La scienza è fatta di grandi idee che cambiano il mondo. Ma a volte sono i piccoli oggetti che portano alle trasformazioni più grandi.
La nanotecnologia può sembrare fantascienza, ma esiste da decenni. Gli approcci nanotecnologici hanno trovato applicazioni concrete in molti campi, sia per i materiali compositi nell’industria tessile che in agricoltura.
L’agricoltura è una delle più antiche invenzioni umane e la nanotecnologia porta innovazioni che potrebbero migliorare significativamente l’efficienza del nostro approvvigionamento alimentare e ridurre l’impatto ambientale della sua produzione.
L’agricoltura ha un costo che i principali interessati conoscono fin troppo bene. Richiede quantità significative di acqua, suolo e carburante. Fertilizzanti e pesticidi sono necessari per ottenere rese elevate, ma il loro uso ha effetti negativi sull’ambiente, anche se gli agricoltori cercano di ridurre l’impatto con le nuove tecnologie.
Piccoli oggetti
La nanotecnologia è la scienza che studia oggetti di pochi nanometri – miliardesimi di metro – di diametro. A queste dimensioni, gli oggetti acquisiscono proprietà uniche. Pertanto, l’area di uno sciame di particelle nanometriche è immensa rispetto a quella di un singolo grande oggetto della stessa massa.
Variando le dimensioni e altre caratteristiche degli oggetti su scala nanometrica, abbiamo una capacità senza pari di creare superfici di precisione con proprietà personalizzate.
Uso di particelle
Il metodo di applicazione dei prodotti chimici consiste nel dissolvere gli ingredienti attivi in acqua e successivamente spruzzare la miscela sulle colture. Poiché gli ingredienti non si mescolano facilmente, il processo è inefficiente e richiede grandi quantità di acqua.
Per aumentare l’efficacia di fertilizzanti e pesticidi e ridurne l’impatto ambientale, gli agricoltori hanno bisogno che i prodotti raggiungano le piante e vengano assorbiti esattamente dove servono, ad esempio nelle radici o nelle foglie. Idealmente, userebbero la giusta quantità di sostanze chimiche per migliorare la resa e proteggere i loro raccolti da attacchi o malattie, il che eviterebbe gli sprechi.
I sistemi personalizzati su nanoscala utilizzano una chimica di precisione per garantire una distribuzione altamente efficiente di fertilizzanti e pesticidi. I principi attivi sono incapsulati in modo simile a quanto avviene con la somministrazione mirata di farmaci. La tecnica dell’incapsulamento può essere utilizzata anche per aumentare la dissoluzione in acqua, riducendo così la quantità di prodotto richiesta.
Applicazioni attuali
L’azienda farmaceutica Starpharma ha intrapreso questa attività alcuni anni fa creando una divisione responsabile dell’applicazione delle sue innovazioni nanotecnologiche al settore agricolo.
Psigryph è un’altra azienda innovativa nel campo delle nanotecnologie in agricoltura. La sua tecnologia utilizza nanostrutture biodegradabili derivate dall’estratto di ciliegia di Montmorency per fornire molecole bioattive attraverso le membrane cellulari di piante, animali e umani.
Nel mio laboratorio, lavoriamo nel campo delle nanoscienze da anni e sono orgoglioso di vedere che la nostra comprensione dell’incapsulamento polimerico su scala nanometrica trova applicazioni in agricoltura. I pesticidi chimici e biologici sono sospesi da esso in “nanopacchetti” – tipi di capsule polimeriche incredibilmente piccole – in modo che possano raggiungere facilmente il loro obiettivo.
E l’attrezzatura?
Uno dei vantaggi di queste innovazioni nanotecnologiche è che non richiedono alcuna nuova attrezzatura, il che è un grande vantaggio nel settore agricolo in difficoltà finanziarie.
Altri usi agricoli della nanotecnologia includono prodotti per la salute degli animali, materiali di imballaggio alimentare e nanobiosensori che vengono utilizzati per rilevare agenti patogeni, tossine e metalli pesanti nel suolo. Non sarebbe sorprendente vedere un uso diffuso di queste nuove applicazioni nel prossimo futuro.
Il guadagno di produttività offerto dalle nuove tecnologie è essenziale per gli agricoltori e molto importante per il resto di noi, poiché la popolazione della terra continua a crescere e gli effetti del cambiamento climatico diventano sempre più evidenti. Gli agricoltori dovranno fare di più con meno.
E qualche miliardesimo di metro è meno, non ci sono dubbi. Grazie alle nanotecnologie, l’agricoltura globale è sul punto di fare grandi cose.
Autore
M Cynthia Goh, Professor, Chemistry, University of Toronto
