Виктор Балабанов - Нанотехнологии. Правда и вымысел

Рассмотренные выше цеолитные материалы, вследствие значительной суммарной емкости пор и способности к ионному обмену с питательными микроэлементами (молекулами) удобрений, могут успешно применяться для обеспечения более длительного действия (эффект пролонгирования), предотвращения вымывания питательных веществ после внесения, а также в качестве носителя пестицидов. Установлено также положительное воздействие цеолитов на оптимизацию кислотности песчаных, заливных, вулканических и дерново-подзолистых почв, а также на предотвращение слеживания минеральных удобрений в процессе хранения.

Применение цеолитных материалов в земледелии из расчета 0,5–2 т на 1 гектар сельскохозяйственных угодий способствует повышению урожайности моркови на 63 %, баклажанов – на 55 %, риса – на 35 %, томатов и перцев – на 33 %, яблок – на 28 %, кукурузы – на 10 %, пшеницы – на 15 % и т. д.

В результате отмечается не только прирост урожайности, но и улучшение всхожести семян, повышение устойчивости растений к заболеваниям (например, ячменя – к мучнистой росе), а также длительное удержание влаги в почве, что особенно актуально для южных регионов или возможных периодов засухи.

Будет получен новый тип нанотехнологических препаратов для борьбы с фитопатогенными бактериями на основе использования новых микроорганизмов, впервые выделенных учеными Российской Федерации, – хищных нанобактерий, своего рода «живых антибиотиков» для растений.

В настоящее время создаются микробные препараты на основе ассоциативных, эндофитных и симбиотических бактерий для использования в качестве продуцентов и транспортеров в растения различных ферментов и низкомолекулярных биологически активных веществ (нанообъектов), которые способны улучшать адаптацию растений к неблагоприятным факторам среды: загрязнению токсичными металлами, засолению, повышенной кислотности почвы и засухе.

На основе металлоорганических наноразмерных структур микробного и растительного происхождения будут созданы технологии выведения токсичных элементов из системы ризосфера-микроорганизмы-растение, что позволит повысить устойчивость широкого набора сельскохозяйственных культур к неблагоприятным агроклиматическим факторам и условиям.

Таблица 16. Идентификация сортовъх нанопризнаков методами оптической флуоресценции и отражения

В животноводстве нанодобавки находят широкое применение в приготовлении кормов, где обеспечивают повышение продуктивности животных в 1,5–3 раза, а также способствуют повышению их сопротивляемости инфекционным заболеваниям и стрессам. Наноразмер частиц кормовых добавок позволяет не только значительно снизить их расход, но и обеспечить более полное и эффективное усвоение животными.

Например, уже упоминавшиеся цеолиты успешно используются при производстве комбикормов и кормовых концентратов, которые подаются в пищу скоту и птице. При введении в рацион молодняка жвачных животных цеолитов учитываются их ионообменные свойства, способствующие ослаблению токсичного действия аммиака. В качестве иммуномодулирующей антитоксической кормовой добавки для животных предлагается использовать нано– и микропорошковые твердофазные ферменты (Bacillus subtilis ) тонкоизмельченных фитосубстратов.

Другое направление нанотехнологических работ в сельском хозяйстве – исследования в области применения бионанотехнологий. К ним относятся технологии по направленному белковому синтезу для получения пептидов с желаемыми иммуногенными свойствами. Создаются векторные системы для клонирования иммунологически значимых белков возбудителей особо опасных болезней животных и вакцины нового поколения, обладающие высокой активностью и безопасностью.

Активно ведутся исследования по получению наночастиц генно-инженерных протеинов, разработке биочипов и тест-систем для биологического скрининга, иммунологического мониторинга и прогнозирования опасных и экономически значимых инфекционных заболеваний животных (бешенства, бруцеллеза, кампилобактериоза, клостридиозов, гриппа свиней, некробактериоза, болезни Марека, гриппа птиц, бешенства).

Внедрение мембранных систем очистки, а также специальных биоцидных покрытий и материалов на основе серебра будет способствовать упрощению и повышению уровня содержания сельскохозяйственных животных, обеспечению их качественной питьевой водой.

Проводятся исследования по разработке нанобиотехнологических методов выявления маркеров, сцепленных с хозяйственно=ценными признаками, вирусными, бактериальными и паразитарными заболеваниями рыб и их возможному применению в практике рыбоводства при культивировании основных объектов аквакультуры.

В настоящее время во всем мире пищевыми компаниями проводятся интенсивные исследования в области нанобиотехнологий функциональных пищевых добавок и веществ с применением методов ультра– и нанофильтрации, нанокапсулирования, дезинтеграции, а также использованием направленной контролируемой ферментативной модификации нанобиоструктур, например сыров, йогуртов и т. д.

Пищевые компании все чаще применяют в продовольственных товарах (продукты питания, напитки, жевательная резинка) биологические наночастицы размерами в несколько сотен атомов.

«Нанотехнологически видоизмененные продукты позволят улучшить здоровье людей», – считает химик из института прикладной химии Еврейского университета в Иерусалиме (Casali Institute ofApplied Chemistry in the Hebrew) Ниссим Гарти (Nissim Garti), предложивший создавать наноконтейнеры из витаминов и пищевых кислот по аналогии с косметическими разработками.

По словам ученого, капсулы размером 10-100 нм значительно лучше растворяются, а потому подвижнее и эффективнее обычных вкусовых и ароматических капельных добавок. Это метод уже предложен предприятию Nutralease для усиления аромата кофе. Молекулы сахара и аминокислот заключены в особые нанокапли, которые разбрызгивают по кофейным зернам. В обычных условиях ни аромат, ни вкус ничем не проявляются, что, возможно, не является достоинством разработки. Однако под воздействием горячей воды при приготовлении нанооболочки разрушаются, и субстанции смешиваются с кофе, придавая необходимый и стойкий вкус. При этом введением в нанокапсулы тех или иных компонентов можно достичь самых разнообразных вкусовых оттенков.