क्या भविष्य की सब्जियों को छोटी सुइयों का उपयोग करके दृढ़ किया जाएगा?

आज प्रकाशित एक अध्ययन में प्रकृति नैनोटेक्नोलॉजीशोधकर्ताओं ने बड़ी मात्रा में इन खोखले रेशम माइक्रोनडल्स का उत्पादन करने का एक तरीका विकसित किया। उन्होंने उन्हें पौधों में एग्रोकेमिकल्स और पोषक तत्वों को इंजेक्ट करने और उनके स्वास्थ्य की निगरानी करने के लिए इस्तेमाल किया।

अध्ययन के वरिष्ठ लेखक और एमआईटी में सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर बेनेडेटो मारेली कहते हैं, “कृषि को अधिक कुशल बनाने की बड़ी आवश्यकता है।” “एग्रोकेमिकल्स हमारे खाद्य प्रणाली का समर्थन करने के लिए महत्वपूर्ण हैं, लेकिन वे महंगे भी हैं और पर्यावरणीय दुष्प्रभाव लाते हैं, इसलिए उन्हें सटीक रूप से वितरित करने की एक बड़ी आवश्यकता है।”

यंटेंग काओ पीएचडी ’22, वर्तमान में एक पोस्टडॉक येल विश्वविद्यालय, और मारेल्ली लैब में एक पूर्व पोस्टडॉक, डोयून किम ने अध्ययन का नेतृत्व किया, जिसमें सिंगापुर-मिट एलायंस फॉर रिसर्च एंड स्मार्ट (स्मार्ट) में एग्रीकल्चर प्रिसिजन (डिस्टैप) इंटरडिसिप्लिनरी रिसर्च ग्रुप के लिए विघटनकारी और सस्टेनेबल टेक्नोलॉजीज के साथ सहयोग शामिल था।

प्रदर्शनों में, टीम ने क्लोरोसिस के रूप में ज्ञात बीमारी का इलाज करने के लिए पौधों को लोहे देने के लिए तकनीक का उपयोग किया, और उन्हें अधिक पौष्टिक बनाने के लिए टमाटर के पौधों में विटामिन बी 12 को जोड़ने के लिए। शोधकर्ताओं ने यह भी दिखाया कि माइक्रोनडल्स का उपयोग पौधों में बहने वाले तरल पदार्थों की गुणवत्ता की निगरानी के लिए किया जा सकता है और यह पता लगाने के लिए कि आसपास की मिट्टी में भारी धातुएं थीं।

कुल मिलाकर, शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि माइक्रोनडल्स वास्तविक समय के स्वास्थ्य निगरानी और बायोफोर्टिफिकेशन के लिए एक नए तरह के प्लांट इंटरफेस के रूप में काम कर सकते हैं।

“ये माइक्रोनडल्स प्लांट वैज्ञानिकों के लिए एक उपकरण हो सकते हैं ताकि वे पौधे के स्वास्थ्य के बारे में अधिक समझ सकें और वे कैसे बढ़ते हैं,” मारेली कहते हैं। “लेकिन उनका उपयोग फसलों में मूल्य जोड़ने के लिए भी किया जा सकता है, जिससे वे अधिक लचीला हो जाते हैं और संभवतः पैदावार बढ़ती हैं।”

पौधों के आंतरिक कामकाज

जीवित पौधों के आंतरिक ऊतकों तक पहुंचने के लिए वैज्ञानिकों को पौधों की मोमी त्वचा के माध्यम से बहुत अधिक तनाव पैदा किए बिना प्राप्त करना होगा। पिछले काम में, शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला के वातावरण में पौधों को एग्रोकेमिकल्स देने और जीवित पौधों में पीएच परिवर्तनों का पता लगाने के लिए रेशम-आधारित माइक्रोनडल्स का उपयोग किया। लेकिन इन प्रारंभिक प्रयासों में छोटे पेलोड शामिल थे, जो वाणिज्यिक कृषि में उनके अनुप्रयोगों को सीमित करते थे।

“माइक्रोनडल्स को मूल रूप से मनुष्यों में टीकों या अन्य दवाओं के वितरण के लिए विकसित किया गया था,” मारेली बताते हैं। “अब हमने इसे अनुकूलित किया है ताकि तकनीक पौधों के साथ काम कर सके, लेकिन शुरू में हम तनावों को कम करने या फसल पोषण संबंधी मूल्यों को बढ़ाने के लिए एग्रोकेमिकल्स और पोषक तत्वों की पर्याप्त खुराक नहीं दे सके।”

खोखले संरचनाएं रसायनों की मात्रा को बढ़ा सकती हैं जो माइक्रोनडल्स वितरित कर सकते हैं, लेकिन मारेली का कहना है कि पैमाने पर उन संरचनाओं को बनाने के लिए ऐतिहासिक रूप से स्वच्छ कमरे और महंगी सुविधाएं हैं जैसे कि Mit.Nano भवन के अंदर पाए गए।

इस अध्ययन के लिए, काओ और किम ने छोटे, शंकु के आकार के मोल्ड्स के अंदर एक नमकीन समाधान के साथ रेशम फाइब्रोइन प्रोटीन को मिलाकर खोखले रेशम माइक्रोनडल्स का निर्माण करने का एक नया तरीका बनाया। जैसा कि पानी घोल से वाष्पित होता है, रेशम मोल्ड में जम जाता है जबकि नमक मोल्ड्स के अंदर क्रिस्टलीय संरचनाएं बनाता है। जब नमक को हटा दिया गया था, तो यह प्रत्येक सुई में एक खोखली संरचना या छोटे छिद्रों में पीछे छोड़ दिया, जो नमक एकाग्रता और कार्बनिक और अकार्बनिक चरणों के पृथक्करण पर निर्भर करता है।

“यह एक बहुत ही सरल निर्माण प्रक्रिया है। यह एक साफ कमरे के बाहर किया जा सकता है – यदि आप चाहते हैं तो आप इसे अपनी रसोई में कर सकते हैं,” किम कहते हैं। “इसके लिए किसी महंगी मशीनरी की आवश्यकता नहीं है।”

शोधकर्ताओं ने तब लोहे की कमी वाले टमाटर के पौधों को लोहे को वितरित करने के लिए अपने माइक्रोनडल्स की क्षमता का परीक्षण किया, जिससे क्लोरोसिस के रूप में जाना जा सकता है। क्लोरोसिस पैदावार को कम कर सकता है, लेकिन फसलों का छिड़काव करके इसका इलाज करना अक्षम है और पर्यावरणीय दुष्प्रभाव हो सकता है। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि पौधों को नुकसान पहुंचाए बिना उनके खोखले माइक्रोनडल्स का उपयोग लोहे के निरंतर वितरण के लिए किया जा सकता है।

शोधकर्ताओं ने यह भी दिखाया कि उनके माइक्रोनडल्स का उपयोग फसलों को मजबूत करने के लिए किया जा सकता है जब वे बढ़ते हैं। ऐतिहासिक रूप से, फसल किलेबंदी के प्रयासों ने जस्ता या लोहे जैसे खनिजों पर ध्यान केंद्रित किया है, जिसमें केवल भोजन काटा जाने के बाद विटामिन जोड़े जाते हैं।

प्रत्येक मामले में, शोधकर्ताओं ने हाथ से पौधों के डंठल के लिए माइक्रोनडल्स को लागू किया, लेकिन मारेली ने स्वायत्त वाहनों और अन्य उपकरणों को पहले से ही इस प्रक्रिया को स्वचालित करने और स्केल करने के लिए खेतों में उपयोग किए जाने वाले अन्य उपकरणों को लैस किया।

अध्ययन के हिस्से के रूप में, शोधकर्ताओं ने विटामिन बी 12 को वितरित करने के लिए माइक्रोनडल्स का उपयोग किया, जो मुख्य रूप से पशु उत्पादों में स्वाभाविक रूप से पाया जाता है, बढ़ते टमाटर के डंठल में, यह दिखाते हुए कि विटामिन बी 12 फसल से पहले टमाटर के फलों में चले गए। शोधकर्ताओं का प्रस्ताव है कि उनकी विधि का उपयोग विटामिन के साथ अधिक पौधों को मजबूत करने के लिए किया जा सकता है।

डिस्टैप के एक संयंत्र वैज्ञानिक, सह-लेखक डाइसुके यूरेनो बताते हैं कि “एक व्यापक मूल्यांकन के माध्यम से, हमने पौधों में माइक्रोनडेल इंजेक्शन से न्यूनतम प्रतिकूल प्रभाव दिखाया, जिसमें कोई अवलोकन नहीं किया गया था या लंबे समय तक नकारात्मक प्रभाव नहीं।”

“यह नया वितरण तंत्र बहुत सारे संभावित अनुप्रयोगों को खोलता है, इसलिए हम कुछ ऐसा करना चाहते थे जो पहले किसी ने नहीं किया था,” मारेली बताते हैं।

अंत में, शोधकर्ताओं ने कैडमियम के साथ दूषित हाइड्रोपोनिक समाधानों में बढ़ते टमाटर का अध्ययन करके पौधों के स्वास्थ्य की निगरानी के लिए अपने माइक्रोनडल्स के उपयोग का पता लगाया, एक जहरीली धातु जिसे आमतौर पर औद्योगिक और खनन स्थलों के करीब खेतों में पाया जाता है। उन्होंने दिखाया कि उनके माइक्रोनडल्स ने टमाटर के डंठल में इंजेक्ट किए जाने के 15 मिनट के भीतर विष को अवशोषित कर लिया है, जो तेजी से पता लगाने के लिए एक मार्ग प्रदान करता है।

पौधे के स्वास्थ्य की निगरानी के लिए वर्तमान उन्नत तकनीक, जैसे कि वर्णमिति और हाइपरस्पेक्ट्रल लीड विश्लेषण, केवल पौधों की वृद्धि के बाद समस्याओं का पता लगा सकते हैं। अन्य तरीके, जैसे कि एसएपी नमूनाकरण, बहुत समय लेने वाली हो सकती है।

इसके विपरीत, माइक्रोनडल्स का उपयोग अधिक आसानी से चल रहे रासायनिक विश्लेषण के लिए एसएपी को इकट्ठा करने के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वे 18 घंटे के दौरान टमाटर में कैडमियम के स्तर की निगरानी कर सकते हैं।

खेती के लिए एक नया मंच

शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि मौजूदा कृषि प्रथाओं जैसे छिड़काव के पूरक के लिए माइक्रोनडल्स का उपयोग किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने यह भी ध्यान दिया कि प्रौद्योगिकी में कृषि से परे अनुप्रयोग हैं, जैसे कि बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में।

काओ कहते हैं, “यह नई पॉलिमरिक माइक्रोनडेल फैब्रिकेशन तकनीक माइक्रोनडेल-मध्यस्थता वाले ट्रांसडर्मल और इंट्राडर्मल ड्रग डिलीवरी और हेल्थ मॉनिटरिंग में अनुसंधान को भी लाभान्वित कर सकती है।”

अभी के लिए, हालांकि, मारेली का मानना ​​है कि माइक्रोनडल्स अधिक सटीक, टिकाऊ कृषि प्रथाओं के लिए एक मार्ग प्रदान करते हैं।

“हम खेत के स्वास्थ्य या आसपास के पारिस्थितिक तंत्रों की जैव विविधता को नकारात्मक रूप से प्रभावित किए बिना पौधों के विकास को अधिकतम करना चाहते हैं,” मारेली कहते हैं। “कृषि उद्योग और पर्यावरण के बीच एक व्यापार बंद नहीं होना चाहिए। उन्हें एक साथ काम करना चाहिए।”

इस काम का समर्थन किया गया था, भाग में, अमेरिकी कार्यालय के नेवल रिसर्च, यूएस नेशनल साइंस फाउंडेशन, स्मार्ट, द नेशनल रिसर्च फाउंडेशन ऑफ सिंगापुर और सिंगापुर के प्रधानमंत्री कार्यालय द्वारा।