加州大学圣地亚哥分校 加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授妮可·斯坦梅茨拿着一个烟草温和绿色花叶病毒的放大模型
她正在探索如何将植物病毒用于土壤深处的定向杀虫剂投放
学分:大卫·拜伦/加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院 想象一下，有一种技术可以针对杀虫剂来处理土壤深处的特定点，使它们更有效地控制感染，同时限制它们对环境的毒性
加州大学圣地亚哥分校和凯斯西储大学的研究人员朝着这个目标迈出了一步
他们发现一种生物纳米粒子——一种植物病毒——能够将农药分子输送到地下深处，输送到通常无法到达的地方
这项工作可以帮助农民用更少的杀虫剂更好地控制困难的害虫，如寄生线虫，它们会对土壤深处的植物根部造成严重破坏
这项工作发表在5月20日的《自然纳米技术》杂志上
加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程教授、该研究的资深作者尼科尔·斯坦梅茨说:“我们可以用植物病毒来治疗植物健康，这听起来违反直觉。”
“这是一个新兴的纳米技术研究领域，表明我们可以将植物病毒用作杀虫剂输送系统
这类似于我们在医学中使用纳米粒子将药物导向疾病部位并减少其对患者的副作用
" 斯坦梅茨解释说，农药在田间施用时是非常粘稠的分子
它们与土壤中的有机物质紧密结合，使得它们很难深入到根部，像线虫这样的害虫会在根部栖息并造成损害
作为补偿，农民最终使用了大量的杀虫剂，这导致有害残留物在土壤中积累并渗入地下水
斯坦梅茨和她的团队正在努力解决这个问题
在一项新的研究中，他们发现一种特殊的植物病毒，烟草温和绿色花叶病毒，可以很容易地将少量的农药通过土壤深层运输
有益的病毒 在实验室测试中，研究人员将一种模型杀虫剂附着在不同类型的纳米颗粒上，并通过土柱给它们浇水
加州大学圣地亚哥分校的生物工程博士生保罗·查里奥正在测试烟草温和绿色花叶病毒在土柱中传播的距离
学分:大卫·拜伦/加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院 烟草温和绿色花叶病毒优于研究中测试的大多数其他纳米粒子
它将货物运送到地下30厘米处
PLGA和介孔二氧化硅纳米粒子，研究人员已经研究了农药和肥料的输送，分别携带了8和12厘米深的有效载荷
其他植物病毒也进行了测试
豇豆花叶病毒的有效载荷也在地表下30厘米深处，但它只能携带烟草温和绿色花叶病毒所能携带的有效载荷的一小部分
有趣的是，酸浆花叶病毒只到达表面以下4厘米
研究人员假设纳米粒子的几何形状和表面化学可以在它如何穿过土壤中发挥作用
例如，管状结构可能部分解释了为什么烟草温和绿色花叶病毒比大多数其他球形纳米粒子传播得更远
此外，它的表面化学性质自然比PLGA和二氧化硅等合成颗粒更多样，这可能导致它与土壤的相互作用不同
虽然这些设计规则可能适用于烟草温和绿色花叶病毒，但研究人员表示，需要做更多的工作来更好地理解为什么其他纳米粒子会有这样的行为
斯坦梅茨说:“我们从纳米医学中学到了一些概念，我们正在开发用于靶向给药的纳米粒子，并将它们应用于农业。”
“在医疗环境中，我们还看到，具有细长管状形状和不同表面化学性质的纳米载体可以更好地引导身体
植物病毒可以更容易地渗透并穿过土壤，这是有道理的——可能是因为这是它自然存在的地方
" 就安全性而言，烟草温和绿色花叶病毒可以感染茄科(或茄科)植物，如西红柿、土豆和茄子，但对成千上万种其他植物无害
此外，病毒只能通过两种植物之间的机械接触传播，而不是通过空气传播
研究人员说，这意味着如果一个田地正在接受这种病毒的治疗，附近的田地就不会有被污染的危险
农药投放建模 该团队还开发了一个计算模型，可以用来预测不同的农药纳米载体在土壤中的行为——它们可以移动多深；其中有多少需要施用于土壤；以及他们需要多长时间释放杀虫剂
“研究不同植物病毒或纳米材料的研究人员可以使用我们的模型来确定他们的粒子作为杀虫剂的效果，”第一作者保罗·查里奥说，他是生物工程博士
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加州大学圣地亚哥分校斯坦梅茨实验室的学生
“这也减少了实验工作量，”查里奥说
在这项研究中，只测试一种纳米粒子需要进行数百次分析，收集每一个柱的所有部分并进行分析
“这一切至少需要一个月的时间
但是有了这个模型，我们只用了大约10根土柱和4天就测试出了一种新的纳米粒子，”他说
作为下一步，斯坦梅茨和她的团队正在测试含有杀虫剂的烟草温和绿色花叶病毒纳米粒子
目标是在不久的将来在实地测试它们
这篇论文的题目是“合成的和基于病毒的模型纳米粒子的土壤流动性
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