Naukowcy opracowują organiczne nanoenzymy nadające się do zastosowań w rolnictwie

„Słowo nanoenzym pochodzi od nanomateriału i enzymu” – wyjaśnił Dong-Hoon Lee, doktorant w Harvard Medical School. „Nanoenzymy po raz pierwszy opracowano około 15 lat temu, kiedy naukowcy odkryli, że nanocząsteczki tlenku żelaza mogą wykazywać aktywność katalityczną podobną do enzymów .” Naturalny (peroksydaza)”. Wydział Inżynierii Rolniczej i Biologicznej (ABE), część Kolegium Nauk Rolniczych, Konsumenckich i Środowiskowych (ACES) oraz Grainger College of Engineering na Uniwersytecie Illinois.

Te nanoenzymy naśladują aktywność peroksydazy – enzymu, który katalizuje utlenianie substratu przy użyciu nadtlenku wodoru jako środka utleniającego. Oferują wyższą stabilność i niższy koszt niż naturalne peroksydazy i są szeroko stosowane w badaniach biomedycznych, w tym w biosensorach do wykrywania cząsteczek docelowych w diagnostyce chorób.

„Tradycyjne nanoenzymy powstają z materiałów nieorganicznych na bazie minerałów, co czyni je zbyt toksycznymi i kosztownymi, aby można je było bezpośrednio stosować w żywności i rolnictwie” – powiedział Li.

„Nasza grupa badawcza jest pionierem w opracowywaniu nanozymów na bazie związków organicznych (nanozymy OC), które wykazują aktywność podobną do peroksydazy. Nanozymy OC podążają za aktywnością katalityczną naturalnego enzymu, ale opierają się głównie na przyjaznych dla rolnictwa związkach organicznych, takich jak mocznik pełniący rolę środka chelatującego oraz alkohol poliwęglanowy.Winyl jako stabilizator cząstek.

Naukowcy wdrożyli także system wykrywania kolorymetrycznego zintegrowany z nanoenzymem OC w celu wykrycia cząsteczki docelowej. Testy kolorymetryczne, metoda wykrywania optycznego, wykorzystują intensywność koloru w celu oszacowania stężenia obecności poszczególnych cząsteczek w substancji, tak że ciemniejszy lub jaśniejszy kolor wskazuje mniejszą lub większą ilość cząsteczek docelowych. Nanozym kompleksu organicznego działa na równi z nanozymami zwykle używanymi w zastosowaniach biosensorycznych w ramach swojego profilu kinetycznego pod względem wydajności wykrywania molekularnego.

„Konwencjonalne nanoenzymy borykają się z wieloma problemami: toksycznością, długą degradacją i złożonym procesem produkcyjnym” – powiedział Muhammad Qamaruzzaman, adiunkt. „W przeciwieństwie do tego nasz nanoenzym jest szybszy w produkcji, opłacalny, nietoksyczny i przyjazny dla środowiska. ” „. w ABE i współautorka badania.

Lee i Kamruzzaman zastosowali platformę kolorymetryczną opartą na nanozymie OC, aby wykryć obecność glifosatu, herbicydu szeroko stosowanego w przemyśle rolniczym. Przeprowadzili testy kolorymetryczne w roztworach zawierających różne stężenia glifosatu i odkryli, że nanoenzym organiczny był w stanie skutecznie wykryć glifosat z wystarczającą dokładnością.

„Istnieje rosnące zapotrzebowanie na badania obecności pestycydów lub herbicydów w produktach rolnych w celu ochrony zdrowia ludzi i zdrowia upraw. Chcemy opracować platformę testową opartą na nanozymie OC dla rolników lub konsumentów, aby mogli zastosować ją w polu. Albo w domu” – stwierdził Kamaruzzaman. „Ludzie otrzymają zestaw testowy zawierający substancję do zmieszania z próbką, następnie zrobią zdjęcie i za pomocą aplikacji na telefonie określą intensywność koloru i zinterpretują, czy obecny jest glifosat. Ostatecznym celem jest udostępnienie testu przenośnego i ma zastosowanie wszędzie.”

Naukowcy pracują także nad opracowaniem dodatkowych nanoenzymów, wychodząc z założenia, że ​​te przyjazne dla środowiska materiały mają ogromny potencjał w szerokim zakresie zastosowań.