農業界は収量を高めるために、水、肥料、農薬に大きく依存しています。
ナノテクノロジーは精密化学を用いて、肥料や農薬を指定された区域へ高効率で送達することを可能にします。
これにより、廃棄物を生じさせることなく、これらの成分の効果を最大化できます。
科学は世界を変える大きなアイデアに関するものです。しかし時に、大きな影響は極めて小さな物体からもたらされます。
ナノテクノロジーはSF小説のように聞こえるかもしれませんが、数十年にわたって開発されてきた技術を表しています。ナノテクノロジーのアプローチは、幅広い分野で実用化されており、その範囲は繊維における複合材料から農業に及びます。
農業は人類最古の発明の一つですが、ナノテクノロジーは、食料供給の効率を劇的に高め、その生産に伴う環境への影響を軽減しうる現代的な革新をもたらします。
農業には、農家が身をもって熟知しているコストが伴います。作物の生産には、大量の水、土地、燃料が必要です。高い作物収量を達成するためには肥料や農薬が欠かせませんが、その使用には環境への副作用が伴います。そのため、多くの農家が模索している中で、新技術がその影響を軽減しうるかどうかを検討しています。
極めて小さな物体
ナノテクノロジーは、数ナノメートル（10億分の1メートル）程度の大きさの物体を扱う科学です。このサイズになると、物体は独特の性質を獲得します。例えば、ナノスケールの粒子の集合体の表面積は、同じ質量を一つの大きな塊にまとめた場合と比べて非常に大きくなります。
ナノスケールの物体のサイズやその他の性質を変化させることで、高度にカスタマイズされた性質を持つ精密な表面を作り出す、これまでにない能力が得られます。
粒子の活用
従来、化学薬品の散布は、まず有効成分を水に混合し、その混合液を作物に噴霧する方法で行われてきました。しかし、有効成分は容易には混ざりません。そのため、この方法は大量の水を必要とする非効率な工程となっています。
効率を高め、環境への影響を軽減するためには、肥料や農薬が必要な箇所にまさに正確に作物へ届き、植物に吸収されることが求められます。例えば、根や葉といった箇所です。理想的には、作物の収量を高める、あるいは病害虫や感染から保護するのに必要な分量だけを使用できれば、余剰分の無駄を防ぐことができます。
特別に設計されたナノスケールのシステムは、精密化学を用いて、肥料や農薬を高効率で送達することを可能にします。これらの有効成分は標的型薬物送達で起こることと同様の方法で封入することができます。また、この封入技術は、水に溶ける量を増やすためにも用いることができ、大量の水の必要性を減らします。
現在の応用例
医薬品企業であるStarpharmaは、数年前にこの分野に参入しました。同社は、自社のナノテクノロジーによる革新を農業分野へ応用するための部門を設立しました。その後、同社は農薬事業を売却しました。
Psigryphは、農業分野における革新的なナノテクノロジー企業のもう一つの例です。同社の技術は、Montmonercy産サワーチェリーの抽出物由来の生分解性ナノ構造を用いて、植物、動物、人間の細胞膜を越えて生理活性分子を届けます。
私の研究室はナノサイエンスの分野で長年研究を続けてきており、ナノスケールでのポリマー封入の操作に関する基礎的な理解が農業分野での応用につながっていることを、誇りに思います。元教え子であるDarren Andersonは、カナダの有力な成長企業の一つに選ばれたVive Crop Protectionの最高経営責任者です。同社は、化学農薬と生物農薬を「ナノパケット」に懸濁させています。ナノパケットは、極めて小さなポリマーの運び手として機能し、有効成分を目標へ容易に到達させます。有効成分は、作物に散布される際に制御され、正確に誘導することができます。
既存のインフラ
これらのナノテクノロジーによる開発のメリットの一つは、新たな設備をまったく必要としない点にあります。財政的に厳しい農業界にとって、これは非常に大きな利点です。農家は、より少ない水と燃料でこれらの製品を混合するだけで、効率の向上を実現できます。
ナノテクノロジーのその他の農業分野での用途には、動物の健康製品、食品包装材料、そして土壌中の病原体、毒素、重金属を検出するためのナノバイオセンサーなどがあります。これらの新たな応用が、近い将来に広く普及しても不思議ではありません。
ナノテクノロジーが飛躍的に発展するにつれ、このような生産性の向上は農家にとって極めて重要になり、残りの私たちにとっても大きな意味を持つでしょう。地球の人口は増加を続け、気候変動の影響もますます明白になっているためです。農家は、より少ない資源でより多くのことを成し遂げる必要があるでしょう。
幸いにも、10億分の数メートルという大きさは、まさに「より少ない」ことの定義そのものです。極めて小さなナノテクノロジーの力によって、世界の農業は非常に大きな変革の入り口に立っています。
