های غذایی نیز کاربرد که در صورت شروع فساد مواد غذایی می توانند هشدار دهنده باشند .
از دیگر کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی ایجاد
پلاستیک های جدید در صنعت بسته بندی مواد غذایی است . در تولید این پلاستیک
ها از فناوری نانو ذرات استفاده شده
است . اکسیژن مسئله سازترین عامل در بسته بندی مواد غذایی است زیرا این
عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و همچنین تغییر رنگ آنها میشود . در این
پلاستیک جدید نانوذرات به صورت زیگزاگ قرار گرفته اند و مانند سدی مانع از
نفوذ اکسیژن می شوند .
به بیان دیگر مسیری که گاز باید برای ورود به
بسته طی کند طولانی می شود . به همین خاطر مواد غذایی در این بسته ها تازگی
خود را بیشتر حفظ می کنند .
با طولانی کردن مسیر حرکت مولکولهای اکسیژن، مواد غذایی دیرتر فاسد می شوند.
فناوری نانو با استفاده از فرایندهای طبیعی زیستی ، شیمیایی و فیزیکی در بازیافت مواد باقیمانده از محصولات کشاورزی و تبدیل آنها به انرژی و یا مواد شیمیایی صنعتی نیز نقش دارد . به طور مثال از زمان برداشت پنبه تا تولید پارچه بیش از 25 % الیاف به ضایعات تبدیل می شوند . در دانشگاه کرنل در آمریکا روشی تحت عنوان «ریسندگی الکتریکی» ابداع شده که با استفاده از این روش از ضایعات پنبه محصولاتی مانند کلافهای پنبه و نخ البته با کیفیت پایین تر تولید میکنند . دانشمندان علوم پلیمر از این روش برای تولید نانو فیبرها از سلولز که 90% الیاف پنبه را تشکیل می دهد استفاده کرده اند و الیافی کمتر از 100 نانومتر تولید کرده اند که 1000 بار کوچکتر از الیاف فعلی است .
یکی از کاربردهایی که برای این الیاف ریز سلولزی بیان شده جذب آفت کش ها و کودهای شیمیایی از محیط برای جلوگیری از ورود آنها به اکوسیستم و رها کردن مجدد این مواد در محیط در مواقع مورد نیاز است .
از دیگر محصولات فناوری نانو ، نانو کاتالیزورها هستند که قابلیت تبدیل روغن های گیاهی به سوخت را جهت ایجاد منابع جدید انرژی دارند .
پیشرفت در زمینه علوم گیاهی ، کشاورزی و صنایع غذایی رابطه مستقیمی با پیشرفت در تحقیقات زیست شناسی سلولی و مولکولی دارد . تولید ابزارهای جدید تحول شگرفی در تحقیقات سلولی و مولکولی ایجاد کرده است . امروزه میکروسکوپ هایی که قابلیت ایجاد مشاهده در مقیاس نانو را دارند در توسعه علوم زیستی نقش مهمی را ایفا می کنند.