Het antwoord op de groeiende wereldwijde voedselproductieprobleem kan een kleine oplossing hebben:nanodeeltjes, die worden onderzocht als zowel meststoffen als fungiciden voor gewassen.

NanoFARM; een onderzoeksconsortium gevormd tussen Carnegie Mellon University, de Universiteit van Kentucky, de Universiteit van Wenen, en Aveiro Universiteit in Praag; bestudeert de effecten van nanodeeltjes op de landbouw. De vier universiteiten ontvingen subsidies van de respectieve National Science Foundations van hun land om te ontdekken hoe deze kleine deeltjes - slechts 4 nanometer in diameter - een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop boeren hun voedsel verbouwen.

"Wat we doen, is een fundamenteel begrip krijgen van interacties tussen nanodeeltjes en planten om toekomstige inzichten mogelijk te maken, " zegt CEE-professor Greg Lowry, de hoofdonderzoeker van het nanoFARM-project. "Met bestrijdingsmiddelen, minder dan 5% gaat in het gewas - de rest gaat gewoon in het milieu en doet schadelijke dingen. Wat we proberen te doen is dat afval en de bijbehorende milieuschade tot een minimum te beperken door de levering beter te richten."

De teams kijken naar twee doelen:hoeveel nanomateriaal is nodig om gewassen te helpen bij het verdrijven van ongedierte en het leveren van voedingsstoffen, en hoeveel kan planten of omliggende ecosystemen mogelijk schaden?

Toegepaste pesticiden en meststoffen zijn kwetsbaar voor wegspoelen, vooral als er kort na het aanbrengen een regenbui valt. Maar nanodeeltjes zijn niet zo gemakkelijk weg te wassen, waardoor ze uiterst efficiënt zijn voor het leveren van micronutriënten zoals zink of koper aan gewassen.

"Als je zinkzout in water doet, lost het snel op, " zegt promovendus Xiaoyu Gao, die al sinds de oprichting bij NanoFARM werkt. "Als je er in plaats daarvan zinkoxide nanodeeltjes in doet, het kan dagen of weken duren om op te lossen, het verstrekken van een langzame, leveringssysteem voor de lange termijn."

Gao doet onderzoek naar de snelheid waarmee nanodeeltjes oplossen. Zijn meest recente bevinding is dat nanodeeltjes van koperoxide tot 20-30 dagen nodig hebben om op te lossen in de bodem, wat betekent dat ze gedurende die periode met een constante snelheid voedingsstoffen aan planten hebben geleverd.

"In ontwikkelingslanden als China en India, een groot aantal mensen verhongert, " zegt Gao. "Dit soort technologie kan helpen om voedsel te leveren en energie te besparen."

Maar Gao's onderzoek is slechts één stukje van de NanoFARM-puzzel. Lowry reisde onlangs naar Australië met Ph.D. student Eleanor Spielman-Sun om te onderzoeken hoe verschillend geladen nanodeeltjes werden opgenomen in tarweplanten.

Ze leerden dat negatief geladen deeltjes in de aderen van een plant konden komen, waardoor ze geschikt waren voor een boer die een fungicide wilde gebruiken. Neutraal geladen deeltjes gingen in het weefsel van de bladeren, wat gunstig zou zijn voor telers die een voedingsmiddel met voedingswaarde willen verrijken.

Lowry zei dat ze nog lang niet klaar zijn met het ondertekenen van een eindproduct voor alle gewassen - op dit moment concentreren ze zich op tomaten- en tarweplanten. Maar met de hulp van hun universitaire partners, ze creëren langzaam systemen voor meer onderzoek.