Основні напрямки використання нанотехнологій в апк. Застосування нанотехнологій у сільському господарстві тільки починає ставати суттєвим і як це позначиться на

На сьогоднішній день наноматеріали та нанотехнології знаходять застосування практично у всіх галузях сільського господарства: рослинництві, тваринництві, птахівництві, рибництві, ветеринарії, переробній промисловості.

У рослинництві застосування нанопрепаратів, як мікродобрив, забезпечує підвищення стійкості до несприятливих погодних умов та збільшення врожайності (в середньому в 1,5-2 рази) майже всіх продовольчих (картопля, зернові, овочеві та плодово-ягідні) та технічних (бавовна, льон) культур. Ефект тут досягається завдяки активнішому проникненню мікроелементів у рослину за рахунок нанорозміру частинок та їх нейтрального (в електрохімічному сенсі) статусу.

Очікується також позитивний впливнаномагнію на прискорення (вірніше збільшення продуктивності) фотосинтезу у рослин.

Нанотехнології застосовуються при післязбиральній обробці соняшника, тютюну та картоплі, зберіганні яблук у регульованих середовищах, озонуванні повітря.

Нанотехнології у сільському господарстві передбачають використання для захисту рослин препаратів нового покоління, які відрізняються максимальним проникненням у листя, стебла та коріння активних діючих речовин за рахунок надзвичайно малих розмірів. Проводиться розробка проектів з використанням наноматеріалів для більш точної та безпечної доставки пестицидів до біологічних мішеней, поживних речовин – рослин. У цих проектах використовуються такі технології: транспортні процеси, біоселектуючі поверхні, біорозділення та мікроелектромеханічні системи, нанобіопроцесинг, біоінженерія нуклеїнових кислот, адресування речовин. Розмір часток цих речовин у десятки і навіть сотні разів менший, ніж мікрони (10 -9). Їх застосування дає можливість при мінімальних дозах препаратів досягати набагато більших ефектів та економити гроші.

Використання наноелектротехнології в рослинництві пов'язало молекулярну та клітинну біологію за допомогою зовнішніх електромагнітних полів та біополів живих клітин у загальному нанопроцесі, що має призвести до впровадження у практику АПК принципово нових технологій з виробництва сільськогосподарської сировини, матеріалів, продовольчої їжі та кормів.

У сільськогосподарських наукових організаціях Росії, зокрема й у Московському державному агроінженерному університеті ім. В. П. Горячкіна (МДАУ), отримано результати використання наноелектротехнологій у виробництві продуктів рослинництва.

Нанотехнології та зернові культури

Біологічно активні наночастки заліза можуть допомогти підвищити врожайність деяких зернових культур від 10 до 40%.

Нові нанотехнології НВЧ-передпосівної обробки насіння та дезінсекції здійснювалися як альтернатива хімічним методам. Для дезінсекції зерна та насіння був використаний імпульсний режим НВЧ-обробки, який за рахунок надвисокої напруженості ЕМП в імпульсі забезпечує загибель шкідників та комах. Встановлено, що для 100% ефекту НВЧ-дезінсекції необхідна доза не більше 75 МДж на 1 т насіння.

Нова наноелектротехнологія комбінованої сушіння зерна здійснюється циклічно: конвективне нагрівання зерна до 50°С, а потім короткочасна НВЧ-обробка його, при якій у нагрітому зерні створюється надлишковий тиск вологи при температурі нижче температури кипіння води. Внаслідок цього прискорюється фільтраційне перенесення вологи із зернівки на поверхню в краплиннорідкому стані. З поверхні волога видаляється підігрітим повітряним теплоносієм. Питома витрата енергії на сушіння зерна в порівнянні з традиційною конвективною скорочується в 1,3 рази і більше, знижуються мікроушкодження насіння до 6%, їх посівні якості покращуються на 5%. Для низькотемпературної досушування та знезараження зерна додатково використовували озон, що підвищило ефективність знезараження у 24 рази та знизило в 1,5 рази енерговитрати.

Наноелектротехнологія НВЧ-мікронізації зерна заснована на ефекті декстринізації зерен крохмалю - розщеплення полісахаридів крохмалю та перехід їх у засвоювані поживні речовини. Ступінь декстринізації збільшується з 12% до 80%, змісту корму - в 2 рази з 7,7 до 15,7 МДж/кг. У порівнянні з ІЧ-мікронізацією, широко поширеною за кордоном, питомі витрати енергії скорочуються більш ніж у 2 рази з 250 300 до 130 150 кВт · год на 1 т зерна.

За даними державних приймальних випробувань, зоотехнічні показники відгодівлі поросят НВЧ-мікронізованим ячмінним інгредієнтом комбікорму збільшилися за середньодобовим приростом ваги на 36%, а за місячний термін - у 2 рази.

На думку фахівців-агрохіміків, від ефективності захисту рослин залежить до 50% урожайності всіх сільгоспкультур. Наноемульсії розраховані застосування при обробітку різних культур, зокрема зернових, цукрових буряків. Фахівці представляють кілька останніх розробок. Наприклад, передпосівна обробка мікроемульсіями Тебу 60, Скарлетт, які показали високу ефективність при застосуванні на 700 га власної бази Щілково Агрохіма. Ці препарати не розшаровуються під впливом тепла та світла, приготований робочий розчин може зберігатися не години чи дні, а роки, залишаючись при цьому активним. Але найголовніше – нанопродукти, на відміну традиційних отрутохімікатів, забезпечують повне змочування поверхні рослин, повністю всмоктуються рослинами, не змиваються дощем.

Виробники не приховують, що наноемульсії недешеві, але в результаті вони дають набагато більший ефект. Наприклад, обробка пшениці озимої препаратом «Титул Дуо, КРР», аналогів якому немає, може забезпечити до 400% рентабельності та додатковий урожай до 17 центнерів з гектара. Але навіть небагаті сільгосппідприємства можуть скористатися продуктами нанотехнологій завдяки товарним кредитам, наданим виробниками.

Нанотехнології в овочівництві

Моніторинг розроблених нанотехнологічних процесів та наноматеріалів підтверджує, що застосування нанопрепаратів у овочівництві забезпечує підвищення стійкості до несприятливих погодних умов та збільшення виходу. готової продукції. Майже для всіх технічних та продовольчих культур – картоплі, овочевих, плодово-ягідних, бавовни та льону показники врожаю збільшились у 1,5-2 рази. Нанотехнології вже активно впроваджуються при післязбиральній обробці соняшника, тютюну та картоплі, зберіганні яблук у регульованих середовищах, озонуванні повітряного середовища.

У світлі останніх відкриттів нанотехнологій було вивчено біологічну роль кремнію в живих організмах та вивчено біологічну активність органічних сполук кремнію – силатранів. Силатрани, що є клітинним утворенням і містять кремній, надають фізіологічну дію на живі організми всіх етапах еволюційного розвитку від мікроорганізмів до людини. Застосування кремнеорганічних біостимуляторів в овочівництві дозволяє підвищити холодостійкість, витривалість до спеки та посухи, допомагає благополучно вийти зі стресових погодних ситуацій (поворотні заморозки, різкі перепади температури тощо), посилює захисні функції рослин до хвороб та шкідника. Препарати знімають пригнічуючу, седативну дію хімічних реагентів захисту рослин при комплексних обробках.

Суперсучасний напрямок нанобіотехнології (нанотехнології в біології) в овочівництві – це створення культурних рослин, особливо стійких до комах шкідників.

Нанотехнології в тепличному рослинництві

Ультрафіолетове випромінювання (УФІ) у рослинництві - найменш досліджена частина спектрального діапазону оптичного випромінювання. Для підвищення врожайності та якості продукції теплиць є резерви, що поки не набули широкого поширення, але які можуть бути використані у вирішенні основних проблем рослинництва захищеного ґрунту. УФІ застосовують у селекційних цілях та при передпосівній обробці насіння. При безпосередньому вплив на рослини випромінювання може бути ефективним регулятором основних процесів метаболізму в живих біооб'єктах. В результаті розробки та застосування методів УФД отримано позитивні дані щодо боротьби зі шкідниками сільськогосподарських рослин, а також гіпотетичні передумови щодо денітратизації ґрунту. Передпосівна обробка насіння УФІ вийшла на рівень індустріальних методів підготовки насіннєвого зерна до посіву і, як показали дослідження, воно вдвічі ефективніше, ніж сонячне або повітрянотеплове обігрів. Опромінення насіння в оптимальних дозах стимулює загальний розвитокрослин, що підвищує врожайність. Вплив УФІ на насіння заснований на дезінфекції, дезінсекції та здатності викликати стимуляцію фотохімічних перетворень в опромінюваному насенні.

У проростаючих насіннях і рослинах роль регуляторів швидкості біохімічних процесів виконують ферменти, ростові речовини та вітаміни. Перебуваючи у невеликих кількостях, ці речовини впливають як на швидкість росту, так і на напрямок синтезу клітини та рослини в цілому. Тому навіть невеликі, на перший погляд, хімічні та біохімічні зміни в насінні, пов'язані з поглинанням енергії УФД, можуть зробити суттєвий впливна розвиток рослини та її продуктивність.

Антимікробна дія УФІ проявляється у фотохімічних ушкодженнях ДНК у клітинному ядрі мікроорганізмів, що призводить до загибелі мікробної клітини у першому чи наступних поколіннях.

У тепличних господарствах гостро постає проблема боротьби з вірусними інфекціями. Для практики важливо встановити летальну дозу УФІ для рослин та вивчити відносну опірність різних видів. Значення порогової дози рослин при опроміненні необхідне при використанні гербіцидних пристроїв. При помірних дозах випромінювання можна застосовувати бактерицидні лампи для знищення мікроорганізмів рослин, не завдаючи шкоди самим рослинам.

Прикладом сільськогосподарської нанотехнології може бути і опромінення рослин когерентним світлом. Рослини обробляють квазімонохроматичним світлом з високою та низькою когерентністю.

Добриво з нанотрубок

Дослідники Арканзаського університету Літл-Рокського Нанотехнологічного Центру встановили, що експозиція насіння томатів у живильному розчині, що містить вуглецеві нанотрубки, призводить до їхнього швидкого і посиленого проростання. Вчені вважають, що вуглецеві нанотрубки можуть стати відкриттям для всього сільського господарства, відкривши епоху добрив нового типу.

Принцип впливу вуглецевих нанотрубок наступний. Завдяки своїм мікроскопічним розмірам, нанотрубки легко проникають крізь шкірку насіння, сприяючи кращому проникненню води та поживних речовин усередину насіння. Це позначається на швидкості проростання насіння.

Проте багато вчених вважають, що використання подібних «нано-добрив» може призвести до непередбачуваних наслідків. Так, деякі досліди з «добривом» томатів вуглецевими нанотрубками показали, що плоди виявилися «токсичними» для плодових мушок дрозофіл. Крім того, згідно з деякими дослідженнями, вуглецеві нанотрубки є канцерогенами для тварин організмів.

Висновок

Враховуючи особливу важливість нанотехнологічних досліджень, їх вплив на розвиток сьогодення та майбутнього сільського господарства Росії, необхідність збільшення обсягів інвестицій у пріоритетні напрямки модернізації сільськогосподарського виробництва, необхідно:

1. Виробити відомчу стратегію організації науково-дослідних робіт, орієнтованих насамперед на основні науково-технічні цілі, що дозволяють раціонально розподілити ресурси та швидко досягти намічених показників розвитку сільськогосподарського виробництва.

2. Організувати взаємодію та співпрацю з численними центрами та лабораторіями, різноманітними організаціями та установами та, насамперед, з концерном «Наноіндустрія» та його регіональними центрами.

3. Створити у галузі сільського господарства спеціалізований науково-дослідний центр з координації та інформаційного забезпечення досліджень з нанотехнологій, наноматеріалів, що застосовуються у сільському господарстві.

4. Переглянути систему підготовки кадрів з урахуванням реалізації пріоритетних напрямів розвитку науки та техніки, у тому числі – нанотехнологій та наноматеріалів.

Вчені говорять не тільки про можливі вигоди у застосуванні нанотехнологій, а й можливі ризики. Адже наночастки легко проникають через шкіру, дихальні шляхи, шлунково-кишковий тракт, взаємодіють один з одним, набуваючи таким чином невідомих властивостей. Тому перехід від мікротехнологій до нанотехнологій потребує спеціальних фундаментальних досліджень.

У коров'ячому молоці підвищується вміст вітамінів, поросята швидше ростуть, а бройлери стають угоднішими. Таку дію має новітня кормова добавка, створена білгородськими вченими з використанням нанотехнологій.

Вчені Білгородського державного університету(БєлДУ) розробили нанотехнологічну кормову добавку для сільгосптварин. Як розповів один із розробників, завідувач кафедри загальної хіміїБелДУ, професор Олександр Везенцев, до її складу входять наносорбенти на основі монтморилонітових глин Білгородської області. Сорбційна ємність цих сорбентів у 30-33 рази вища, ніж у природного монтморилоніту, стверджує він. Пояснюється це тим, що мінерал переведено в активний нанокластерний стан.

Основне призначення кормової добавки – поглинати та виводити з організму тварин важкі та радіоактивні метали, нітрати, нітрити, залишки пестицидів, а також різні мікроорганізми та продуковані ними токсини, перераховує Везенців.

Як показали досліди на лабораторних тваринах, добавка поглинає катіони міді, свинцю та інших важких металів у 10-100 разів більш ефективно, ніж активоване вугілля та французький лікарський препарат «Смекта». При утриманні в шлунково-кишковому трактітваринного 10 мг/л нікелю очищення відбувається на 100%, хрому, свинцю, ртуті, кадмію – на 80-95%, а радіоактивного цезію – на 95-98%. Крім того, добавка на 98-99,99% нейтралізує збудників дизентерії, золотистий стафілокок та вірус поліомієліту, та сорбує патогенні бактерії кишкової групи – сальмонели, стрептококи, кишкову паличку. При згодовуванні добавки тваринам також скорочуються терміни виведення з організму інших патогенних вірусів та бактеріальних клітин.

За даними випробувань у господарствах Білгородської області, введення добавки до раціону лактуючих корів покращує якість молока – у ньому на 5% підвищується вміст лактози, на 17% - каротину, і на 27% - вітаміну А, при цьому кислотність молока знижується на 6-8%.

При згодовуванні добавки коровам спостерігається також зменшення концентрації важких металів, нітратів та залишків хлорорганічних пестицидів у молоці – на 4-35%, та концентрації радіоактивних елементів – у 3-3,8 рази, зазначає декан факультету ветеринарної медицини Білгородської ГСХА, що керував випробуваннями, профес.

У свиноматок, які отримують препарат під час вагітності, знижується прояв токсикозу та на 18% підвищується кількість здорових новонароджених поросят, показали випробування у колгоспі ім. Фрунзе (Білгородська обл.). Збереження поросят зростає на 8-11%, які жива маса на 20-25% перевищує масу побратимів від свиноматок, не отримували добавку. При подальшому відгодівлі з використанням нанодобавки приріст живої маси поросят збільшується на 13-44%, витрати корму зменшуються на 36-38%, а тривалість відгодівлі скорочується на 1,5 місяці.

Як показали досліди на птахофабриках білгородського агрохолдингу «БЕЗРК-Белгранкорм», використання добавки сприяє збільшенню живої маси птиці на 15-18% та підвищує її збереження на 7-11%.

На яєчних підприємствах під впливом нанодобавки на 5-7% зростає вміст кальцію та фосфору в шкаралупі яєць, через що шкаралупа стає міцнішою.

Економічний ефект від застосування добавки за рахунок збільшення безпеки, приріст, якості продукції, зменшення відмінка, термінів вирощування, витрат корму досягає 4-11 руб. на 1 карбованець витрат, стверджує Везенців. Нанодобавка не має токсичних властивостей, не має негативного впливу на кров і органи тварин, додає він. Її згодовування не змінює кислотно-лужний баланс середовища та нормалізує функцію кишечника, профілактуючи розлади шлунково-кишкового тракту у сільськогосподарських тварин. Крім того, добавка підвищує якість гранульованого корму, скріплюючи гранули, і перешкоджаючи їх кришенню та зстеженню.

Основними напрямками використання нанотехнологій та наноматеріалів у сільському господарстві є біотехнологія, насамперед це стосується генної інженерії, виробництва та переробки продукції агропромислового комплексу, очищення води, а також проблем якості продукції та захисту навколишнього середовища.

На відміну від промислових та автотранспортних викидів, що забруднюють атмосферу, викиди мобільної сільськогосподарської техніки поширюються, хоч і нерівномірно, але на всі площі, що обробляються. При цьому забруднюючі речовини потрапляють в атмосферу на висоті до 4 м від рівня ґрунту, що підвищує їхню екологічну небезпеку.

На першому місці за кількісним змістом та ступенем негативного впливу на людину, тваринний та рослинний світ стоять газоподібні викиди мобільної техніки. Найбільш небезпечні сажа, бензапірен, оксиди азоту, альдегіди, оксид вуглецю (II) та вуглеводні. Ступінь їхнього впливу на людський організм залежить від концентрації шкідливих сполукв атмосфері, стану людини та її індивідуальних особливостей.

Одне з перших місць у загальному рівні токсичності займає сажа, оскільки, по-перше, її викиди значні (визначають підвищену димність) і досягають масою 1 % від витрати палива, по-друге, вона виступає у ролі накопичувача поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАУ). Наявність сажі у відпрацьованих газах (ОГ) призводить до появи неприємних відчуттів, забрудненості повітря та погіршення видимості. Частинки сажі високодисперсні (діаметр - 50-180 нм, маса - не більше 10-10 мг), тому вони довго залишаються в повітрі, проникають в дихальні шляхи і стравохід людини. Підрахунки показують, що частинки сажі розміром до 150 нм можуть перебувати у повітрі у зваженому стані близько восьми діб. Якщо відносно великі частинки сажі розміром 2-10 мкм легко виводяться з організму, то дрібні (розміром 50-200 нм) затримуються у легенях та викликають алергію.

Заміна вуглецю елементами з вищою питомою теплотою згоряння дозволяє отримувати паливо з найкращими енергетичними характеристиками. Особливе місце займають роботи з розробки металевого палива, яке широко застосовується в ракетних двигунах.

Вчений СРСР С. Лабінов пропонує концепцію нового двигуна внутрішнього згоряння, що працює на твердому металевому паливі. У цьому двигуні система живлення поєднана із випускною системою. Паливний бак, оснащений спеціальною рухомою перегородкою, заповнюється паливом на основі нанопорошку заліза. Горіння (окислення) палива відбувається в камерах згоряння з утворенням у відпрацьованих газах практично чистого азоту, без оксидів вуглецю та азоту, вуглеводнів і сажі, а частинки порошку, що згоріли, вловлюються за допомогою спеціальних фільтрів або магнітів. У міру використання порошку перегородка переміщається, а в об'єм, що утворився, подається відпрацьований порошок оксидів. Після витрати всього порошку паливний бак легко знімається з автомобіля і направляється на регенерацію, де під впливом високої температури оксиди розкладаються на метал і кисень. Для відновлення оксидів можна продувати згорілий порошок чистим воднем.

На думку Девіда Біча керівника групи хімії матеріалів у Національній лабораторії Окріджа штату Теннессі (США), металеве паливо, подібно до водню, - джерело екологічно чистої енергії. Однак, на відміну від водню, металеве паливо, наприклад залізо або алюміній, має більш високу питому теплоту згоряння. Таке паливо можна зберігати та транспортувати при температурі та тиску навколишнього середовища та ефективно використовувати у двигуні без значних витрат на водневі паливні елементи.

Колективом лабораторії створено паливну пудру з діаметром металевих частинок близько 50 нм, що забезпечує процес горіння, аналогічний бензиновому, але з виділенням майже втричі більшої енергії, ніж у сучасному бензиновому двигуні.

Гази від металевого палива, що відпрацювали в газотурбінному двигуні або двигуні Стірлінга, є екологічно чистими: кисень береться з повітря, а в результаті виходить майже чистий азот. Ще найкращим джерелом енергії міг би бути бір, якби його наночастки можна було отримувати за розумною вартістю.

Головна проблема двигуна на металевому паливі – досить велика вага палива, навіть з урахуванням його більшої енергетичної ємності. Об'єм паливного бака в 33 л заповнений порошком заліза забезпечує пробіг автомобіля, еквівалентний 50 л солярки або бензину, але важить майже втричі більше. При цьому сумарна вага автомобіля і палива залишається незмінною, оскільки відпрацьоване металеве паливо не викидається в атмосферу.

Бор і вуглець - сусіди за таблицею Менделєєва, обидва елементи - неметали, відмінності у розмірах їх атомів та іонів невеликі. Головний наслідок цієї подібності - швидкий розвитокхімії бороводнів, яка, на думку багатьох вчених, може згодом стати «новою органікою». Нагадаємо, що просто «органіка», органічна хімія- це, по суті, хімія вуглеводнів та їх похідних.

Нанотехнології у сільському господарстві можуть успішно застосовуватися для оптичного розшифрування білково-ліпідно-вітамінно-хлорофільного комплексу в рослинництві, а також для створення біосумісних матеріалів; перебудови, облагородження та відновлення тканин; створення невідторганих організмом штучних тканин і сенсорів (молекулярно-клітинна організація) у тваринництві та для зниження шкідливого впливу автотракторного парку на природне середовище. У тваринництві нанодобавки знаходять широке застосування у приготуванні кормів, де забезпечують підвищення продуктивності тварин у 1,5-3 рази, а також сприяють підвищенню їхньої опірності інфекційним захворюванням та стресам. Нанорозмір частинок кормових добавок дозволяє не лише значно знизити їхню витрату, але й забезпечити більш повне та ефективне засвоєння тваринами.

Величезне значення має застосування нанотехнології для очищення та дезінфекції води. Впровадження мембранних систем очищення, а також спеціальних біоцидних покриттів та матеріалів на основі срібла сприяє спрощенню та підвищенню якості утримання сільськогосподарських тварин, забезпеченню їх якісної питною водою.

Не менш актуальною є проблема забезпечення людства достатньою кількістю питної води. Запаси прісної води, придатної використання, становлять лише 3%, у тому числі лише 1% споживається населенням Землі. На даний момент 1,1 млрд людей не мають можливості використовувати чисту прісну воду. Зважаючи на поточні обсяги споживання води, зростання населення та розвиток промисловості, до 2050 року дві третини населення Землі відчуватимуть нестачу у придатній для споживання прісній воді.

Слід очікувати, що нанотехнології дозволять знайти вирішення цієї проблеми за рахунок використання, у тому числі недорогої децентралізованої системи очищення та опріснення води, систем відділення забруднюючих речовин на молекулярному рівні та систем фільтрації нового покоління.

нанотехнологія будівництво мембрана мембранний

Нанотехнології у сільському господарстві Нанотехнології для зберігання агропродукції. Нанотехнології для зберігання агропродукції. Нанотехнології у переробці агропродукції. Нанотехнології у переробці агропродукції. Вживання нанотехнологій у рослинництві. Вживання нанотехнологій у рослинництві. Нанотехнології у тваринництві. Нанотехнології у тваринництві. Наноматеріали у техніці сільського господарства. Наноматеріали у техніці сільського господарства. Нанотехнології для зберігання агропродукції. Нанотехнології для зберігання агропродукції. Нанотехнології у переробці агропродукції. Нанотехнології у переробці агропродукції. Вживання нанотехнологій у рослинництві. Вживання нанотехнологій у рослинництві. Нанотехнології у тваринництві. Нанотехнології у тваринництві. Наноматеріали у техніці сільського господарства. Наноматеріали у техніці сільського господарства.

Завдання агробізнесу, які можуть вирішити нанотехнології: Збільшення виробництва та якості переробки сільськогосподарської сировини Збільшення виробництва та якості переробки сільськогосподарської сировини Збільшення ресурсу роботи спецтехніки Збільшення ресурсу роботи спецтехніки Отримання високоякісної харчової продукції та кормів Отримання високоякісної харчової продукції та кормів Підвищення термінів ності продукції заданої якості при мінімумі трудових та ресурсоенергетичних витрат Збільшення виробництва та якості переробки сільськогосподарської сировини Збільшення виробництва та якості переробки сільськогосподарської сировини Збільшення ресурсу роботи спецтехніки Збільшення ресурсу роботи спецтехніки Отримання високоякісної харчової продукції та кормів Отримання високоякісної харчової продукції та кормів Підвищення термінів та зберігання ної якості при мінімумі трудових та ресурсоенергетичних витрат

Нанотехнології для зберігання агропродукції Отримання рослин когерентним світлом (використовується світло з високою та низькою когерентністю) Опромінення рослин когерентним світлом (використовується світло з високою та низькою когерентністю) 1. опромінення протягом 20 с знизило ураження яблук як гниллю, так і засмагою. 2. через 190 днів зберігання ця патологія зустрічалася втричі рідше, ніж серед неопромінених плодів. Технологічний процес отримання нанодисперсій срібла, міді та їх сумішей: Технологічний процес отримання нанодисперсій срібла, міді та їх сумішей: 1. утворюються червоно-коричневі дисперсії, що мають високу бактерицидну активність. 2. отримані дисперсії використовуються як компоненти пакувальних паперів з різними функціональними покриттями, такий папір може використовуватися для упаковки харчових продуктів Розсіювання наночастинок у номерній матриці модифікованих шарів глини збільшує термін зберігання упакованих продуктів. Розсіювання наночастинок у номерній матриці модифікованих шарів глини збільшує термін зберігання упакованих продуктів. Опромінення рослин когерентним світлом (використовується світло з високою та низькою когерентністю) Опромінення рослин когерентним світлом (використовується світло з високою та низькою когерентністю) 1. опромінення протягом 20 с знизило ураження яблук як гниллю, так і засмагою. 2. через 190 днів зберігання ця патологія зустрічалася втричі рідше, ніж серед неопромінених плодів. Технологічний процес отримання нанодисперсій срібла, міді та їх сумішей: Технологічний процес отримання нанодисперсій срібла, міді та їх сумішей: 1. утворюються червоно-коричневі дисперсії, що мають високу бактерицидну активність. 2. отримані дисперсії використовуються як компоненти пакувальних паперів з різними функціональними покриттями, такий папір може використовуватися для упаковки харчових продуктів Розсіювання наночастинок у номерній матриці модифікованих шарів глини збільшує термін зберігання упакованих продуктів. Розсіювання наночастинок у номерній матриці модифікованих шарів глини збільшує термін зберігання упакованих продуктів.

Нанотехнології в переробці агропродукції Нова наноелектротехнологія комбінованої сушіння зерна: Нова наноелектротехнологія комбінованої сушіння зерна: 1. прискорюється фільтраційний перенесення вологи з зернівки на поверхню в краплиннорідкому стані 2. витрата енергії на сушіння зерна в порівнянні з традиційною конвективною. ян до 6%, їх посівні якості покращуються на 5% 4. додатково використовується озон, що зменшує кількість бактерій в 24 рази і знижує в 1, 5 рази енерговитрати рослинного масла: Можливість промислового застосування каталізаторів на основі нанорозмірного паладію і нановуглецевих матеріалів для гідрування рослинної олії: 1. дозування каталізатора в раз нижче 2. селективність гідрування по лінолевій кислоті вище 3. у продуктах гідрування відсутня токсичний нікель 4. витрати на н Ноелектротехнологія комбінованої сушіння зерна: Нова наноелектротехнологія комбінованої сушіння зерна: 1. прискорюється фільтраційний перенесення вологи з зернівки на поверхню в краплиннорідкому стані 2. витрата енергії на сушіння зерна в порівнянні з традиційною конвективною знижується в 1, 3 разів і більше. на 5% 4. додатково використовується озон, що зменшує кількість бактерій в 24 рази і знижує в 1, 5 рази енерговитрати. дозування каталізатора в раз нижче 2. селективність гідрування по лінолевій кислоті вище 3. у продуктах гідрування відсутня токсичний нікель 4. витрати на паладієвий каталізатор зіставні з витратами на нікелевий

Вживання нанотехнологій у рослинництві Застосування кремнеорганічних біостимуляторів (органічних сполук кремнію – силатранів) у рослинництві: Застосування кремнеорганічних біостимуляторів (органічних сполук кремнію – силатранів) у рослинництві: 1. дозволяє підвищити холодостійкість, витривалість до жару. ітуацій 3. посилює захисні функції рослин до хвороб і шкідників 4. знімають пригнічуючу, седативну дію хімічних реагентів із захисту рослин при комплексних обробках Застосування нанопрепаратів і нанобіотехнології в рослинництві забезпечує: Застосування нанопрепаратів і нанобіотехнології в1. 2. Виробництво культурних рослин, особливо стійких до комах шкідників Застосування кремнеорганічних біостимуляторів (органічних сполук кремнію - силатранов) в рослинництві: Застосування кремнеорганічних біостимуляторів (органічних сполук кремнію - силатранов) в рослинництві: 1. дозволяє підвищити холодостійкість, 1. дозволяє підвищити холодостійкість. Сосових погодних ситуацій 3. посилює захисні функції рослин до хвороб і шкідників 4. знімають пригнічуючу, седативну дію хімічних реагентів із захисту рослин при комплексних обробках Застосування нанопрепаратів і нанобіотехнології в рослинництві забезпечує: Застосування нанопрепаратів і нанобіотехнолог. -2 рази 2. Виробництво культурних рослин, особливо стійких до комах шкідників

Нанотехнології у тваринництві Застосування нанотехнологій при формуванні мікроклімату в приміщеннях, де утримуються тварини та птиці дозволяє: Застосування нанотехнологій при формуванні мікроклімату в приміщеннях, де утримуються тварини та птиці дозволяє: 1. замінити енергоємну припливно-витяжну систему вентиляції,електрохімічної очищення повітря біообсемененность, запиленість, швидкість руху повітря, усунення запахів із збереженням тепловиділень тварин) Застосування екологічно чистої нанотехнології електроконсервування силосної маси зелених кормів електроактивованим консервантом, що: : . в 1,5-3 рази 3. підвищує опір стресу 4. відмінок зменшується в 2 рази Застосування нанотехнологій при формуванні мікроклімату в приміщеннях, де містяться тварини і птиці дозволяє: Застосування нанотехнологій при формуванні мікроклімату в приміщеннях, де містяться тварини і птахи дозволяє: 1е. повітря із забезпеченням нормативних параметрів мікроклімату (температура, вологість, газовий склад, мікробіообсемененность, запиленість, швидкість руху повітря, усунення запахів із збереженням тепловиділень тварин) Застосування екологічно чистої нанотехнології електроконсервування силосної маси зелених кормів електроактивованим електроконсервом 1. підвищує безпеку кормів до 95% 2. підвищує продуктивність в 1,5-3 рази 3. підвищує опірність стресу 4. відмінок зменшується в 2 рази

Наноматеріали в сільгосптехніки Завдяки застосуванню наноматеріалів у технічному сервісі: Завдяки застосуванню наноматеріалів у технічному сервісі: 1. можна збільшити ресурс роботи машин 2. можна зменшити експлуатаційні витрати 3. можна збільшити потужність двигуна 4. можна знизити токсичність вихлопу та витрат палива Наноматеріали, відновлення» Наноматеріали, в основному фулерени, вводять в мастильні матеріали, які забезпечують процес «знос-відновлення» Нанопокриття з частинок кобальту застосовують для підвищення ресурсу підшипників ковзання центральних насосів Нанопокриття з частинок кобальту застосовують для підвищення ресурсу підшипників ковзання центральних насосів 1. можна збільшити ресурс роботи машин 2. можна зменшити експлутаційні витрати 3. можна збільшити потужність двигуна 4. можна знизити токсичність вихлопу і витрата палива Наноматеріали, в основному фулерени, вводять в мастильні матеріали, які забезпечують процес «знос-відновлення» Нанопокриття з частинок кобальту застосовують для підвищення ресурсу підшипників ковзання центральних насосів

Наноматеріали в сільгосптехніки Розроблений спеціально для двигунів транспортних засобіві сільгосптехніки реметалізант: 1. підвищує ресурс двигуна 2. збільшує його потужність 3. при систематичному застосуванні значно збільшує міжремонтний пробіг 4. відновлює і вирівнює по циліндрах компресію 5. знижує витрату масла 6. знижує вміст СО у вихлопних газах і рівень шуму 7. полегшує сільгосптехніки реметалізант: 1. підвищує ресурс двигуна 2. збільшує його потужність 3. при систематичному застосуванні значно збільшує міжремонтний пробіг 4. відновлює і вирівнює по циліндрах компресію 5. знижує витрату масла 6. знижує вміст СО у вихлопних газах і рівень шуму 7. полегшує

Основні сфери застосування
нанотехнології та наноматеріалів в АПК

При розвитку біотехнології, розробці нових матеріалів нанотехнології мають дуже добрі перспективи. Серед найбільш перспективних наукових напрямів у галузі біології та сільського господарства експерти називають відтворення живої тканини як рослинного, так і тваринного походження, отримання нових матеріалів, що створюються із заданих атомів та молекул. Прогнозується поява нових відкриттів у біології, хімії та фізиці, здатних надати сильний вплив на розвиток цивілізації.

За прогнозами Міністерства торгівлі Великобританії, у 2015 р. попит на нанотехнології складе щонайменше 1 трлн. доларів на рік, а чисельність фахівців, зайнятих у цій галузі, зросте до 2 млн. Чоловік. Американська асоціація National Science Foundation прогнозує збільшення обсягу ринку товарів і послуг у світі з використанням нанотехнологій в найближчі 10-15 років до 1 трлн. доларів. У сфері охорони здоров'я використання нанотехнологій дозволить збільшити тривалість життя та розширити фізичні можливості людини. У фармакології протягом найближчих 10-15 років близько половини всієї продукції буде вироблятися з використанням нанотехнології, що становитиме обсяг понад 180 млрд. доларів. У хімічній промисловості нанотехнології вже застосовуються у багатьох хімічних процесах, причому зростання ринку становить приблизно 100 млрд. доларів на рік. За прогнозами експертів, ринок товарів з використанням нанотехнологій збільшуватиметься на 10% на рік.

У сфері захисту довкілля застосування нанотехнологій прискорить розвиток відновлюваних джерел енергії, забезпечить економічніші способи фільтрації води, що дозволить зменшити забруднення навколишнього середовища та сприятиме економії значних ресурсів.

Дуже актуальною є проблема забезпечення людства якісною питною водою. За оцінками експертів до 2050 року дві третини населення Землі відчуватимуть нестачу в прісній воді. Нанотехнології дозволять вирішити ці проблеми за рахунок використання недорогих децентралізованих систем очищення та опріснення води, систем відділення забруднюючих речовин на молекулярному рівні та нанофільтрації.

У сільському господарстві нанотехнології допоможуть збільшити врожайність сільськогосподарських культур, скоротити застосування мінеральних добрив та пестицидів, допоможуть перевести значні обсяги сільськогосподарської продукції до екологічно безпечної галузі, збільшити виробництво натуральних продуктів. Відповідно до статистики чисельність світового населення до 2050р. досягне 8,9 млрд. осіб, що спричинить суттєве збільшення споживання продуктів харчування.

Застосування нанотехнологій дозволить змінити техніку обробітку земель за рахунок використання наносенсорів, нанопестицидів та системи децентралізованого очищення води. Нанотехнології уможливлять лікування рослин генетично, дозволять створити високоврожайні сорти, особливо стійкі до несприятливих екологічних умов. Нанотехнології можуть бути успішно застосовані для створення біосумісних матеріалів, відновлення тканин, створення штучних тканин, що не відторгаються організмом, і сенсорів у тваринництві, а також для зниження негативного тиску на природне середовище.

Біотехнологія та генна інженерія

Розвиток сільського господарства значною мірою визначається необхідністю постійного збільшення обсягів вирощуваної продукції та скорочення втрат у процесі збирання, переробки, зберігання, що призводить до інтенсифікації сільськогосподарського виробництва та збільшення антропогенного навантаження на навколишнє середовище. Теоретично інтенсифікація можлива у більшості розвинених країн, але вона зазвичай призводить до порушення екологічної рівноваги. У цьому постійно зростає інтерес до нанотехнологій у плані забезпечення населення безпечним продовольством за дотримання екологічних норм.

Аналіз вітчизняних та зарубіжних розробок показує, що найбільш затребуваними нанотехнологіями для вирішення завдань сільського господарства будуть розробки в галузі біотехнології та генної інженерії.

Нанобіотехнологія займається біооб'єктами та біопроцесами на молекулярному та клітинному рівнях. З її допомогою можна вирішити багато проблем біології клітини та в цілому сільського господарства. Нанобіотехнологія відкриває широкі можливості у переробці сільськогосподарської продукції. Для підвищення ефективності сировини, що переробляється, і отримання нових видів продукції розробляються технології отримання харчових добавокта ліків методами мікроінкапсулювання. У її основі лежить виробництво вільноносипучих нанопорошків та розпорошення їх у восках. Приготовлені таким чином продукти знаходять застосування як вихідну сировину для фармацевтичної промисловості та при виготовленні продуктів харчування. Це можуть бути лікарські речовини, вітаміни, мінерали, сировина, що отримується з рослин, або інші спеціальні продукти, для яких необхідно зберегти смак та стабільність при зберіганні. У капсульованому вигляді вони мають підвищену стабільність інгредієнтів і знижену реакційну здатність по відношенню до інших компонентів, можливість регулювання швидкості виділення діючої речовини від декількох хвилин до декількох годин. Такий спосіб отримання часток дозволяє суворо контролювати процеси змішування всіх інгредієнтів відповідно до рецептури та подальшої операції таблетування, що дуже важливо при виробництві складних препаратів. Капсулювання надає відомим продуктам нові та несподівані властивості, такі як маскування смаку, порошкоподібні ароматичні речовини, кращий розподіл пігментів або ліків у композиціях тощо.

Одним із найперспективніших напрямків наукових розробок у цій сфері є створення наноконструкцій. Більшість рослин та тварин на 95% складається всього з чотирьох атомів: атомів водню, кисню, азоту та вуглецю. Для того, щоб збирати біологічні нанооб'єкти та зв'язувати їх іншими молекулами, необхідно організувати ідентифікацію на молекулярному рівні. Атоми мають можливість самоорганізовуватися або організовуватися за допомогою опорної поверхні, тому вони найбільш перспективні як основа при виробництві біологічних наноструктур, нових біоматеріалів.

Величезні можливості нанобіотехнології відкриває клітинна інженерія. Рослинні клітини із зон росту можуть бути джерелом генетичного потенціалу, властивого даній рослині. Використовуючи здатність рослинних клітин меристимної зони перетворюватися в спеціальних середовищах на сформовану рослину, меристимні клітини застосовують для отримання безвірусних рослин та в селекційній роботі для отримання рослин із заздалегідь потрібними властивостями.

Напрями фізико-хімічної біології, що розвиваються, у свою чергу розширюють можливості застосування нанобіотехнології. Це стосується генної інженерії, до створення та використання генетично модифікованих клітин. Поєднання різних фрагментів ДНК, що дозволяє створювати необхідні генетичні програми, показує наукову значущість досліджень у цьому напрямі.

З метою розвитку нанотехнологій у селекційній роботі розробляються прийоми, що забезпечують можливість створювати та модифікувати об'єкти з характерними розмірами менше 100 нм. Сьогодні молекулярно-генетичні методи дозволяють розширити та доповнити використовувані еколого-географічні та морфолого-біологічні методи традиційної селекції. Нанобіотехнології, як і класична селекція, можуть суттєво впливати на виробництво та якість урожаю, продуктивність рослин, а також на підтримку та відтворення сортів з використанням генетичної мінливості та різноманітності. Нові нанобіотехнологічні методи дозволяють створювати рекомбінантні молекули ДНК і нові організми із заданими властивостями, що у свою чергу дозволяє домогтися отримання нових сортів рослин і сільськогосподарських матеріалів.

Нанобіотехнологія робить істотний внесок у поліпшення комплексного харчування рослин, підвищення опірності культур несприятливим кліматичним умовам, стресам, а також у боротьбу з хворобами та шкідниками. Одним з основних напрямків нанобіотехнології рослин є одержання культурних рослин, які не сприйнятливі до впливу шкідливих речовин. Гербіциди широкого спектра дії, знищуючи бур'яни, мають пригнічуючу дію і на культурні посіви. Робота над цією проблемою ведеться у двох напрямках: пряма селекція та створення трансгенних рослин шляхом введення в клітину генів гербіцид-толерантності.

Введення генів інсектицидного білка-токсину та рослинних білків захищає генетично модифіковані (ГМ) рослини від широкого кола шкідливих комах. Застосовувати інсектициди для вирощування таких рослин не потрібно. При зміні співвідношення насичених та ненасичених жирних кислот у мембранах рослинних клітин були виведені холодостійкі, посухостійкі форми ГМ рослин, а також ГМ рослин, стійких до засолення ґрунтів, що значно розширило ареал росту багатьох культурних рослин.

Слід зазначити, що є серйозна небезпека використання генно- модифікованих організмів (ГМО) в харчових ланцюгах людей і тварин.

Бурхливий прогрес у галузі молекулярної та клітинної біології зумовили появу безпрецедентних можливостей щодо зміни властивостей живих організмів. Геномні дослідження дозволили запропонувати нові способи лікування різних раніше невиліковних захворювань, створити нові, суворо специфічні лікарські засобиі багато іншого.

Разом з тим, як це завжди буває у разі грандіозних відкриттів, поряд із очевидними, гуманними формами реалізації наукових відкриттів з'явилися нові практичні напрямки, доцільність яких викликає серйозні сумніви. Одним з найяскравіших представниківтакого напрямку промислове виробництвота застосування ГМО. Сьогодні цілі галузі промисловості займаються виробництвом таких ГМО як рослини, тварини, риби, мікроорганізми.

Залишаючи осторонь питання ефективності використання ГМО з точки зору врожайності, харчової цінностіі т.д. слід звернути увагу на проблеми, які рівнозначні загрозам, що супроводжують впровадження ГМО. Масштабне вирощування ГМ рослин призводить до драматичних змін біоценозу посівних площ та прилеглих територій. Замість очікуваного зменшення застосування мінеральних добрив та пестицидів при вирощуванні ГМ рослин практично відбувається значне збільшення їх використання. При цьому, як правило, трансгенні організми витісняють природні, перешкоджаючи збереженню та відновленню природного біологічного розмаїття та балансу. Це становить доведену загрозу екологічній безпеці держави.

Застосування ГМО як продукти харчування показало, що дозвіл на використання отримує приблизно лише 25% трансгенів, що спрямовуються на випробування. Це говорить про те, що 75% трансгенних організмів не можуть бути використані як харчова продукція. Вже доведено, що деякі види трансгенів токсичні, є причиною алергічних реакцій та викликають пригнічення активності імунної системи. У Росії та США в 4-5 разів збільшились алергічні захворювання, а в Скандинавських країнах, де категорично заборонені трансгенні організми, алергічні захворювання постійно знижуються. Таким чином, ГМО становлять реальну загрозу продовольчої безпеки.

Залишаючи на совісті захисників ГМО висловлювання про «…вбудовування тварин або рослинних генів у геном людини…», слід відверто сказати, що ГМО потенційно можуть розглядатися як нові види біологічної зброї, яка розширює шляхи можливих біотерористичних атак. Ефект від застосування такої зброї може бути виражений не стільки у збільшенні летальних випадків у теперішньому, скільки у зростанні онкологічних, серцево-судинних, нейродегенаративних, аутоімунних захворювань, аж до зміни психіки та поведінки людини, інших захворювань у наступні періоди.

Таким чином, неконтрольований оборот ГМО становить потенційну загрозу екологічній, біологічній та продовольчій безпеці держави.

Тваринництво

Найбільшого поширення у сільському господарстві нанотехнології набули у ветеринарії, птахівництві, кормовиробництві. Завдяки нанотехнологіям підвищується продуктивність, покращуються якість продукції та умови утримання тварин.

У Калузькому регіональному центрі «Нанобіотехнологія» вперше було виконано дослідження впливу ультрадисперсних нанопорошків (УДНП) металів на процеси у шлунково-кишковому тракті молодняку ​​свійських тварин. Розроблено перспективні біоцидні нанопрепарати, у яких присутні УДНП металів. Така протидія патогенній мікрофлорі без порушення геному спадковості цілеспрямовано регулює процеси метаболізму поживних речовин та підвищує продуктивність свійських тварин за рахунок підвищення засвоюваності кормів. Метали в ультрадисперсній формі мають поряд із високими бактерицидними властивостями суттєво меншу токсичність і не накопичуються в організмі.

Наночастинки бластомірних ембріональних клітин, що включають внутрішньоклітинні живі структури рибосоми, мітохондрії, вакуолі і лізосоми, виробляють колоїдні життєздатні системи, що складаються з поліпротеїдів, ферментів, імунореактивних пептидів. Останні позитивно впливають на клітинний імунітет, обмінні процеси у клітині та виконують відновну роль при запальних процесах. При внутрішньом'язовому введенні препаратів запліднення корів підвищується на 8-10%.

Поряд із традиційними хімічними ліками для тварин все ширше застосовується біологічно активна терапія, що доповнює хімічне лікування. Застосування препаратів природного походження націлене використання можливостей організму до саморегуляції. Наприклад, ліки нанобетулін, які використовуються як у лікувальних, так і профілактичних цілях у вигляді аерозолів або наносуспензій з розмірами частинок 250 - 700 нм. Основною діючою речовиною є екстракт берести - бетулін, що має біологічно активні властивості: гепатопротекторну, гастрозахисну, жовчогінну, гіпохолестеринемічну, протизапальну, протиракову, антиоксидантну.

Прибутковість тваринництва визначається вартістю кормів. Розроблено нанотехнологію електроконсервування силосу зелених кормів електроактивованим консервантом на основі електролізу 1%-ного розчину кухонної солі, що принципово підвищує безпеку кормів. Використання електроактивованих розчинів дозволяє відмовитися від дорогих хімічних консервантів, які застосовуються для заготівлі силосу, підвищити збереження силосу. На обробку 1 т маси, що силосується, потрібно 10-15 л електроконсерванта, при цьому удої молока при згодовуванні ріпакового силосу збільшуються на 8-10%, а середньодобовий приріст корів - на 15-18%.

Будівництво свинокомплексів на 100-500 тис. голів стало небезпечним для молодняку ​​через наявність у повітрі аміаку та Вуглекислий газконцентрація яких досягає, особливо в літній періодгранично допустимої норми 0,02 мг/л. Електрохімічне очищення забрудненого повітря без викиду в навколишнє середовище можливе шляхом пропускання його через нанодисперсний розчин води з гашеним вапном.

Рослинництво

Представляє інтерес, розроблена Санкт-Петербурзьким державним аграрним університетом, технологія укладання нанопорошків добрив у мікрокапсули. Активна частинадобрив включена в оболонки з малорозчинних восків, при цьому поживні речовини виділяються поступово, суттєво знижуючи хімічне навантаження на ґрунт.

Перспективною є технологія застосування біологічно активних нанодобавок, в яких як стимулятори росту рослин та активізаторів обмінних процесів застосовуються мікроелементи. Солі металів у таких добривах замінені на ультрадисперсні порошки металів (УДПМ). У Рязанській державній сільськогосподарській академії дані дослідження проводять понад 10 років. Визначено оптимальні концентрації УДП заліза, кобальту та міді, в яких вони можуть бути використані як мікродобрива, що підвищують накопичення біологічних активних речовин у рослинах. Обробка УДПМ насіння рослин перед посадкою можлива разом з їх протруюванням, при цьому незначна витрата (3-5 мг на 1 га посівів УДПМ) багаторазово окупається додаванням врожаю.

У Останніми рокамиу МДАУ ім. В, П. Горячкіна розроблено низку наноелектротехнологій підвищення ефективності в насінництві. Електрофізична дія на насіння сприяє збільшенню енергії проростання, схожості, прискоренню пробудження насіння. Найкращі результати стимуляції цей спосіб вказує на найгіршому посадковому матеріалі. Слід зазначити, що у разі неправильно обраної дози впливу передпосівна обробка може пригнічувати розвиток рослин, тому цей метод потребує подальших наукових досліджень про.

Метод діелектричного сепарування насіння розроблено та застосовується для підвищення якості насіннєвого матеріалу. У процесі сепарування видаляється травмоване, пошкоджене, і що дуже важливо, карантинне насіння, що має велике значеннядля селекції та насінництва. При вторинному очищенні, сортуванні та калібруванні насіння на всіх етапах селекційно-насіннєвого циклу використання діелектричних сепараторів дозволить щорічно економити до 3,5 млн. т зерна та підвищити врожайність на 20-30%.

Обробка насіння магнітним полем збільшує водопоглинання, енергію проростання та прискорює розвиток рослин на ранніх стадіях. Розроблені установки для магнітної обробки насіння, які легко встановлюються на навантажувач або протруювач будь-якого типу, не вимагають енерговитрат під час обробки. За допомогою обробки магнітним полем активізується ферментативний процес у насінні, що інтенсифікує гідроліз поживних речовин ендосперму. Підвищується рівень впливу поживних речовин ендосперму на формування проростка. Збільшується швидкість проростання насіння, у проростка формується потужніша коренева система. Нанотехнології передпосівної обробки насіння та дезінсекції насіння магнітним полем можна використовувати як альтернативу хімічним методам, що, безумовно, є досить перспективним екологічним починанням.

Для виключення самозволоження насіння розроблено технологію їх зберігання під постійним негативним електричним потенціалом, при якому відбувається самовиділення вологи та природне підсушування.

Без створення приладів, що контролюють якість насіння, неможливий подальший розвиток насінництва. Великі перспективи у цьому напрямі мають прилади, що ґрунтуються на вимірі не тільки електричних властивостей, але й спектральних характеристик насіння щодо відображення, поглинання та пропускання в інфрачервоній області. Використання наноелектротехнологій, зокрема взаємодії зовнішніх електромагнітних полів із біологічними полями насіння, відкриває широкі можливості для насінництва. Дуже перспективними є дослідження низькоенергетичних електромагнітних полів інформаційного рівня.

Для рослинництва грає велику роль боротьба із хворобами та шкідниками сільськогосподарських культур. Втрата, що завдається сільському господарству хворобами та шкідниками, становить до 175 млрд. рублів щорічно. Комахи-шкідники та хвороби насіння в період зберігання призводять до втрати злакових культур до 10%, бобових – від 15 до 60%. Використовувані теплові та хімічні методи дезінсекції та дезінфекції насіння є енергоємними та екологічно небезпечними. Грамотна обробка насіння електромагнітними випромінюваннями НВЧ-діапазону при закладці на зберігання повністю знезаражує їх від патогенної мікрофлори та комах-шкідників, що виключає застосування отрутохімікатів та фумігацію насіння.

Для дезінсекції насіння може бути використаний імпульсний режим НВЧ-обробки, що забезпечує надвисоку напруженість електромагнітного поля в імпульсі і, як наслідок, загибель комах-шкідників, що дає можливість повністю відмовитися від використання отрутохімікатів та інших засобів травлення. Сутність даної технології полягає у дозованому впливі мікросекундної тривалості на насіння. Під впливом НВЧ-імпульсів насіннєвий матеріал повністю знезаражується від хвороб, очищається від комах-шкідників, при цьому в насінні активізуються ростові процеси. Аналіз практичного використання зазначеного НВЧ методу показав, що порівняно з отрутохімікатами енергоємність обробки знижується в 15-20 разів, на два-три порядки скорочується час обробки.

Розпочато роботи з методів реструктуризації води для без'ядохімікатної передпосівної обробки насіння та захисту рослин від шкідників та хвороб. Нові методи обробки насіння «структурованою водою» порівняно з хімічними методами є досить перспективними.

Досить перспективний спосіб підвищення ефективності виробництва рослинництва - застосування біологічно активних нанопорошків. Залізо у формі нанопорошку легко адсорбується на підготовленому до посіву насінні, активізуючи ферментативну активність, що підвищує схожість насіння. Залізо у формі нанопорошку підвищує врожайність та стійкість рослин до несприятливих умов середовища.

Дослідження впливу нанопорошку заліза на зростання, розвиток та продуктивність різних культур (кукурудза, пшениця, соняшник) показали, що врожайність зернових підвищується в середньому на 15%, зеленої маси рослин – на 25%, бульбоплодів – на 30%. При цьому збільшується вміст клейковини в зерні, вміст олії в насінні соняшнику та вміст незамінних амінокислот у листостебельній масі кормових культур. Витрата нанопрепарату незначна і становить близько 3 г на 1 т насіння.

Грунтуючись на дослідженнях С.М. Виноградського, Н.І. Вавілова, наприкінці 1990-х років була розроблена технологія нанодроблення та використання мікрогуматів (наногуматів) у рослинництві. Рослини, вирощені із застосуванням мікрогуматів, відрізняються високим вмістом мікроелементів, що є цінним показником у кормовиробництві. Основна препаративна форма - колоїдна суспензія, що включає діючу речовину у вигляді наночастинок гуматів з приєднаними до них мікроелементами і біологічно активними речовинами. Польові випробування показали високі збільшення врожаїв практично по всіх сільськогосподарських культурах, при цьому збільшення врожаю по зернових в умовах польового досвіду становили до 60%. Дані цифри багато разів перевірялися ще раз і на сьогоднішній день застосування мікрогуматів дає гарантовану надбавку врожаю по зернових від 25% (Кубань, Росія) до 68% (Бурса, Туреччина).

Застосування дрібнодисперсних аерозолів відіграє важливу роль у рослинництві для дезінфекції, дезінсекції та дезодорації. Більше 40% світового врожаю, що збирається, зберігається завдяки захисту рослин аерозолями. При конденсації парів аерозолю на бактеріальному субстраті на поверхні стін та обладнання утворюється бактерицидна плівка. Повітря приміщення знезаражується за рахунок випаровування речовини, що дезінфікує, з крапель аерозолю. Однією з особливостей речовин, переведених в аерозольний стан є значне збільшення їх поверхні. Площа поверхні частинок, при однаковій сумарній масі речовини, збільшується зі зменшенням їх розміру, тому ефективність їх використання значно підвищується при зменшенні аерозольних розмірів частинок менше 1 мкм. Утримування їх на поверхнях збільшується в 5-20 разів, витрати часу на обробку скорочуються в 3 рази при рівні залишкових кількостей отрутохімікатів у сотні разів меншому, ніж при обприскуванні.

В останні роки створені та широко застосовуються наноемульсії, активна речовина яких укладена в нанокапсули олії. Залежно від виду активної речовини можна активувати як пригнічення життєдіяльності клітини, так і стимуляцію в ній біологічних процесів. Як антибактеріальний засіб можуть використовуватися наночастинки срібла, що знищують до 150 різних типіворганізмів. Для транспортування нанокапсул до об'єктів, що обробляються, використовують нанорозмірні аерозолі, при цьому якісно покращаться технологія обробки. Надання часткам аерозолю електричного заряду, сприяє управлінню процесами поширення та осадження електроаерозолю.

Своєчасне виявлення та знищення збудників небезпечних та карантинних захворювань має вирішальне значення для запобігання виникненню та розвитку епіфітотій. В даний час вивчається можливість розробки біосенсорів з метою оцінки ефективності бактерицидів проти фітопатогенних бактерій. Суб'єктивна оцінка ступеня розвитку симптомів ускладнює точну оцінку біологічної ефективності. В рамках даних досліджень створюється серія штамів збудників бактеріальних хвороб рослин з високим рівнемфлуоресценції. Для кількісної оцінки ефекту зниження флуоресценції планується застосування вітчизняної бази приладів — ПЛР-детектора «Джин». Технологія, що розробляється, дозволяє оцінювати динаміку поширення інфекції по рослині і ступінь її придушення при застосуванні препаратів, що випробовуються. Зменшуються витрати на випробування нових бактерицидних сполук та засобів захисту рослин від бактеріальних хвороб при оцінці ефективності застосування безпосередньо на рослині.

Нанотехнології охоплюють багато сфер вирощування рослинницької продукції. Перспективною розробкою для захищеного ґрунту є система нанофільтрації, яка унеможливлює забруднення води. При вирощуванні зелених культур, багатих на вітаміни, мікроелементи та екозахисні компоненти, найбільш широко застосовується проточна тонкошарова (плівкова) гідропоніка, що є різновидом водної культури. Перевагою даного методу вважається створення оптимальних умов зростання кореневої системи. Рослини постійно отримують достатню кількість вологи, поживних елементів та забезпечуються киснем повітря, що сприяє одержанню високих урожаїв. Так як при проточній гідропоніці не використовуються субстрати (замінники ґрунту), кінцевий результат багато в чому визначається якістю живильного розчину, що залежить від складу води. Для її очищення доцільно використовувати фільтри, що містять наночастинки срібла, які мають високу бактерицидну активність.

Переробка сільськогосподарської продукції

Ще один напрямок використання нанофільтраційних технологій - застосування фільтрів з наночастинками металів для інгібування процесів сквашування та бродіння. Такі фільтри забезпечують очищення соків, нектарів, молока та іншої рідкої продукції. Розроблено фільтраційні установки МФС для очищення та стабілізації напоїв, освітлення та очищення сиропів, соків та екстрактів. Такі установки складаються із двох-п'яти фільтраційних модулів, послідовно з'єднаних у каскад. Під тиском частина рідини проходить через мембрану та видаляється з установки. Концентрат послідовно проходить через всі модулі фільтрації з відведенням фільтрату від кожного. У Володимирі виробляють такі керамічні нанофільтри для технологій поділу, очищення та концентрування соків. Керамічні мембрани, що застосовуються, являють собою селективні шари сітчастої структури з супертонких керамічних волокон, пов'язаних з підкладкою керамічним зв'язуванням.

У молочній промисловості нанофільтрація дозволяє виділити антибіотики, вітаміни, білки з молока та сироватки при виробництві як традиційних, так і нових продуктів.

Область застосування нанофільтрів дуже широка. Одним із прикладів є використання наномембранних технологій для фракціонування молочних білків при переробці підсирної сироватки у високоякісний замінник жиру. Мембранна фільтрація, поєднана з тепловою обробкою білка, дозволяє отримувати продукт, що нагадує за смаком молочний жир. Сфера його застосування досить широка, наприклад, він може бути доданий знову в молоко, призначене для вироблення сиру типу Гауда, що містить на 50% менше жиру, ніж звичайний, проте з таким же насиченим жирним смаком.

Нині інтенсивно розвивається напрям насичення харчової сировини біоактивними компонентами, наприклад, вітамінами як наночастинок. Нанофільтрація часто використовується і для наділення харчових продуктів ароматом, кольором та іншими властивостями.

Наноструктурні матеріали дають змогу очищати води навіть від важких забруднювачів. Мічурінський державний аграрний університет розробив нанофільтруючий матеріал, призначений для очищення води. Цей матеріал здатний уловлювати із промивних вод цінні метали. Нанофільтр завтовшки кілька сантиметрів здатний очистити воду від цинку, кадмію, свинцю, міді, золота, срібла і фтору, вихідна концентрація яких може досягати десятків грамів на один літр. У багатьох нанофільтрах використовуються частинки срібла, в результаті виходять матеріали з поліпшеними, а іноді новими властивостями, такими як бактерицидність, каталітична активність, вибіркова адсорбція. Такі нанофільтри застосовують для обробки води, особливо в повені, а також в установках для знезараження побутових каналізаційних стоків.

Перспективною розробкою є високоефективні фільтри, виконані по нанотехнології з використанням нанотрубок та срібла. Такі нанофільтри можна використовувати для очищення води на підприємствах АПК, житлово-комунального господарства, побутових потреб населення з неочищеної річкової води з їх допомогою - отримати високоякісну питну воду

Перспективне використання нанотехнологій у хлібопекарській промисловості. В даний час приблизно 60% борошна виробляється із зерна невисокої якості, з підвищеною обсімененістю споровими бактеріями. З іншого боку, сьогодні намітилася стійка тенденція використання хлібобулочних виробів з метою профілактики та оздоровлення населення. Використання срібних харчових добавок представляє великий інтерес для реалізації даних планів. У Сибірському університеті споживчої кооперації проводяться дослідження з розробки срібних нанобіокомпозитів та їхнього введення в рецептуру хліба. Отримані результати показують, що запровадження незначної кількості нанокомпозиту істотно покращує мікробіологічні показники хліба.

Прекрасні можливості використання нанотехнологій є в масложировій промисловості. У Санкт-Петербурзькому державному технологічному інституті розроблено метод промислового застосування каталізаторів на основі нанорозмірного паладію та навуглецевих матеріалів для гідрування рослинної олії. В основному каталізаторами гідрування масложирової промисловості є каталізатори на основі нікелю. Технологічний процесздійснюється при температурі до 240 ° С і тиск водню до 5 атм. Оскільки сам нікель і його сполуки мають алергенну і канцерогенну дію, то після гідрування потрібні дорогі операції з його відділення. Суттєві технологічні та екологічні складнощі виникають також при утилізації відпрацьованого нікелевого каталізатора. Каталізатори на основі нанопаладію мають ряд переваг у порівнянні з нікелевим каталізатором, що застосовується сьогодні для гідрування рослинних олій.

У пакувальній індустрії також широко впроваджуються нанотехнології. Створено наноструктуровані пакувальні матеріали, які продовжують термін зберігання сільськогосподарської продукції.

У Переславль-Заліському розроблено технологію отримання нанодисперсій срібла, міді та їх сумішей. Експериментально доведено, що дисперсії, що утворюються, мають високу бактерицидну активність. Покриття на основі латексів або вододисперсійних промислових фарб із введеними в них наночастинками срібла показують біоцидну активність. Отримані покриття використовуються як компоненти пакувальних паперів з різними функціональними можливостями і можуть застосовуватися для упаковки харчових продуктів. Аналогічні антибактеріальні упаковки оберігають ковбасні виробивід псування без використання підвищених кількостей консервантів.

Ряд продуктів потребує захисту від сонячного випромінювання. Проблема вирішується за рахунок вакуумного напилення металів на полімерну поверхню, але, на жаль, не враховуються різні рівні інтенсивності світлового випромінювання. Використання наночастинок фотохромних з'єднань дозволяє отримувати упаковку з оптичною щільністю, що змінюється, в залежності від інтенсивності світлового потоку.

Нанотехнології перетворюють харчове виробництво та виводять його на новий технологічний рівень.