Cách mạng hóa nông nghiệp nhờ… hạt nano

• Liệu pháp hạt nano tấn công khối u ung thư
• Cách mạng công nghệ nano và những cỗ máy siêu nhỏ
• Công nghệ nano: Vị cứu tinh của tương lai

Tuy nhiên, nhiều ý kiến cho rằng sự nở rộ của ngành công nghệ còn non trẻ, đặc biệt ở các quốc gia đang phát triển, có nguy cơ gây nên ít nhiều lo ngại về sự an toàn lâu dài đối với môi trường và sức khỏe con người.

Hỗ trợ dinh dưỡng

Công nghệ nano có bản chất là khảo sát, tìm hiểu và ứng dụng đặc tính của những vật chất có kích thước siêu nhỏ nanomet (1/1.000.000.000m). 

Đối với thực phẩm, công nghệ nano được áp dụng trong nhiều giai đoạn, từ trồng trọt và chăn nuôi đến đóng gói sản phẩm, nhằm tạo ra những sản phẩm có chứa các hạt nano chứa dưỡng chất quan trọng. Giới khoa học tin rằng, cấu tạo siêu nhỏ đem lại những chức năng khác biệt như thay đổi kết cấu, hình dạng và hương vị. 

Bên cạnh đó, các hạt nano cho phép đóng gói tốt hơn, có khả năng khử mùi và bảo quản được lâu hơn, đặc biệt là đối với các sản phẩm đông lạnh.

Trước nguy cơ an ninh lương thực bị phá vỡ do bùng nổ dân số, các nhà khoa học Canada đang tận dụng công nghệ nano để cải thiện dinh dưỡng tại các nước nghèo và chậm phát triển. Những loại hạt này được bổ sung trong thực phẩm sẽ giúp tăng miễn dịch, khả năng hấp thụ canxi hay chữa bệnh loãng xương, góp phần khắc phục tình trạng suy dinh dưỡng và thiếu vi chất trong cơ thể. 

Cần phải lưu ý rằng, các hạt nano rất nhỏ nên thường không phải chỉ một mình nó được đưa vào cơ thể mà còn có thể trộn lẫn nhiều chất khác. Giới nghiên cứu hướng đến hai nhóm hạt chính: loại nano có bản chất là dưỡng chất đi thẳng vào cơ thể thông qua hoạt động ăn uống, và loại nano có bản chất là túi (chứa dưỡng chất) sẽ bị phân hủy để giải phóng chất bên trong cơ thể.

Chưa dừng lại ở đó, một số nghiên cứu tin rằng ứng dụng công nghệ nano và enzyme tạo ra tiềm năng phân giải các dưỡng chất tối đa có trong thực phẩm. Sản phẩm được nghiên cứu có tên gọi nhũ tương nano, có tác dụng tăng lượng chất dinh dưỡng khi được phun lên thực phẩm. Trước đây, một số enzyme được thêm vào thực phẩm để thủy phân các thành phần dinh dưỡng, do đó làm tăng khả năng tăng sinh khả dụng của các chất dinh dưỡng thiết yếu khác như khoáng chất và vitamin. 

Giờ đây, nhiều hạt nano được bổ sung vào thực phẩm, trở thành chất xúc tác hỗ trợ enzyme phát huy hoạt tính thủy phân cao, nhằm giúp cơ thể người hấp thụ nhiều nhất các chất dinh dưỡng. Thú vị hơn, cơ chế này còn được tận dụng để sản xuất nhiều thực phẩm chức năng từ các bài thuốc thảo mộc, kết hợp với các phương pháp tiếp cận lâm sàng và dựa trên y học bằng chứng hiện đại để tăng cường hiệu quả điều trị.

Phát triển “siêu cây trồng”

Công nghệ nano tiếp tục được ứng dụng để thúc đẩy sự tăng trưởng và phát triển của thực vật, đồng thời tạo ra nhiều giống cây trồng khỏe mạnh hơn. Gần đây, các nhà khoa học Mỹ tuyên bố đang thử nghiệm nano carbon (dạng hình trụ) để biến đổi gen ở một vài loại thực vật trong nông nghiệp mà không cần dùng đến ADN ngoại lai. 

Gen được chỉnh sửa sau đó cũng cho ra thế hệ sau thừa hưởng các đặc tính nổi trội hơn liên quan đến kháng côn trùng, bệnh tật hay chống chọi được với các loại hình thời tiết cực đoan như hạn hán. Họ tin rằng việc sử dụng các hạt nano không tạo nên nỗi lo về biến đổi gen, và không cần làm lạnh hoặc đòi hỏi các thiết bị hiện đại như súng gen, vì vậy hoàn toàn khả thi trong bối cảnh tài nguyên còn đang hạn chế như hiện nay.

Độc đáo hơn, nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Oxford (Anh) thông báo tìm ra nhiều phương pháp mới để cung cấp dưỡng chất cho cây trồng. Họ đã thử nghiệm thành công phân bón tổng hợp từ các hạt nano kẽm giúp tăng hoạt động của nhiều enzyme trong cây đậu ở phản ứng với các hợp chất phốt pho phức tạp trong đất. Kết quả cho thấy, cây đậu hấp thu được thêm 15% lượng phốt pho trong đất, tăng sinh khối thêm 27% và năng suất tăng 5% so với phương pháp bón phân truyền thống. 

Các loại phân bón hạt nano còn có khả năng tăng giá trị dinh dưỡng của cây trồng khi hạt nano thúc đẩy quá trình quang hợp của cây. Một số thí nghiệm với hạt nano oxit kẽm ở nồng độ khác nhau đã giúp tăng lượng lycopene trong cây cà chua từ 80% đến 120%.

Tiếp đó, các nhà khoa học giới thiệu phương pháp đưa các hạt nano vào lá cây để chúng có thể đi dọc thân cây và đến tận gốc, với ý định cung cấp chất kháng sinh, chất dinh dưỡng và thuốc trừ sâu với hiệu quả gần 100%. Thí nghiệm thực hiện trên lúa mì (loại cây lương thực quan trọng của rất nhiều quốc gia) cho thấy con đường di chuyển của các hạt nano đem theo dưỡng chất qua mô lá, rồi dần phủ khắp toàn thân theo hệ thống mao mạch của cây. 

Theo quan sát, sau khi đến rễ, các hạt nano thoát vào đất, dính chặt vào môi trường vi mô bám vào rễ. Đây là vùng cây tương tác với đất, lấy chất dinh dưỡng, nhưng đồng thời là nơi vi khuẩn và nấm có thể xâm nhập vào thân cây. Một số ý kiến tin rằng, các hạt nano kháng sinh được đưa qua lá vào mao mạch cây, chúng có thể giúp điều trị các bệnh do vi khuẩn gây lên trên toàn thân cây.

Nỗi lo và hoài nghi

Nhiều quan điểm nhận định, việc ứng dụng hạt nano để sản xuất lương thực hay “truyền” dưỡng chất cho cây giúp giảm chi phí canh tác và sản xuất, bảo vệ đất nông nghiệp, tiết kiệm nguồn nước cũng như năng lượng. 

Quan trọng hơn, ý tưởng hạt nano tạo nên xu hướng phát triển nền nông nghiệp chính xác, trong đó nông dân sẽ vận dụng tri thức về nano để thay đổi quy trình tưới tiêu, bón phân và nhiều khâu khác trong hoạt động trồng trọt. 

Phương pháp này sẽ làm cho nông nghiệp phát triển bền vững hơn vì tạo nên những nguồn thực phẩm dồi dào, an toàn cùng các giống “siêu cây trồng”, bên cạnh việc hạn chế được tối đa lượng chất thải gây ô nhiễm môi trường. Viễn cảnh cách mạng hóa hệ thống nông nghiệp và thực phẩm toàn cầu là rõ ràng nếu công nghệ nano thành công.

Tuy nhiên, song song với những tiềm năng ứng dụng, giới khoa học cũng cảnh báo các nguy cơ tiềm ẩn của công nghệ nano. Trước hết, đó là nỗi lo về sự an toàn với sức khỏe con người khi một vài nghiên cứu chỉ ra tính độc hại của hạt nano như việc nano bạc trên bao bì thực phẩm có thể tiêu diệt lợi khuẩn trong dạ dày, hay sự tích tụ nano carbon gây viêm tế bào. 

Bất chấp việc giới chuyên gia khẳng định hạt nano trong các sản phẩm thực phẩm trên thị trường hiện nay có lẽ là an toàn, rủi ro đối với sức khỏe vẫn rất khó lường bởi vì sự đa dạng của hạt nano liên quan đến kích thước, hình dạng, dạng tinh thể, khả năng hòa tan, loại vật liệu, nồng độ tiếp xúc và liều lượng.

Tiếp đó, nỗi bất an xoay quanh việc chưa có đầy đủ các nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của hạt nano. Hiện nay, hạt nano chỉ được thử nghiệm chủ yếu trên tế bào động vật hay thực vật, mà chưa hề thử nghiệm trên cơ thể người. 

Tranh cãi còn đó, khi nhiều nhà sản xuất tin rằng hạt nano titan dioxide an toàn, trong khi các báo cáo nghiên cứu khẳng định chất này có thể tích tụ trong mô và gây độc ở liều lượng nhất định. Ngoài ra, nghiên cứu hạt nano trong nông nghiệp vẫn đang ở giai đoạn đầu, tuyên bố nhiều hạt nano kim loại rất an toàn trong phòng thí nghiệm. Vậy nhưng, thực tế chúng lại bị phân hủy trong đất, gây ra nhiều hậu quả môi trường nghiêm trọng.

Trong bối cảnh này, các chuyên gia kêu gọi giám sát tốt hơn về hạt nano, đồng thời cần định hình rõ chính sách để đảm bảo hạt nano sẽ được sử dụng một cách an toàn cho mục đích rõ ràng, cùng với phương pháp đánh giá và quản lý các rủi ro có thể xảy ra. 

Họ cũng đặt ra yêu cầu phải tiến hành những nghiên cứu dài hạn ở tầm quốc tế, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển - nơi công nghệ nano được cho là tạo nên bước đột phá cho nông nghiệp. 

Sự xuất hiện của SAICM (thỏa thuận quốc tế nhằm quản lý hóa chất), cùng các quy định về an toàn nano, do Viện đào tạo và nghiên cứu Liên Hợp Quốc đưa ra là những tín hiệu đáng mừng. Tuy nhiên, hạt nano vẫn còn rất mới mẻ, và thế giới cần phải chung tay để giải quyết những thách thức xung quanh công nghệ còn non trẻ này...