湖南
来自新加坡麻省理工学院新加坡研究与技术联盟（SMART）的农业精密颠覆性和可持续技术（DiSTAP）跨学科研究小组（IRG）的研究人员，以及淡马锡生命科学实验室（TLL）和麻省理工学院（MIT）的合作者，开发了有史以来第一个基于微针的植物药物输送技术。
该方法可用于将受控量的农用化学品精确地输送到特定的植物组织，以用于研究目的。当应用于田间时，它可以用于精准农业，以改善作物质量和疾病管理。
气候变化、人口不断增长、耕地稀缺和资源有限造成的环境条件日益增加，迫使农业采用更可持续和更精确的做法，以促进更有效地利用资源（例如水、化肥和杀虫剂）并减轻环境影响。开发在作物中有效部署微量营养素、杀虫剂和抗生素等农用化学品的输送系统将有助于确保高生产率和高质量农产品，同时最大限度地减少资源浪费至关重要。
然而，目前和标准在植物中施用农用化学品的做法，如叶面喷洒，由于脱靶施用、雨中快速径流和活性物质的快速降解，效率低下。这些做法还造成严重的有害环境副作用，如水和土壤污染、生物多样性丧失和生态系统退化;以及公共卫生问题，如呼吸系统问题、化学品接触和食品污染。
SMART开发的新型丝基微针技术通过将已知数量的有效载荷直接部署和靶向植物的深层组织来规避这些限制，这将导致更高的植物生长效率并有助于疾病管理。该技术是微创的，因为它在不对植物造成长期损害的情况下提供化合物，并且在环境上是可持续的。它最大限度地减少了资源浪费，并减轻了农用化学品污染对环境造成的不良副作用。此外，它还将有助于促进精确的农业实践，并提供研究植物和设计作物性状的新工具，有助于确保粮食安全。
该研究在 2023 年 1 月出版的《先进材料》杂志上发表的一篇题为“使用丝微针在植物中的药物递送”的论文中进行了描述，该研究研究了有史以来第一个用于向各种植物输送小化合物的聚合物微针以及植物对生物材料注射的反应。通过基因表达分析，研究人员可以仔细检查微针注射后对药物递送的反应。观察到最小的疤痕和愈伤组织形成，表明注射诱导的植物损伤最小。本研究提供的概念验证为植物微针在植物生物学和农业中的应用打开了大门，为通过高效和有效的有效传递来调节植物生理学和研究新陈代谢提供了新的手段。
该研究优化了微针的设计，以靶向拟南芥（鼠耳水芹）的全身运输系统，拟选的模式植物。赤霉酸（GA3）是一种在农业中广泛使用的植物生长调节剂，被选中用于输送。研究人员发现，通过微针输送GA3比传统方法（如叶面喷洒）更有效地促进生长。然后，他们使用遗传方法证实了有效性，并证明该技术适用于各种植物物种，包括蔬菜，谷物，大豆和大米。
该论文的共同通讯作者，DiSTAP的首席研究员，麻省理工学院土木与环境工程副教授Benedetto Marelli教授分享说：“与目前的农用化学品输送方法相比，该技术节省了资源，这些方法遭受浪费。在应用过程中，微针突破组织屏障，直接在植物体内释放化合物，避免农用化学品损失。该技术还可以精确控制农用化学品的使用量，确保高科技精准农业和作物生长，以优化产量。
“这种首创的技术对农业来说是革命性的。它还可以最大限度地减少资源浪费和环境污染。未来，随着自动化微针应用的可能性，该技术可用于高科技室外和室内农场，用于精确的农用化学品输送和疾病管理，“该论文的第一作者，麻省理工学院土木与环境工程博士后曹云腾博士补充道。
“这项工作还强调了使用遗传工具研究植物对生物材料的反应的重要性。在基因水平上分析这些反应可以全面了解这些反应，从而为开发可用于整个农业食品行业的未来生物材料提供指导，“这项工作的共同第一作者，新加坡国立大学（NUS）和TLL的博士候选人Sally Koh说。
正如该论文的共同通讯作者，TLL首席研究员和NUS兼职助理教授Daisuke Urano教授所阐述的那样，未来似乎充满希望，“我们的研究已经验证了丝基微针在农用化学品中的应用，我们期待进一步发展技术和微针设计为可扩展的制造和商业化模型。与此同时，我们也在积极研究可能对社会产生重大影响的潜在应用。
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