I. Tổng quan về vật liệu nano và ứng dụng
Luận án tập trung vào việc tổng hợp vật liệu nano đa chức năng từ chitosan và oligochitosan, hai polymer sinh học có tính tương thích sinh học cao. Vật liệu nano được nghiên cứu nhằm ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, đặc biệt là phòng trừ bệnh hại cây trồng. Các vật liệu nano như nano bạc (AgNPs), nano đồng (CuNPs), và nano silica được tổng hợp và đánh giá về khả năng kháng nấm và kích thích sinh trưởng. Công nghệ nano được xem là giải pháp bền vững để giảm thiểu sử dụng thuốc hóa học trong nông nghiệp.
1.1. Vật liệu nano trong nông nghiệp
Các vật liệu nano như AgNPs và CuNPs đã được chứng minh có hiệu quả trong việc kiểm soát nấm bệnh như Magnaporthe oryzae và Rhizoctonia solani. Nghiên cứu chỉ ra rằng nano bạc có khả năng ức chế sự phát triển của nấm gây bệnh đạo ôn và khô vằn trên cây lúa. Nano đồng cũng được sử dụng như một chất kháng nấm hiệu quả, đồng thời kích thích sự nảy mầm và phát triển của cây trồng.
1.2. Chitosan và oligochitosan
Chitosan và oligochitosan là các polymer sinh học có nguồn gốc từ chitin, được sử dụng làm nền cho vật liệu nano đa chức năng. Chitosan có tính kháng khuẩn, kháng nấm và khả năng tạo màng, trong khi oligochitosan có khả năng hấp thụ nhanh và kích thích sinh trưởng cây trồng. Nghiên cứu này tập trung vào việc cắt mạch chitosan để tạo ra oligochitosan với khối lượng phân tử thấp, tăng cường hiệu quả sinh học.
II. Phương pháp tổng hợp và đặc trưng vật liệu
Luận án trình bày chi tiết các phương pháp tổng hợp vật liệu nano như AgNPs, CuNPs, và nano silica. Quá trình tổng hợp được thực hiện thông qua các phương pháp hóa học và sinh học, sử dụng các chất ổn định như alginate và carboxymethyl cellulose (CMC). Các vật liệu nano được đặc trưng bằng các kỹ thuật như SEM, TEM, XRD, và FT-IR để xác định cấu trúc và tính chất vật lý.
2.1. Tổng hợp nano bạc và nano đồng
AgNPs được tổng hợp từ silver nitrate với sự hỗ trợ của sodium citrate và alginate. CuNPs được điều chế từ copper sulphate với chất khử hydrazine. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp như nhiệt độ, pH, và thời gian phản ứng được nghiên cứu kỹ lưỡng. Kết quả cho thấy AgNPs và CuNPs có kích thước hạt từ 10-50 nm và khả năng ức chế nấm bệnh cao.
2.2. Tổng hợp nano silica và vật liệu đa chức năng
Nano silica được tổng hợp từ vỏ trấu, một nguồn nguyên liệu rẻ tiền và dồi dào. Vật liệu nano đa chức năng được tạo ra bằng cách kết hợp AgNPs, CuNPs, và nano silica trên nền oligochitosan. Vật liệu này được đánh giá về khả năng kháng nấm và kích thích sinh trưởng cây trồng, cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn trong nông nghiệp.
III. Ứng dụng thực tiễn và đánh giá hiệu quả
Luận án đánh giá hiệu quả của các vật liệu nano trong việc phòng trừ bệnh hại cây trồng, đặc biệt là trên cây lúa. Các thí nghiệm in vitro và in vivo được thực hiện để kiểm tra khả năng ức chế nấm bệnh và kích thích sinh trưởng. Kết quả cho thấy AgNPs và CuNPs có hiệu quả cao trong việc kiểm soát bệnh đạo ôn và khô vằn, đồng thời tăng cường năng suất cây trồng.
3.1. Ứng dụng trong phòng trừ bệnh hại
Các vật liệu nano được thử nghiệm trên cây lúa bị nhiễm bệnh đạo ôn và khô vằn. Kết quả cho thấy AgNPs và CuNPs có khả năng ức chế sự phát triển của nấm bệnh, giảm tỷ lệ bệnh và tăng năng suất cây trồng. Vật liệu nano đa chức năng trên nền oligochitosan cũng cho thấy hiệu quả cao trong việc kích thích sinh trưởng và tăng cường sức đề kháng của cây trồng.
3.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường
Nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu nano trong nông nghiệp không chỉ giảm thiểu chi phí sử dụng thuốc hóa học mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Công nghệ nano được xem là giải pháp bền vững để đảm bảo an ninh lương thực trong tương lai.
