全球农业需要新的粮食和水可持续性解决方案，随着气候极端现象越来越频繁、人口不断增长、粮食需求不断增加以及全球农作物面临的威胁，环境工程师们正在寻找解决方案，以管理未来的粮食生产，从最小的水平开始。按照目前的做法，多达95%的微量营养素和99.9%的农药都没有到达目的地，被浪费了。它们在土壤中积累或流入地下水，造成附带的环境破坏，使土壤退化，浪费其生产和应用所使用的水和能源。
如果种植者能在叶子上涂上某种物质，可以直接到达根部，这可能会改变现状，以近乎100%的效率提供营养、抗生素和杀虫剂。土木与环境工程学教授格雷格·洛瑞、博士后研究员阿斯特丽德·阿韦兰和一组研究人员已经成功地发现了一种将纳米颗粒应用于植物叶子的方法，这样叶子就可以穿过植物一直到达根部，其研究结果发表在《ACS Nano》上，研究结果有潜力改变我们向植物提供农药的方式。
这是第一次有人系统地研究纳米粒子是如何穿过叶子，进入植物，进入根部，然后渗透到土壤中。研究小组在小麦幼苗叶片上喷洒了带有聚合物涂层的金纳米颗粒。植物不需要金，但是因为金在植物的任何地方都不存在，所以他们能够很容易地辨别出它去了哪里。使用小麦是因为小麦是一种重要作物，而且容易缺乏营养。一旦纳米粒子被喷到叶子上，它们就会穿过覆盖在叶子上的蜡质外层角质层，然后穿过表皮。
角质层和表皮层保护叶子免受伤害，防止水分流失，并允许植物呼吸的气体交换。然后，纳米颗粒进入内部叶组织，或叶肉。最后进入植物的血管系统，或植物的静脉。从那里它可以沿着茎一直向下进入根部，或者向上到达更高的叶子。研究人员首次证明，一旦到达根部，纳米颗粒就能渗透到土壤中，附着在被称为根际的根部微环境中。根际是植物与土壤相互作用、吸收养分、释放小酸、二氧化碳和蛋白质的地方，也是细菌和真菌进入植物的地方。
目前治疗不健康根际的唯一方法是在土壤中混合农用化学品或用水与化学品混合。在这两种情况下都损失了大量的化学物质，研究人员所证明的是近100%的高效输送，可以减少所需的化学品数量，降低成本，并限制环境污染。这些小颗粒（小于50纳米）可能是可持续养活预计到2050年地球上100亿人口一个非常重要的关键。例如，生长在缺锌土壤中的小麦植株会变黄，作物产量会随着植株的死亡而下降，但是如果能把氧化锌纳米颗粒通过叶子送到根部。
就能渗透到土壤中，让土壤和植物都变得健康。农民也可以向工厂提供抗生素，一旦植物将细菌带入其血管系统，几乎没有什么可以挽救它。但如果抗生素纳米颗粒能够通过叶子进入血管系统，就能预防或治疗系统性细菌疾病。纳米颗粒也比化学物质更有效，因为工程师可以设计出具有特定性质的纳米颗粒。例如可以设计出一种纳米颗粒，它可以附着在叶子上，而不会在下雨时滴落下来。或者可以在粒子外部设计涂层，使其对水分或光线做出反应。
此外，与目前使用的传统农用化学品相比，还可以设计出用量更少、对环境和人类健康都更有益的纳米颗粒，可能性是无限的，这是重要的第一步。以近100%高效的方式将纳米颗粒运送到植物上，是劳里更大的目标之一，即原子高效农业(作物上的每一个原子都被使用而不是浪费)，以及应对粮食不安全等社会挑战。须在同样土地上增加80%的粮食产量，减少由此造成的污染，这将改变我们从事农业的方式，而这正是科学研究的试图。
