Nanotechnologijos suteikia reikšmingų galimybių žemės ūkiui ir gyvulininkystei, veterinarijai, padeda spręsti daug šio sektoriaus problemų – nuo tvarumo iki produktyvumo ir efektyvumo.

Nanotechnologijos atlieka labai svarbų vaidmenį maisto saugos, ligų diagnostikos, gydymo srityse, vakcinų gamyboje, maisto medžiagų ir vaistų tiekimo sistemoje, kaip antibiotikų pakaitalas, reprodukcijos biotechnologijoje ir paukštininkystės sektoriuje.

Jų taikymas gyvulininkystėje ir veterinarijoje yra intensyvių mokslinių tyrimų objektas, o jų potencialas gali padėti sukurti saugesnes ir efektyvesnes gyvūnų produktyvumo ir sveikatos priežiūros sistemas. Ši sritis sparčiai vystosi, todėl galima tikėtis dar daugiau inovacijų, kurios prisidės prie žemės ūkio sektoriaus tvarumo.

Veikimo laukas itin platus

Nanodaleles galima įterpti į pašarus siekiant padidinti jų maisto medžiagų prieinamumą. Literatūroje minimos nanokapsulės, didinančios eterinių aliejų, kvapiųjų medžiagų, antioksidantų biologinį prieinamumą.

Kapsuliuojančios nanodalelės buvo naudojamos apsaugoti mineralus ir mikroelementus nuo oksidacijos ir pagerinti nemalonų pašaro skonį. Fermentų nanodalelės pasižymi dideliu kataliziniu aktyvumu ir terminiu stabilumu. Naujausi tyrimai rodo, kad fermentų nanodalelės pagerina temperatūros toleranciją ir celiuliozės skaidymą, pašarų efektyvumą ir virškinamumą.

Naujausia žalio pieno sterilizavimo procesų priemonė, taip pat padedanti užtikrinti, kad pienas būtų netoksiškas žmonėms vartoti, yra nanotechnologijos. Jos atveria galimybių interaktyviems maisto produktams, kurių skonį, spalvą ir maistinę vertę galima pritaikyti prie vartotojų pageidavimų. Ateityje interaktyvios paukštienos gamyba reikš naujovišką nanotechnologijų taikymą.

Gyvulių fermose nanodalelės naudojamos vandens kokybei gerinti, nes gali išfiltruoti mikroorganizmus, sunkiuosius metalus ir kitus teršalus. Naudojami nanofiltrai pašarams padeda pašalinti bakterijas ir kitus teršalus, didinti pašarų saugumą. Pašarams ir vandeniui valyti naudojamos nanodalelės gali padėti kontroliuoti patogenus ir taip prisidėti prie švaresnės aplinkos gyvulininkystės ūkiuose.

Nanotechnologijos suteikia galimybių kurti metodus, kurie efektyviai skaido gyvūnines atliekas, mažinant metano emisijas ir aplinkos taršą. Žaliosios nanotechnologijos, kuriančios biodegraduojančias (natūraliai suyrančias) ir ekologiškas nanomedžiagas, tampa vis svarbesnės aplinkosaugos srityje, o nanokompozitai – vis plačiau naudojami taršai mažinti.

Maisto medžiagų pasisavinimą ir augalų derlingumą pagerina trąšos, sukurtos naudojant nanodaleles. Atlikus mokslinius eksperimentus, nustatyta, kad trąšos su jomis didina lauko augalų produktyvumą, gerina sėklų dygimą, optimizuoja pradinį daigų augimą, aktyvuoja fotosintezę, pagerina azoto apykaitą esant nepalankioms sąlygoms, optimizuoja angliavandenių ir baltymų sintezę. O nanopesticidai leidžia efektyviau naikinti kenkėjus, sumažinant cheminių pesticidų kiekį, o tai kartu mažina aplinkos taršą ir galimą pavojų žmonių sveikatai.

Nauda ligų diagnostikai ir gydymui

Veterinarijoje nanotechnologijos kuria naujas gyvūnų sveikatos priežiūros, ligų diagnostikos ir gydymo galimybes. Šie inovatyvūs metodai didina veterinarinės medicinos efektyvumą ir padeda spręsti su antibiotikų atsparumu ir ligų kontrole susijusias problemas.

Pagrindinės nanotechnologijų panaudojimo veterinarijoje sritys yra kelios.

Tikslinė vaistų pernaša ir gydymo metodai. Nanodalelės naudojamos kuriant tikslines vaistų tiekimo sistemas, leidžiančias vaistui patekti tiesiai į ligos paveiktą audinį ar organą. Tai sumažina vaisto dozę, šalutinių poveikių riziką ir didina gydymo efektyvumą.

Antimikrobinės nanomedžiagos dėl didelio paviršiaus ploto ir unikalių savybių veiksmingai naikina bakterijas, todėl tampa tradicinių antibiotikų alternatyva. Taip siekiama sumažinti antibiotikų naudojimą ir spręsti jų atsparumo problemą.

Mokslininkai nustatė, kad, gydant karvių mastitą, nanodalelės rodo didesnį poveikį bakterijoms nei kiti metodai.

Ligų diagnostika ir ankstyvas nustatymas. Naudojant nanodalelių jutiklius, galima nustatyti infekcijas ir įvairias ankstyvų stadijų ligas prieš joms paplintant. Nanojutikliai greitai ir tiksliai aptinka patogenus, hormonus ir įvairias biochemines medžiagas kraujyje ar kituose kūno skysčiuose, todėl ankstyvas diagnostikos etapas leidžia greičiau pradėti gydymą.

Kai kurie biojutikliai su nanotechnologijomis yra pritaikyti greitai išanalizuoti genetinę medžiagą ir nustatyti genetines ligas.

Vakcinos ir imunomoduliatoriai. Vakcinos, kuriamos su nanodalelėmis, gali stimuliuoti imuninę sistemą efektyviau negu įprastos vakcinos. Nanovakcinos skatina ilgalaikį imuninį atsaką ir turi mažesnę šalutinių reakcijų riziką.

Liposominės nanodalelės naudojamos kaip vakcinų nešikliai imuninio atsako stiprumui padidinti.

Žaizdų gydymas ir regeneracinė medicina. Šiomis dalelėmis papildyti tvarsčiai (pvz., su sidabro ar vario nanodalelėmis) naudojami infekcijoms kontroliuoti ir greičiau gyti žaizdoms. Tokie tvarsčiai turi antibakterinį poveikį ir mažina uždegimą.

Nanotechnologijos atveria naujas galimybes regeneracinei medicinai, naudojant nanomedžiagas audinių inžinerijai. Tai padeda skatinti audinių atsikūrimą ir gyvūnų žaizdų gijimą, ypač sudėtingų traumų atvejais.

Parazitų kontrolė ir pašarų papildai. Nanodalelės papildo pašarus, didina jų maistinę vertę. Pavyzdžiui, tam tikri nanomineralai padidina virškinimo efektyvumą, padeda pasisavinti maisto medžiagas ir stiprina imuninę sistemą.

Jos naudojamos antiparazitinėse medžiagose, nes gali sunaikinti parazitus be didelių chemikalų dozių ir nereikės naudoti kenksmingų cheminių medžiagų rūpinantis gyvūnų sveikata.

Perspektyvos gyvūnų reprodukcijos srityje. Hormonų terapijoje, skatinti ovuliaciją, siekiant užtikrinti optimalų reprodukcinį efektyvumą taip pat gali būti naudojamos nanodalelės. Jos, tokios kaip liposomos ar dendrimerai, naudojamos saugoti spermai ar embrionams. Šios nanomedžiagos gali apsaugoti ląsteles nuo oksidacinės žalos ir pagerinti jų išgyvenamumą. Tai itin naudinga dirbtinio apvaisinimo ir embrionų perkėlimo procedūroms.

Nanomedžiagų panaudojimas leidžia sukurti itin jautrius diagnostikos įrankius, kurie padeda anksčiau nustatyti reprodukcinės sistemos infekcijas ir ligas. Tokie nanodiagnostikos metodai, kaip nanojutikliai ar nanoskalės vaizdo technologijos, gali padėti greičiau ir tiksliau aptikti bakterijas ir virusus, kurie veikia vaisingumą.

Nanotechnologijos – ir žmonių medicinoje

Naujos kartos nanotechnologijos skatina ir sveikatos priežiūros sektoriaus pažangą, atsiranda naujų sričių, tokių kaip nanomedicina, kurios tikslas – gerinti gebėjimą gydyti ir diagnozuoti ligas. Laboratoriniai prototipai teikia daug vilčių kuriant lustinius bioorganus ir nanorobotus.

Jungtinės Karalystės mokslininkai sukūrė technologiją, kuri naudoja aukso nanodaleles ir lazerio šviesą vėžinėms ląstelėms naikinti, o tai gali tapti proveržiu gydant mezoteliomą – vėžį, sukeltą asbesto.

Mikroadatų technologija patvirtinta tiek vakcinavimui, tiek įvairioms odos ligoms, pavyzdžiui, žvynelinei, gydyti. Mikroadatomis vaistai efektyviai pernešami į epidermį, užtikrinant tikslingą ir veiksmingą gydymą.

COVID-19 pandemija parodė, kad nanotechnologijos gali būti naudojamos kovojant su virusais. Kadangi SARSCOV- 2 virusas siekia vos 60–120 nm, mokslininkai pasitelkė nanotechnologijas tiek diagnostikoje, tiek kurdami vakcinas.

***

Nanodalelės – tai itin mažos dalelės, kurių matmenys siekia nuo 1 iki 100 nanometrų (nm). Jos turi unikalių fizikinių, cheminių ir biologinių savybių, kurios skiriasi nuo tų pačių medžiagų makroskopiniame lygyje. Šių savybių pokyčiai atsiranda dėl didelio paviršiaus ir tūrio santykio, kvantinių efektų, kurie nanomastelyje yra gerokai ryškesni.

Smulkios nanodalelės pasižymi dideliu paviršiaus plotu, leidžiančiu efektyviai sąveikauti su aplinka. Keičiant nanodalelės dydį, keičiasi ir jos optinės savybės, kurios naudojamos vaizdavimo ir diagnostikos sistemose.

Nanodalelės dažnai pasižymi dideliu mechaniniu tvirtumu, todėl jos įterpiamos į medžiagas siekiant pagerinti jų stiprumą. Kai kurios nanodalelės, pavyzdžiui, geležies oksido, naudojamos medicinoje dėl jų gebėjimo reaguoti į magnetinį lauką, leidžiant tiksliai nustatyti dalelių lokalizaciją kūne.

Dažniausiai naudojamos metalų (pvz., sidabro, aukso) ar oksidų (pvz., cinko oksido) nanodalelės, kurios plačiai taikomos medicinoje, kosmetikoje ir elektronikoje dėl antibakterinių ir elektroninių savybių.

***

1980-aisiais amerikiečių inžinierius Eric‘as Drexler‘is (Erikas Dreksleris) pavartojo terminą „nanotechnologijos“, o 1992 m. JAV Senate išreiškė viziją, kad šios technologijos gali tapti pagrindine priemone sprendžiant globalias problemas, tokias kaip badas, aplinkos tarša, mirtinos ligos ir skurdas.

Šiandien nanotechnologijos daro didelę įtaką daugeliui sričių – nuo statybų ir elektronikos pramonės iki medicinos. Prognozuojama, kad iki 2027 m. Europoje ši rinka pasieks 22,1 mlrd. JAV dolerių.