Fluoreszkáló nano-műtrágyát fejlesztettek ki
A Green Science Alliance kvantumpontos fluoreszkáló műtrágyát fejlesztett ki.
Ezzel a fluoreszkáló kvantumpontos nano-trágyával (QDNF) sikerült magokból fluoreszkáló növényeket (japán mikrozöldeket) termeszteniük. A globális élelmiszerválság egyre súlyosabbá válik, és az élelmiszerárak egyre magasabbak. Nemcsak az élelmiszerek, hanem a műtrágya is nélkülözhetetlen erőforrás, és a műtrágyaárak is emelkednek. A műtrágyák három kulcsfontosságú elemet tartalmaznak: nitrogént, foszfort és káliumot.
A jelenleg használt kereskedelmi műtrágyák (szilárd műtrágyák) szemcseméretének a talajban a baktériumok általi lebomlás révén kicsinek kell lennie ahhoz, hogy a növények képesek legyenek felszívni azokat; ellenkező esetben a műtrágyák például az esővel kimosódhatnak a talajból. Ezen túlmenően a műtrágyák egy bizonyos része a tapasztalatok szerint kipárolog a levegőbe. Több tanulmány szerint a fent említett okok miatt a talajra kijuttatott műtrágyáknak legalább a fele kárba vész.
A közelmúltban kifejlesztettek egy új típusú műtrágyát, az úgynevezett „nano-műtrágyát”. Amikor a műtrágyák részecskemérete a nanoméretű tartományba esik, azok képesek a növényi sejtek közötti útvonalon átfutni; így a műtrágyák a baktériumok bomlásának segítsége nélkül is felszívódhatnak a növényekben. A nano-műtrágyák alkalmazásával tehát a műtrágyák nagy része hatékonyan hasznosítható, ami nagyobb terméshozamú mezőgazdasági terményeket eredményez, mint a kereskedelemben kapható hagyományos szerves trágya használatával kapott termésmennyiség.
A nanotrágyák nemcsak a talajból, hanem a levelekből is felszívódhatnak a növényekbe, ezért a gazdák a nanotrágyákat úgy juttatják ki a növények leveleire, hogy egyszerűen felülről, drónnal permeteznek, ami folyékony műtrágyák használata esetén lehetséges. Mindazonáltal a nanotrágyák jobb előnyökkel rendelkeznek. Például a nano-műtrágyák nemcsak műtrágya komponenseket tartalmaznak, hanem a növény növekedéséhez szükséges növényvédő szerek, gyomirtók és fémek komponenseit is magukban hordozzák a nanorészecskékben vagy a felületükön. Ezen túlmenően bizonyos kutatások arról számoltak be, hogy a nano-műtrágyákat génhordozóként használva rekombináns gének juttathatók a növényekbe.
A kvantumpontok olyan rendkívül parányi méretű (0,5-9 nm) anyagokat jelentenek, amelyek optikai tulajdonságai a kvantumkémia és a kvantummechanika szabályait követik. Ezeket a kvantumpontokat „mesterséges atomoknak vagy mesterséges molekuláknak” nevezik, mivel minden egyes kvantumpont több tucat vagy ezer atomból vagy molekulából áll. Ebben a mérettartományban az elektronok energiaszintje már nem folytonos, hanem a kvantumbezárási hatásként ismert fizikai jelenség miatt elválik egymástól. Ilyen feltételek mellett a kibocsátott fény hullámhossza a kvantumpont méretétől függően változik.
Dr. Ryohei Mori ezúttal olyan kémiai összetételű grafén kvantumpontokat szintetizált, amelyek a három kulcsfontosságú műtrágyaelemet – nitrogént, foszfort és káliumot – tartalmazzák. Emellett olyan nyersanyagokat használt, amelyek biztonságosak az emberi egészségre és a környezetre nézve, noha az ilyen típusú új anyagokat még tesztelni kell a tényleges felhasználás szempontjából a humán és ökológiai hatások tekintetében.
Amikor ezt a kvantumpontos műtrágyát a japán mikrozöld növények magjaira juttatják, azok ugyanolyan mértékben nőnek, mintha kereskedelmi forgalomban kapható folyékony műtrágyát használnának. Ezen túlmenően a már kifejlett növény ultraibolya fény és kék fény besugárzása mellett fluoreszcenciát mutat, ami azt jelzi, hogy a QDNF felszívódik a növényi szervezetekben azok növekedése során.
Legjobb tudomásunk szerint még nem számoltak be olyan sikeres kísérletről, amelynek során valódi növényeket (nem állati vagy gombaféléket) termesztettek volna, amelyek szabad szemmel is egyértelműen felismerhető fluoreszcenciát bocsátanak ki. (Egyes tanulmányok lumineszkáló növényekről számoltak be, amelyek nanorészecskék vagy lumineszkáló baktériumok növényi testekbe történő mesterséges beágyazásával jöttek létre. Emellett léteznek ritka példák is; például néhány növény, így a Mirabilis, fluoreszkáló fényt bocsát ki).
