Lebih tepatnya, itu adalah pekerjaan Harper di laboratorium yang menghubungkannya dengan tanah.
Seorang ilmuwan di Oregon State University di Corvallis, Harper dengan gigih meneliti hal kecil, zat buatan manusia yang disebut nanopartikel, dengan tujuan untuk mengidentifikasi mana yang menguntungkan dan mana yang merugikan bagi petani, konsumen dan lingkungan. partikel nano, yang merupakan ukuran molekul, sudah digunakan dalam segala hal mulai dari tabir surya hingga perangkat biomedis. Ukurannya yang sangat kecil membuat mereka efisien, tetapi juga tidak terduga. Itulah yang membuat Harper khawatir:Pestisida formulasi nano pertama diam-diam masuk ke lahan pertanian, dan dia ingin tahu apa yang terjadi selanjutnya.
Seorang insinyur sekaligus ahli toksikologi, Harper memiliki perspektif yang unik. Dia percaya nanoteknologi dapat membantu merevolusi pertanian seperti halnya obat-obatan. Tapi dia melihat potensi serta risiko dari nanopestisida. “Saya pikir sebagian besar nanopestisida tidak akan beracun” — atau, paling sedikit, tidak lebih beracun bagi organisme non-target daripada pestisida saat ini, kata Harper. “Kami hanya perlu cara untuk mengidentifikasi segelintir yang mungkin berbahaya.”
Dengan mengecilkan ukuran tetesan nanopestisida individu, ada konsensus luas — dari industri hingga akademisi hingga Badan Perlindungan Lingkungan — bahwa jumlah total racun yang disemprotkan ke ladang pertanian dapat dikurangi secara signifikan. Tetesan yang lebih kecil memiliki luas permukaan total yang lebih tinggi, yang menawarkan kontak yang lebih besar secara keseluruhan dengan hama tanaman. Demikian juga, partikel kecil ini dapat direkayasa sehingga, Misalnya, cangkang fisik yang disebut kapsul dapat menahan degradasi di lingkungan dengan lebih baik, menawarkan perlindungan yang lebih tahan lama daripada pestisida konvensional. Tapi cangkang itu bisa mengubah sifat fisik yang bisa diprediksi, seperti seberapa larut pestisida dalam air.
Dan Harper juga sangat menyadari bahwa sifat fisik yang unik dari skala nano mempertanyakan nasib lingkungan partikel. Begitu mereka disemprotkan ke ladang, apakah mereka akan menggumpal pada tanaman atau meluncur melalui tanah ke badan air? Paling mengkhawatirkan, Harper bertanya-tanya apakah mereka akan mudah diambil oleh organisme yang bukan hama (seperti lebah atau ikan), dan berapa lama mereka akan bertahan di lingkungan — sifat yang dapat berubah secara radikal dengan ukuran. “Kami hanya tidak tahu, " dia berkata.
“Potensi pestisida berkemampuan nano luar biasa, tapi itu masih mimpi saat ini, ” kata Sonny Ramaswamy, direktur Institut Pangan dan Pertanian Nasional USDA. Dan mimpi itu melampaui pestisida. Dia menjelaskan rencana sensor berukuran nano yang dapat mendeteksi nitrogen rendah dan mengirim pesan ke ponsel petani atau nanosensor dalam kemasan makanan plastik yang menyala ketika bersentuhan dengan listeria atau salmonella. “Kekhawatirannya adalah bahwa mungkin ada konsekuensi yang tidak diinginkan terkait dengan nanopartikel — itulah pertanyaan besar yang sedang dilihat oleh agen federal, " dia menambahkan. “Orang-orang seperti Stacey Harper menyediakan layanan yeoman itu untuk memastikan kami menangani potensi konsekuensi yang tidak diinginkan.”
“Potensi pestisida berkemampuan nano luar biasa, tapi itu masih mimpi saat ini."
Harper ingat pertama kali dia mendengar istilah "nanoteknologi." Itu satu dekade yang lalu selama pertemuan di Badan Perlindungan Lingkungan AS di Las Vegas, dimana dia bekerja sebagai mahasiswa postdoctoral. Timnya ditugaskan untuk menilai risiko kesehatan bahan nano. "Diskusi besar adalah 'apa itu dan mengapa kita khawatir tentang mereka, '” kenangnya.
tertarik, Harper merpati all-in, awalnya berfokus pada aplikasi biomedis seperti nanopartikel emas yang digunakan untuk menargetkan pengiriman obat (salah satu produk pertama yang mengadopsi teknologi). Perusahaan yang sadar lingkungan segera membanjiri labnya dengan produk - mulai dari tabir surya hingga obat jerawat hingga senyawa yang melawan Staphylococcus aureus yang resisten methicillin (MRSA, bakteri pemakan daging) — untuk umpan balik tentang keamanan. Dia segera menyadari bahwa dengan teknologi baru ini, jumlah tak terbatas jenis nanopartikel dapat dibuat, dan pendekatan penilaian risiko tradisional, yang akan menguji nanopartikel individu, tidak akan mengikuti tantangan. “Ini benar-benar tentang mencari tahu sifat fisik atau struktural apa yang membuat satu partikel nano beracun dibandingkan dengan yang lain, " dia berkata.
Menemukan jawaban ini sama sekali tidak mudah. Salah satu kendalanya adalah kurangnya dana. Selama 13 tahun terakhir, pemerintah AS telah menyalurkan miliaran ke National Nanotechnology Initiative (NNI), program R&D terkoordinasi yang mencakup 20 departemen dan lembaga federal dan bertujuan untuk memacu nanoteknologi lintas sektor. Pada tahun 2008, NNI mengambil langkah yang belum pernah terjadi sebelumnya dan juga mulai mendanai penelitian kesehatan dan keselamatan lingkungan. “Kebutuhan untuk menilai risiko teknologi baru adalah salah satu pelajaran dari reaksi GM (modifikasi genetik makanan), ” kata Harper. Sejauh ini, Namun, sebagian kecil dari uang yang tersedia untuk pengujian risiko ini sebagian besar difokuskan pada pekerja yang mungkin menghirup nanopartikel.
Para ilmuwan menyadari bahwa mereka membutuhkan lebih cepat, cara yang lebih efisien untuk menilai risiko nanopartikel. Pemain harpa, Misalnya, mengembangkan tes untuk menilai toksisitas bahan nano pada ikan zebra, versi akuatik dari tikus lab, salah satu yang dapat menginformasikan dampak terhadap kesehatan manusia serta lingkungan. Ramaswamy menyebutnya "sistem model yang sangat keren."
“Dari ratusan senyawa nanoteknologi yang telah kami uji, hanya sedikit yang mengibarkan bendera merah, kata Harper. “Sering kali bermuara pada apakah kimia permukaan partikel memiliki muatan positif keseluruhan, " arti, Misalnya, bahwa mereka dapat tertarik pada membran sel yang bermuatan negatif jika mereka masuk ke dalam tubuh manusia. Untuk melacak fitur nano yang membuat masalah, dia membantu membuat database internasional tentang struktur fisik dan toksisitasnya. Tujuannya adalah untuk menentukan desain nanopartikel mana yang harus dihindari, kemudian bagikan informasi itu dengan industri.
Itu adalah suami Harper dan manajer lab saat ini, Bryan, yang mengalihkan perhatiannya pada dampak lingkungan dari nanopestisida. Bertahun-tahun lalu, dia bekerja di Pusat Informasi Pestisida Nasional (NPIC), hotline yang didanai pemerintah federal yang bertempat di kampus OSU yang menangani pertanyaan publik tentang risiko kesehatan pestisida. Bryan tertangkap basah ketika panggilan mulai datang untuk mencari informasi tentang risiko lingkungan dari nanosilver, nanopestisida pertama yang memasuki pasar. Ini adalah senyawa anti-bakteri yang digunakan dalam berbagai macam produk konsumen, dari pakaian hingga suplemen makanan.
Tentu saja, dia meminta masukan dari istrinya. Dia tidak dapat menemukan apa pun tentang risiko dalam literatur ilmiah. “Nasib lingkungan dari nanopestisida adalah besar, lubang hitam, ” kata Bryan. Untuk membantu mengisi kekosongan itu, Harper dan rekan baru-baru ini menerima dana untuk menentukan bagaimana nanopestisida pertanian generasi pertama akan bergerak melalui tanah dan air, dan apakah mereka secara tidak sengaja dapat membahayakan ikan atau lebah.
Untuk menguji skenario ini, Harper menciptakan "ekosistem berukuran nano" untuk menguji bagaimana senyawa ini bergerak melalui lingkungan mereka dan berinteraksi dengan fauna. Di laboratoriumnya, Misalnya, wadah plastik yang hanya menampung beberapa gram tanah diletakkan di atas wadah berukuran seperempat yang menampung embrio ikan zebra. Tim menerapkan pestisida ke tanah dan kemudian mencatat jumlah cacat pada embrio ikan zebra. Rekan OSU Harper, Louisa Hooven, akan segera memulai percobaan untuk melihat apakah semprotan udara dari formulasi nano-pestisida akan mempengaruhi bagaimana lebah mengangkut serbuk sari ke sarang mereka. Tim berharap untuk mempublikasikan temuan mereka pada akhir tahun.
Tetapi pengujian tidak semudah kedengarannya. Karena bahan aktif dalam pestisida tertentu kemungkinan besar merupakan bahan kimia yang sudah disetujui, perusahaan pestisida tidak perlu menguji versi berukuran nano. Harper telah mengalami cukup banyak rintangan sehingga dia ragu perusahaan pestisida akan secara sukarela membagikan senyawa mereka, atau bahkan apakah produk mereka mengandung nanopartikel atau tidak.
Jadi dia mulai menarik pestisida pertanian dari rak untuk melihat apakah ada yang sudah mengandung partikel berukuran nano, yang, Menurut definisi, akan membuat mereka pestisida nano-enabled. “Stacey ulet, ” kata direktur NPIC David Stone, yang ikut menulis makalah tahun 2010 dengan Harper menjelaskan mengapa “registrasi pestisida bisnis seperti biasa” tidak akan berhasil pada skala nano. “Dia punya banyak tenaga kuda dan ide-ide kreatif, " dia berkata, menambahkan bahwa dia adalah salah satu dari sedikit peneliti yang akan menguji produk yang sudah ada di pasar.
Pemindaian awal mengungkapkan bahwa 90 persen dari selusin produk pestisida yang telah diuji Harper dan rekan-rekannya mengandung partikel dalam kisaran skala nano. Sekarang dia harus menentukan apakah nanopartikel merupakan bahan aktif, penstabil kimia atau hanya komponen jinak yang ada di pestisida selama ini, tidak terlihat sampai saat ini.
“Nasib lingkungan dari nanopestisida adalah besar, lubang hitam.”
“Ada sangat sedikit nasib lingkungan dan pengujian transportasi nanopartikel yang dilakukan, ” kata Jennifer Sass, seorang ilmuwan senior yang berfokus pada regulasi bahan kimia beracun di Dewan Pertahanan Sumber Daya Alam. “Ini penelitian yang mahal, dan di mana perusahaan mungkin telah mengumpulkan beberapa data pemantauan lingkungan, mereka tidak tertarik untuk mempublikasikan informasi itu, dia menambahkan.
Tapi Harper tahu itu tidak akan lama sebelum produsen bergerak lebih dari sekadar menyusutkan pestisida menjadi formulasi nano. Dia mengharapkan untuk melihat nanopestisida multifungsi - misalnya, produk yang dilengkapi dengan biosensor yang mampu mendeteksi hama sebelum melepaskan bahan aktif — dalam 10 tahun ke depan. Kecepatan kemajuan teknologi hanya memperkuat tekadnya untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini dengan cepat.
Bepergian melintasi perbukitan dari Alsea ke Lembah Willamette setiap pagi, dia dan suaminya terkadang mendapat peringatan tajam bahwa penelitian mereka dapat membantu menemukan cara berkelanjutan untuk mengurangi kebutuhan akan begitu banyak semprotan. “Kami bisa mencium bau fungisida dan pestisida yang dioleskan ke ladang, " dia berkata. “Semakin banyak waktu yang Anda habiskan untuk menikmati indahnya pedesaan di sekitar sini, semakin Anda ingin melindunginya.”
Cerita ini diproduksi oleh Food and Environment Reporting Network, independen, organisasi berita nirlaba yang berfokus pada makanan, pertanian, dan kesehatan lingkungan.
Koreksi:Artikel ini salah mengidentifikasi MRSA sebagai virus pemakan daging. Ini adalah bakteri pemakan daging.
