Японські науковці розробили економне та більш функціональне флуоресцентне добриво

Науковці з японської компанії Green Science Alliance розробили флуоресцентне добриво з квантовими точками. Спеціалістам вдалося виростити флуоресцентні рослини (японську гірчицю) із насіння за допомогою флуоресцентного нанодобрива з квантовими точками (QDNF). Green Science Alliance виробляє такі продукти, як сонячні елементи, літій-іонні батареї, конденсатори.

Глобальна продовольча криза стає дедалі гострішою, а ціни на харчові продукти зростають. Не тільки харчові продукти, але й добрива є незамінними ресурсами, й ціни на них, і зокрема азот, фосфор та калій, також зростають.

Розмір частинок комерційних добрив (твердих добрив), які зараз використовуються, має бути невеликим у зв’язку з розкладанням бактерій у ґрунті, перш ніж вони зможуть поглинатися рослинами. Інакше добрива можуть вимиватися з ґрунту, наприклад, дощем. Крім того, невелика кількість добрив випаровується в атмосферу і принаймні половина добрив, внесених у ґрунт, витрачається даремно.

Нещодавно було розроблено новий вид добрива під назвою «нанодобриво». Розмір частинок добрива знаходиться в діапазоні нанометрів. Вони можуть проходити між клітинами рослин та поглинатися без допомоги розкладання бактерій. Таким чином, використання нанодобрив більш ефективне та призводить до отримання сільськогосподарських культур з більшою врожайністю у порівнянні з кількістю врожаю, отриманого із застосуванням комерційних твердих добрив.

Нанодобрива можуть засвоюватися рослинами не тільки з ґрунту, а й з листя. Отже, фермери можуть вносити нанодобрива на листя сільськогосподарських культур, просто розпилюючи їх з дронів, що можливо при використанні рідких добрив. Новий винахід демонструє кращі переваги. Наприклад, нанодобрива містять не тільки компоненти добрива, але й компоненти пестицидів, гербіцидів та металів, необхідних для росту рослин, всередині наночастинок або на поверхні. Крім того, деякі дослідження показали, що рекомбінантні гени можна вводити в рослини за допомогою нанодобрив як носіїв генів.

Квантові точки — це надмалі матеріали (0,5–9 нм) з оптичними властивостями, вони відповідають правилам квантової хімії та квантової механіки та називаються «штучними атомами або штучними молекулами». Кожна квантова точка містить від кількох десятків до тисяч атомів або молекул. У цьому діапазоні розмірів енергетичні рівні електронів більше не є безперервними та розділені через фізичне явище, відоме як ефект квантового обмеження. За цієї умови довжина хвилі випромінюваного світла залежить від розміру квантової точки.

У 2023 році доктор Рьохей Морі синтезував графенові квантові точки з хімічним складом, який містить три ключові елементи добрива: азот, фосфор та калій. Крім того, він використав сировину, безпечну для здоров’я людини та навколишнього середовища, хоча цей тип нового матеріалу потребує офіційної перевірки на безпечність для здоров’я людини та вплив на навколишнє середовище для фактичного застосування.

Коли добриво з квантовою точкою вноситься в насіння рослин японської гірчиці, вони ростуть так само як і при використанні комерційного рідкого добрива. Крім того, вирощена культура демонструє флуоресценцію під впливом ультрафіолетового та синього світла, що вказує на те, що QDNF поглинається в організмах рослин під час їхнього росту.