Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet. Nó được coi là một lĩnh vực khoa học mới nổi và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học trong đó có lĩnh vực nông nghiệp. Với những đặc tính ưu việt, công nghệ nano được kỳ vọng sẽ giúp cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng thông qua việc cung cấp các ứng dụng mới, các giải pháp mới trong các lĩnh vực dinh dưỡng, bảo vệ thực vật, xử lý môi trường trồng trọt…, góp phần định hướng và phát triển một nền nông nghiệp an toàn và bền vững.
Công nghệ nano cho công nghệ sinh học cây trồng
Các nhà hóa học đã phát triển tinh thể DNA bằng cách sản xuất các chuỗi DNA tổng hợp có thể tự lắp ráp thành các mẫu hình tam giác ba chiều. Các tinh thể DNA có "đầu dính" có thể gắn vào một phân tử khác theo cách có tổ chức. Khi nhiều xoắn ốc được gắn vào, nó sẽ tạo thành một tinh thể ba chiều.

Hình: (a) Ảnh lập thể của vùng xung quanh một hình tam giác; (b) Ảnh lập thể của khoang hình thoi
(các đường màu trắng) được tạo thành bởi các hình tam giác. (Nguồn: Nature)

Điều này có thể được áp dụng để cải thiện các loài cây trồng quan trọng bằng cách tổ chức và liên kết carbohydrate, lipid, protein và axit nucleic với các tinh thể này.
Các hạt nano có thể đóng vai trò như 'viên đạn thần kỳ', chứa thuốc diệt cỏ, hóa chất hoặc gen, nhắm vào các bộ phận cụ thể của cây để giải phóng nội dung của chúng. Các viên nang nano có thể cho phép thuốc diệt cỏ thâm nhập hiệu quả, cho phép giải phóng chất chậm và liên tục. Các nhà nghiên cứu của Đại học Bang Iowa đã sử dụng các hạt nano silica xốp trung bình 3 nm được phủ hóa chất (MSN) làm vật chứa cho các gen được đưa vào cây trồng.
Lớp phủ cho phép cây hấp thụ hạt, nơi các gen được đưa vào. Kỹ thuật này đã được sử dụng trong cây thuốc lá và cây bắp.
Các hạt nano và tái chế chất thải nông nghiệp
Công nghệ nano cũng được sử dụng để giảm chất thải trong nông nghiệp. Trong sản xuất bông, xenluloza thường bị loại bỏ như chất thải hoặc được sử dụng cho các sản phẩm có giá trị thấp. Sử dụng công nghệ nano, xenluloza này được sử dụng để sản xuất các sợi nano có thể hoạt động như chất hấp thụ phân bón hoặc thuốc trừ sâu, cho phép ứng dụng có mục tiêu cụ thể theo không gian và thời gian nhất định.
Công nghệ nano cũng được sử dụng để tăng cường hiệu suất của các enzyme được sử dụng trong sản xuất nhiên liệu ethanol. Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu các enzyme được chế tạo bằng công nghệ nano cho phép sản xuất nhiên liệu ethanol đơn giản và rẻ hơn.
Khi đốt, trấu (vỏ lúa gạo) tạo ra nanosilica chất lượng cao có thể được sử dụng để sản xuất các vật liệu khác như thủy tinh và bê tông. Sản xuất hàng loạt nanosilica thông qua công nghệ nano có thể làm giảm bớt mối lo ngại ngày càng tăng về việc xử lý trấu.
Hệ thống phân phối sâu bệnh, chất dinh dưỡng và hormone thực vật
Cảm biến nano và hệ thống phân phối thông minh dựa trên nano cũng giúp sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên thiên nhiên trong nông nghiệp thông qua canh tác chính xác. Sử dụng vật liệu nano và hệ thống định vị toàn cầu với hình ảnh vệ tinh của các cánh đồng, người quản lý trang trại có thể phát hiện sâu bệnh hoặc cây bị héo rũ. Sau khi phát hiện, sẽ tự động điều chỉnh việc sử dụng thuốc trừ sâu hoặc tưới tiêu. Cảm biến nano trên cánh đồng cũng có thể phát hiện vi-rút thực vật và dinh dưỡng đất. Phân bón giải phóng chậm dạng nang nano cũng đã được sử dụng để tiết kiệm phân bón.
Mã vạch nano và xử lý nano cũng được sử dụng để theo dõi chất lượng nông sản. Các nhà nghiên cứu của Đại học Cornell đặt mục tiêu phát triển một máy dò tại chỗ được sử dụng dễ dàng, không qua huấn luyện. Họ đã sản xuất các đầu dò vi mô hoặc mã vạch nano có thể gắn thẻ mầm bệnh trong trang trại. Sau khi gắn thẻ, chúng có thể dễ dàng được phát hiện bằng bất kỳ thiết bị huỳnh quang nào.
Công nghệ nano cũng cho phép các nhà khoa học nghiên cứu quá trình điều hòa hormone của thực vật. Các nhà khoa học tại Đại học Purdue đã phát triển cảm biến nano tạo ra tín hiệu điện để đo nồng độ auxin tại một bộ phận cụ thể. Bước đột phá này giúp các nhà khoa học hiểu được cách rễ cây thích nghi với môi trường.
Tác động của công nghệ nano
Công nghệ nano là một trong những giải pháp khả thi cho các vấn đề trong thực phẩm và nông nghiệp. Giống như công nghệ sinh học, các vấn đề về an toàn và quy định liên quan đến công nghệ nano. Tuy nhiên, các sản phẩm công nghệ nano từ lâu đã có mặt trên thị trường.
Richard Smalley, nhà khoa học đoạt giải Nobel hoá học, với công trình khám phá ra Fullerene, người tiên phong về công nghệ nano, cho biết: tác động của công nghệ nano đối với sức khỏe, sự giàu có và cuộc sống của người dân sẽ ít nhất là ngang bằng với tác động kết hợp của vi điện tử, hình ảnh y tế, kỹ thuật hỗ trợ máy tính và polyme nhân tạo được phát triển vào thế kỷ 20. Cho đến nay, các nhà khoa học nghiên cứu nano đang phát triển các kỹ thuật xây dựng vật thể theo từng nguyên tử có tiềm năng ứng dụng không chỉ trong nông nghiệp mà còn trong y học, điện tử, công nghệ thông tin, giám sát và khắc phục môi trường …
Tóm lại, Công nghệ nano được coi là một chìa khóa mới để phát triển sản xuất nông nghiệp. Với việc cung cấp cho trồng trọt các giải pháp công nghệ mới về dinh dưỡng cây trồng, bảo vệ thực vật, phát hiện sâu bệnh, theo dõi sự phát triển của cây trồng, công nghệ nano hứa hẹn sẽ ngành trồng trọt nâng cao năng suất, sản lượng và chất lượng nông sản, đồng thời hướng đến phát triển một nền nông nghiệp an toàn, bền vững và thân thiện với môi trường.

Thị Trâm