나노농업의 새로운 시대 개척

자연계에 다량으로 존재하지만 낮은 용해도로 인해 식물의 뿌리,줄기로 흡수가 잘 안되는, 그렇지만 식물생리활성에 꼭 필요한 성분인 마그네슘(광합성으로 탄수화물 생성), 철(호흡을 통해 탄수화물로부터 에너지 생성), 칼슘(신호전달로 생리활성 전체를 조절)의 실질적인 나노화 사이즈에 성공하여 나노그래핀과 융합,분산시켜 식물로의 흡수와 이동성이 획기적으로 증대된 종합생리활성제 탄생

5나노 이하 크기의 칼슘,마그네슘 입자

적용된 그래핀은 10나노미터이하, 칼슘, 마그네슘, 철은 5나노미터이하

그래핀은 1-3 층이며, 이는 Graphene ISO Standard 에서 정의한 True Graphene 범주임

NanoGraphene 비료 사업 개요
- 나노기술 기반 그래핀 비료: 나노 농업의 새로운 시대 진입 (세계 최초) -

100년에 걸친 과도한 화학비료 사용 문제는 미국 미씨씨피 강 전역에 걸친 토양 오염 및 수질 오염에 따른 “Dead Zone (물고기가 살지 못하는 지역)” 을 형성하는 등 세계의 주요 수역에 걸쳐서 일어 나고 있는 전 지구적 심각한 환경 문제를 초래하고 있음

미국의 정부의 선제적 대응 및 산,학계 동향

Nano-Carrier 기능이 포함된 나노 기술을 농업에 적용하기 위한 연구가 이제 막 시작되고 있음
아직까지는 대학 연구실, 일부 선진 기업에서 일부 비료에 제한적으로 적용되고 있으며, 나노기술 농업부문 적용에 고전하고 있음
미 정부 차원에서는 농업 부문에 나노기술을 접목하고자 기업체에 연구자금 지원
프로그램이 올해에 신설됨 “Nanotechnology for Agricultural and Food Systems”

참고: 2024.6.6일자 “네이쳐”지 발표 자료

Towards realizing nano-enabled precision delivery in plants | Nature Nanotechnology

- Credit: DOI: 10.1038/s41565-024-01667-5

- Scientists from UC Riverside and Carnegie Mellon University state:

Published: 06 June 2024

Nanocarriers (NCs) that can precisely deliver active agents, nutrients and genetic materials

into plants will make crop agriculture more resilient to climate change and sustainable.

As a research field, nano-agriculture is still developing, with significant scientific and

societal barriers to overcome.

In this Review, we argue that lessons can be learned from mammalian nanomedicine.

In particular, it may be possible to enhance efficiency and efficacy by

improving our understanding of how NC properties affect their interactions with plant surfaces

and biomolecules, and their ability to carry and deliver cargo to specific locations.

New tools are required to rapidly assess NC–plant interactions and to explore and

verify the range of viable targeting approaches in plants.

Elucidating these interactions can lead to the creation of computer-generated in

silico models (digital twins) to predict the impact of different NC and plant properties,

biological responses, and environmental conditions on the efficiency and efficacy of

nanotechnology approaches.

Finally, we highlight the need for nano-agriculture researchers and social scientists to

converge in order to develop sustainable, safe and socially acceptable NCs.

요약:

현재 의료/의학 부문에서 적용되고 있는

Nano-Carrier (NC) / Drug Delivery System (DDS) 을 동반한 나노 기술을

농업부문 적용에 절대 필요

Nano-Carrier (NC) 기능이란?

식물에 영양분이나 유전 물질을 정밀하게 전달하는 나노 크기의 운반체로

이를 통해 작물이 기후 변화에 더 잘 견디고, 지속 가능한 농업이 가능해짐

하지만, 여러 부문에서 해결해야 할 과학적, 사회적 문제들이 많음

전세계 식량난 우려:

2050년까지 식량 60% 증산 절대 필요 (2020년 대비)

화학비료로 인한 환경오염 심각

나노 그래핀 비료의 위상:

나노기술 및 Nano-Carrier 기능이 포함된 그래핀 비료를 이미 개발 완료하여 국내, 베트남, 브라질, 중국,

UAE에서 노지/비닐하우스에 적용 중 (미국 기술 대비 8년 앞선 기술)

왜 나노기술인가? 왜 그래핀 기술인가?

나노기술: 식물에 절대적으로 필요한 영양소 (칼슘, 마그네슘, 철 등) 를 Nano-size 로 식물에 공급하여 영양소 흡수율 최대화/최적화
그래핀 기술: 그래핀의 아래 고유 속성을 비료에 적용
- Nano-Carrier 기능: 영양소를 식물 생장점에 정확히 전달하여 영양소 효과 극대화
촉매제: 땅속에 이미 존재하고 있는 질소, 인상, 칼륨을 비롯한 각종 영양분을 식물 생장점에 정확히 전달하여 화학비료 사용량 최소화