Японские учёные впервые получили из пищевых отходов углеродные квантовые точки отпугивающие вредителей
Японский стартап Green Science Alliance сообщил о создании углеродных квантовых точек из органических отходов, таких как древесина и остатки пищевых продуктов. В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что полученный наноматериал эффективно отпугивает взрослых особей табачной белокрылки (Bemisia tabaci) — одного из наиболее опасных сельскохозяйственных вредителей. По данным разработчиков, это первый в мире случай, когда углеродные квантовые точки продемонстрировали выраженные репеллентные свойства.
«Согласно проведённому нами анализу, это может быть первый в мире случай обнаружения отпугивающего эффекта у углеродных квантовых точек», — отметили представители компании.
Углеродные квантовые точки представляют собой искусственно получаемые наночастицы размером от 1 до 9 нанометров. Благодаря эффекту квантового ограничения они обладают уникальными электронными и оптическими свойствами, поэтому сегодня широко применяются при создании солнечных элементов, систем биомедицинской визуализации и дисплеев сверхвысокой чёткости. Использование таких материалов для защиты растений от насекомых открывает совершенно новое направление применения нанотехнологий.
На протяжении всей истории человечества насекомые-вредители наносили серьёзный ущерб сельскому хозяйству, продовольственным запасам, зданиям и здоровью людей. Комары и мошки распространяют опасные заболевания, тараканы, долгоносики и клещи загрязняют продукты питания, а моли, жуки и термиты разрушают ткани, мебель и деревянные конструкции.
Для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур обычно применяются химические инсектициды, включая органофосфаты и пиретроиды. Хотя такие вещества эффективно уничтожают насекомых, они способны загрязнять окружающую среду, оставлять токсичные остатки на продуктах питания и способствовать развитию устойчивости у вредителей, из-за чего со временем эффективность препаратов снижается.
Даже более мягкие синтетические репелленты, например вещества на основе DEET, во многих странах всё чаще подвергаются ограничениям из-за потенциальных рисков для здоровья человека. Это стимулирует поиск более безопасных и экологичных способов защиты растений.
В качестве альтернативы уже рассматриваются природные соединения, включая терпены, коричный альдегид и p-ментан-3,8-диол. Однако механизмы, определяющие эффективность подобных репеллентов, до сих пор изучены недостаточно, поэтому исследования в этой области продолжаются.
Разработчики считают, что созданные из биомассы углеродные квантовые точки могут стать ещё одним экологически безопасным вариантом защиты сельскохозяйственных культур.
При этом точный механизм действия нового материала пока остаётся неизвестным. Руководитель проекта доктор Рёхэй Мори предложил несколько возможных объяснений обнаруженного эффекта.
Согласно первой гипотезе, наночастицы настолько малы, что способны проникать через клеточные мембраны и оболочки ядер клеток насекомых, повреждая ДНК и вызывая у них реакцию избегания.
Вторая версия предполагает, что квантовые точки испускают при обычном освещении определённые длины волн, которые насекомые воспринимают как раздражающий фактор и стараются избегать.
Третья гипотеза связана с фотокаталитическим эффектом. Под воздействием солнечного света квантовые точки могут генерировать свободные электроны, создавая локальные энергетические воздействия, вызывающие дискомфорт у вредителей.
По словам разработчиков, использование бесплатного органического сырья и возможность масштабирования производства делают такую технологию потенциально более дешёвой по сравнению с традиционными средствами защиты растений. Кроме того, поскольку материал получают из природных отходов, он может оказаться значительно более безопасной альтернативой синтетическим химическим веществам нефтехимического происхождения.
Вместе с тем исследователи подчёркивают, что технология находится на ранней стадии разработки. Перед возможным коммерческим использованием предстоит провести комплексные испытания на безопасность для человека и окружающей среды. Green Science Alliance планирует расширить производство углеродных квантовых точек из различных видов биомассы, а также проверить их эффективность против более широкого спектра сельскохозяйственных вредителей.