2019-05-14 09:46:33
“我國(guó)量子科學(xué)已經(jīng)領(lǐng)先世界了，納米科技正處在與國(guó)際并跑階段。”這是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)納米研究中心主任、農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員崔海信對(duì)我國(guó)納米科技發(fā)展?fàn)顩r作出的判斷。日前，在該院舉辦的農(nóng)科講壇上，崔海信作了以“納米科技與農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展”為主題的報(bào)告。
《國(guó)家“十一五”基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃》提出，要在蛋白質(zhì)科學(xué)、量子科學(xué)、納米科學(xué)技術(shù)、發(fā)育與生殖生物學(xué)等科學(xué)前沿領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。目前，我國(guó)在農(nóng)業(yè)納米材料制備技術(shù)與新型投入品創(chuàng)制方面取得了重要進(jìn)展，促進(jìn)了現(xiàn)代前沿科技與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的有機(jī)結(jié)合。
“十一五”以來(lái)，崔海信作為我國(guó)納米農(nóng)業(yè)的領(lǐng)銜科學(xué)家，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)典型農(nóng)藥、獸藥與疫苗，系統(tǒng)闡述了利用納米材料的小尺寸智能表面與環(huán)境響應(yīng)的特性，改善藥物理化性狀與生物活性，構(gòu)建了靶向傳輸和智能釋放等功能的新型載藥系統(tǒng)，創(chuàng)立了農(nóng)業(yè)納米藥物制備的方法，相關(guān)研究處于國(guó)際領(lǐng)先的水平。
現(xiàn)代與傳統(tǒng)的切合點(diǎn)
納米技術(shù)、信息技術(shù)和生物技術(shù)被稱為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿的三大主導(dǎo)學(xué)科，它們與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的交叉與融合，推動(dòng)了精密制造、新材料、新能源等高端產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命。
崔海信向記者介紹，納米科技是研究100納米尺度空間內(nèi)的物質(zhì)特性及其相互作用規(guī)律的一門科學(xué)，也是創(chuàng)造微小物質(zhì)和機(jī)器的一門科學(xué)。其基礎(chǔ)是物理學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)，它本身是多學(xué)科交叉的技術(shù)科學(xué)，它跟傳統(tǒng)的科技領(lǐng)域進(jìn)一步交叉融合，形成了二次分支、三次分支。
“跟農(nóng)業(yè)有關(guān)的納米科技分支有納米顯微技術(shù)、納米自組裝技術(shù)、納米影像學(xué)技術(shù)、納米分析技術(shù)。”崔海信表示，目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈條的每個(gè)環(huán)節(jié)都有納米技術(shù)的參與。
崔海信歸納了納米科技在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用領(lǐng)域，主要有傳感器、農(nóng)業(yè)投入品、食品加工以及生物工業(yè)等。上述領(lǐng)域也是美國(guó)農(nóng)業(yè)部支持的一些納米科技項(xiàng)目。
以食品為例，可以利用納米技術(shù)來(lái)改善功能食品、健康食品和強(qiáng)化食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、風(fēng)味、質(zhì)地和口感。另外，把納米食材粒度化，像淀粉、纖維素、香料、調(diào)味品、維生素；把一些不是很穩(wěn)定的蛋白和生物活性物質(zhì)用納米微膠囊裝載起來(lái)，促進(jìn)體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)吸收和生物利用率，改善生物活性。
日常生活中，很多農(nóng)產(chǎn)品或食品都會(huì)用到保鮮膜。據(jù)介紹，可以利用納米技術(shù)把保鮮膜設(shè)計(jì)成選擇性的透氣、保水、保溫、抗菌等多功能，“看起來(lái)很普通，但對(duì)食品質(zhì)量的影響非常明顯。”崔海信說(shuō)。
另外，還可以利用納米技術(shù)做標(biāo)識(shí)和防偽系統(tǒng)。走進(jìn)超市，都會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在每個(gè)商品都有一個(gè)條形碼，用納米量子點(diǎn)或者分子標(biāo)簽就很小，甚至很難偽造。目前，納米科技在該領(lǐng)域發(fā)展比較快。
當(dāng)前，納米科技與農(nóng)業(yè)結(jié)合最密切的領(lǐng)域是納米劑型化農(nóng)業(yè)化學(xué)投入品，包括肥料、農(nóng)藥、獸藥、飼料等。如納米肥料，依據(jù)作物吸收模式利用肥料載體控制肥料養(yǎng)分釋放速度，提高氮肥等速溶性肥料的養(yǎng)分吸收率，改善難溶性磷肥與礦物微肥在土壤中的溶解度與分散性。
崔海信介紹，納米農(nóng)藥利用納米藥物載體控制藥物最低有效釋放濃度，降低食品與環(huán)境殘留污染。納米獸藥實(shí)現(xiàn)靶向傳輸，延長(zhǎng)它的持效期，降低毒副作用。
而在飼料的應(yīng)用上，可以把飼料的素材納米化，然后納米結(jié)構(gòu)化和納米尺度化，增加吸收利用。對(duì)于精品飼料里面的微量元素、維生素、抗菌劑等難溶性、不穩(wěn)定的添加成分，通過(guò)納米技術(shù)進(jìn)行加工，可改善其分散性和生物利用率。“但目前限于成本，僅僅是理論研究”。崔海信說(shuō)。
改善農(nóng)業(yè)投入品效能
自美國(guó)2000年啟動(dòng)了納米科技專項(xiàng)以后，其他歐美國(guó)家相繼都在開(kāi)展納米農(nóng)業(yè)的研究。“十一五”以來(lái)，國(guó)家“863”計(jì)劃、“支撐計(jì)劃”“重大科技專項(xiàng)”和“重大科學(xué)研究計(jì)劃”等科技項(xiàng)目也相繼支持了農(nóng)業(yè)納米技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的研究工作。2006年，崔海信主持了“863”計(jì)劃項(xiàng)目“新型高效生物藥物載體與新制劑創(chuàng)制”課題，2014年，主持了國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃部署在納米農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的第一個(gè)“973”計(jì)劃項(xiàng)目“利用納米材料與技術(shù)提高農(nóng)藥有效性與安全性的基礎(chǔ)研究”。
這些年來(lái)，崔海信團(tuán)隊(duì)在農(nóng)藥、化肥等投入品方面進(jìn)行了系統(tǒng)探索。關(guān)于納米農(nóng)藥的研發(fā)，崔海信認(rèn)為，可以利用納米技術(shù)控制農(nóng)藥釋放速度和改善其分散性。比如，一部分生物農(nóng)藥在環(huán)境中不穩(wěn)定，需要用納米載體來(lái)包裹，讓它在田間效果更長(zhǎng)一些。
早在2016年底，記者在首屆納米科技與農(nóng)業(yè)可持續(xù)技術(shù)發(fā)展國(guó)際會(huì)議上獲悉，崔海信團(tuán)隊(duì)已成功開(kāi)發(fā)了一批高效、安全的殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑等納米農(nóng)藥新劑型，正致力于產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用研究。
據(jù)介紹，他們團(tuán)隊(duì)充分利用納米技術(shù)，將農(nóng)藥粒子從傳統(tǒng)的5微米降低至100納米，小尺寸效應(yīng)可減少葉面農(nóng)藥脫落，提高了農(nóng)藥的利用率。
目前，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)納米化和載體的應(yīng)用及工藝的開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)發(fā)展了四種農(nóng)藥劑型，分別是納米微乳劑、納米混懸劑、微膠囊制劑和固體制劑。以納米微乳劑為例，崔海信介紹，乳油制劑有機(jī)溶劑含量達(dá)90%，以水取代有機(jī)溶劑，用這種技術(shù)可以緩解“三苯”的污染。
據(jù)測(cè)算，在病蟲(chóng)害防治效果相同的前提下，與傳統(tǒng)農(nóng)藥相比，全面推廣使用納米技術(shù)，可降低農(nóng)藥投放量30%以上，每年減少“三苯”類溶劑50萬(wàn)噸，大幅度降低農(nóng)藥殘留污染，改善生態(tài)環(huán)境。
助力農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展
據(jù)測(cè)算，每年有數(shù)億噸生產(chǎn)資料向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)投放。“如果用納米技術(shù)能夠增效，我想這是資源高效利用的一個(gè)重要方面，緩解資源壓力。”崔海信說(shuō)。
如何用納米技術(shù)來(lái)控制面源污染、保證食品安全，是崔海信團(tuán)隊(duì)一直考慮的問(wèn)題。目前消費(fèi)者對(duì)農(nóng)藥、獸藥、肉蛋奶殘留非常關(guān)心，“雖然國(guó)家制定了很多法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有好的藥劑，是很難做到的。”崔海信告訴記者。
此外，國(guó)家發(fā)布了綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的文件，農(nóng)業(yè)部也在制定納米綠色防控技術(shù)的一個(gè)清單，納米農(nóng)業(yè)投入品也被列到初稿里面。在崔海信看來(lái)，這些新產(chǎn)品可以推動(dòng)化肥農(nóng)藥、飼料、食品加工等產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高附加值，來(lái)推動(dòng)新產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)三產(chǎn)融合，形成新業(yè)態(tài)。
關(guān)于發(fā)展新學(xué)科，崔海信認(rèn)為，納米技術(shù)與不同領(lǐng)域交叉，會(huì)產(chǎn)生很多新的領(lǐng)域，使傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)科學(xué)能夠向更前沿、更縱深、更先進(jìn)的方向發(fā)展。
“隨著工業(yè)化與城市化進(jìn)程的推進(jìn)，采用納米技術(shù)與新材料等前沿科技推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技原始創(chuàng)新，有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。”崔海信說(shuō)。 近年來(lái)，該團(tuán)隊(duì)不斷引進(jìn)有關(guān)化學(xué)、材料學(xué)、藥物學(xué)背景的青年才俊，這些學(xué)者跟農(nóng)學(xué)領(lǐng)域的專家進(jìn)行交叉，然后來(lái)推進(jìn)納米農(nóng)業(yè)多學(xué)科交叉研究。
在談到納米農(nóng)業(yè)研究的前景時(shí)，崔海信表示，將帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)面向納米學(xué)科前沿，按照農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的要求，進(jìn)一步聚焦農(nóng)業(yè)資源高效利用與可持續(xù)發(fā)展、源頭控制農(nóng)業(yè)面源污染、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與食品安全改善、生物災(zāi)害綠色防控等問(wèn)題，為推動(dòng)我國(guó)農(nóng)資產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)，提高農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量與效率，促進(jìn)生物質(zhì)資源多級(jí)轉(zhuǎn)化利用，培育新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)一二三產(chǎn)融合作出新的貢獻(xiàn)。
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