【博科园-科学科普】从药物供应和能源到农业和水处理，世界上最大的一些复杂的问题可以用最简单、最简单的结构来解决——使用的是气溶胶科学和技术的原理。
由于这些问题很多而规模宏大，起源于细胞或分子水平，所以在工程解决方案时需要先考虑小问题。纳米粒子在规模上是微小的，在科学界已经变得越来越重要，因为它们有可能在各个领域解决各种各样的问题。
纳米粒子是一种粘合剂，它可以在各种分子结构和材料之间建立一个桥梁。由于这是一种更大的材料，如肿瘤的桥梁有巨大的潜力可以利用它们作为对抗破坏性疾病的强有力的药物。一种特殊的治疗脑病和疾病的应用显示出了希望。
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血脑屏障功能保护人体最重要的器官，也防止治疗方法有效地解决大脑疾病和疾病。例如大脑疾病仍然是慢性健康挑战和死亡的主要原因。大约每分钟一到两名美国人就被诊断出患有阿尔茨海默氏症，这是美国第六大导致死亡的疾病，而在前10名中只有一名没有治愈或治疗。抑郁症是世界上最常见的精神疾病和第三大疾病负担，是自杀的主要原因。此外根据世界卫生组织(World Health Organization)的数据或许大脑可以作为更好治疗抑郁症的桥梁，而抑郁症是自杀的主要原因，2015年自杀的人数为80万人。
尽管科学家医疗从业者、制药公司和家庭都在为推进治疗特定的脑部疾病和疾病的大规模研究提供时间和资金，但仍然存在一个主要障碍。以安全有效的方式将拯救生命的药物直接送到大脑，对医疗服务提供者来说是一个几乎不可逾越的挑战。血脑屏障抑制了药物的传递。现有的治疗方法，如注射或服药并不像医生和病人需要的那样精确或直接，直接送到大脑需要有侵略性的和高风险的技术。
需要和有机会改善药物的供应是立竿见影且意义深远的。除了挽救生命大脑疾病还会影响生活质量。大脑紊乱造成的生产力下降，相当于每年全球每年损失超过100亿美元的工作——大约1万亿美元的损失经济产出——这还不包括治疗的成本。
那么我们如何解决这个问题呢？正如我们在最近的研究中发现的那样，一个令人惊讶的新途径可能是通过鼻子，用简单的嗅嗅来传递药物。在纳米颗粒的形式下，这种方法可以使药物在30分钟到1个小时内到达大脑。通过通过纳米颗粒运送药物来跨越血脑屏障，医生可以确保患者治疗和康复的风险降低，反应时间更短。我们首先在蝗虫中测试了这种方法，因为它有一个简单的，但相似的解剖血脑屏障和它的嗅觉通路是一个流行的神经编码和行为模型。早期的研究已经显示了有希望的结果，有效的分娩和最小的组织损伤。
纳米粒子正在改变生物医学研究，但其影响并不局限于此领域。除了在药物传递方面的作用外，纳米颗粒有可能扰乱农业实践，以便更有效和更安全生产食物来源。粮食生产及其营养质量是全球人口面临的一个挑战，预计到2050年将达到90亿，对粮食生产的高需求将限制自然资源。
农民在田地里施肥以补充营养。这当然不是理想和可持续的农场方式，但它被认为是最有效的大型农场。因此农民们最终购买了更多的氮、磷和钾营养物，也就是众所周知的氮磷钾肥料。由于现有肥料的使用效率低下，农民无法最大限度地提高作物产量，尽管化肥消费量有所增加。目前化肥的主要挑战是低吸收效率和流失到环境中，要求农民每英亩施肥(27 - 40公斤)，每英亩增加40%的成本。此外土壤中施用过量的肥料也会影响土壤中有益微生物的数量，从而降低了养分的吸收。肥料径流造成环境污染。未使用的肥料(> 50%)导致富营养化，需要额外的100亿美元的资源来清洁自然系统中的水。
为了避免粮食危机和肥料的低效使用，我们已经从植物根部周围的真菌中培育出氧化锌纳米颗粒，帮助植物吸收土壤中的养分。当应用于绿豆植物的叶子时，豆科植物主要生长在中国、东南亚和印度，那里60%的人口是素食者，而且依赖植物的蛋白质来源，纳米颗粒使磷的吸收增加了将近11%。这个应用程序减少了土壤施肥所需的磷，并激活其他酶来支持植物生长。此外我们还开发了由NPK纳米复合材料组成的智能肥料，并优化了控制释放的传递方式，并提高了植物的利用率。这种智能肥料显示出了提高谷物、豆类、蔬菜和其他园艺作物的产量、生物量和营养价值的巨大潜力。
无论是针对脑瘤还是为预期的全球人口增长做准备，因此对食品生产的需求增加，气溶胶科学家和工程师正致力于用最小的解决方案实现下一个重大突破。
作者：The Lab Bench
来自：Forbes science
编译：光量子
审校：博科园
