Nanozyme Hữu cơ: Giải pháp tuyệt vời cho nông nghiệp thân thiện với môi trường

"Từ nanozyme có nguồn gốc từ vật liệu nano và enzyme. Nanozyme được phát triển lần đầu tiên cách đây khoảng 15 năm, khi các nhà nghiên cứu phát hiện ra các hạt nano oxit sắt có thể thực hiện hoạt động xúc tác tương tự như enzyme tự nhiên (peroxidase)", Dong Hoon Lee, một nghiên cứu sinh tại trường Đại học Y khoa giải thích.

Các nanozyme này bắt chước hoạt động của peroxidase, một loại enzyme xúc tác quá trình oxy hóa cơ chất bằng cách sử dụng hydro peroxide làm tác nhân oxy hóa. Chúng mang lại độ ổn định cao hơn và chi phí thấp hơn so với peroxidase tự nhiên và chúng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu y sinh, bao gồm cả cảm biến sinh học để phát hiện các phân tử mục tiêu trong chẩn đoán bệnh.

Minh họa khái niệm về OC Nanozyme

Ông Lee cho biết: “Các nanozyme truyền thống được tạo ra từ các vật liệu vô cơ, dựa trên kim loại, khiến chúng quá độc hại và đắt tiền để áp dụng trực tiếp vào thực phẩm và nông nghiệp”.

"Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đang đi tiên phong trong việc phát triển các nanozyme dựa trên hợp chất hữu cơ hoàn toàn (OC nanozyme) thể hiện các hoạt động giống như peroxidase. Nano OC tuân theo hoạt động xúc tác của enzyme tự nhiên nhưng chủ yếu dựa trên các hợp chất hữu cơ thân thiện với nông nghiệp, chẳng hạn như urê hoạt động như một chất giống như chelat và rượu polyvinyl đóng vai trò là chất ổn định hạt”.

Các nhà nghiên cứu cũng triển khai một hệ thống cảm biến quang học tích hợp với nanozyme OC để phát hiện phân tử mục tiêu. Các xét nghiệm đo màu, một loại phương pháp cảm biến quang học, sử dụng cường độ màu để cung cấp nồng độ ước tính về sự hiện diện của các phân tử cụ thể trong một chất, sao cho màu đậm hơn hoặc nhạt hơn biểu thị số lượng phân tử mục tiêu thấp hơn hoặc cao hơn. Hợp chất nano hữu cơ hoạt động ngang bằng với các nanozyme thường được sử dụng trong các ứng dụng cảm biến sinh học trong cấu hình động học của chúng với hiệu suất phát hiện phân tử.

Mohammed Kamruzzaman, một nghiên cứu sinh tại Đại học Illinois Urbana-Champaign cho biết : “Các nanozyme truyền thống có nhiều vấn đề: độc tính, phân hủy kéo dài và quy trình sản xuất phức tạp. Ngược lại, nanozyme của chúng tôi sản xuất nhanh hơn, tiết kiệm chi phí, không độc hại và thân thiện với môi trường”.

Cả 2 nghiên cứu sinh Lee và Kamruzzaman đã áp dụng nền tảng cảm biến đo màu, dựa trên nanozyme OC để phát hiện sự hiện diện của glyphosate, một loại thuốc diệt cỏ được sử dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp. Họ đã thực hiện các xét nghiệm đo màu trong các dung dịch chứa nồng độ glyphosate khác nhau và nhận thấy rằng nanozyme hữu cơ có thể phát hiện thành công glyphosate với độ chính xác phù hợp.

"Nhu cầu kiểm tra sự hiện diện của thuốc trừ sâu hoặc thuốc diệt cỏ trong các sản phẩm nông nghiệp để bảo vệ sức khỏe con người và cây trồng ngày càng tăng. Chúng tôi muốn phát triển một nền tảng thử nghiệm tại điểm sử dụng, dựa trên nanozyme OC cho nông dân hoặc người tiêu dùng có thể áp dụng trên đồng ruộng hoặc ở nhà", Kamruzzaman nói.

"Nông dân sẽ lấy một bộ xét nghiệm có chứa một chất để trộn với mẫu của họ, sau đó chụp ảnh và sử dụng một ứng dụng trên điện thoại để xác định cường độ màu và giải thích xem có bất kỳ chất glyphosate nào hay không. Mục tiêu cuối cùng là làm cho bộ xét nghiệm có thể di động được và có thể áp dụng ở mọi nơi”.

Các nhà nghiên cứu cũng đang nỗ lực phát triển thêm các nanozyme bổ sung và hình dung những vật liệu thân thiện với môi trường này có tiềm năng lớn cho nhiều ứng dụng.

Được biết, nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nanoscale.