Công nghệ nano trong nuôi trồng thủy sản

Có thể khẳng định rằng, trong bối cảnh hiện nay công nghệ nano là công nghệ mới, hấp dẫn, đầy tiềm năng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp. Đây được xem là hướng đi mới để phát triển một nền nông nghiệp mang hiệu quả kinh tế, an toàn trong bối cảnh hội nhập và phát triển.

Trong nuôi trồng thủy sản, công nghệ nano được ứng dụng nhiều trong: cung cấp vắc-xin, cải thiện môi trường nước, tăng hấp thu chất dinh dưỡng. 

Cung cấp vắc-xin hiệu quả nhờ công nghệ nano

Việc sử dụng vắc-xin là rất quan trọng trong nuôi trồng thủy sản như là cơ chế giúp vật chủ chống lại các tác nhân gây bệnh. Do đó sử dụng các hạt nano đã mang đến một cơ hội to lớn để thiết lập hệ thống cung cấp vắc-xin đạt hiệu quả, mang lại sự ổn định cho các kháng nguyên và hoạt động hiệu quả như các chất bổ trợ. Nhiều hạt nano có thể xâm nhập vào tế bào trình diện kháng nguyên bằng các con đường khác nhau và tạo ra các phản ứng miễn dịch thích hợp với kháng nguyên. Cho đến nay, chitosan là dạng hạt nano được sử dụng nhiều nhất trong cung cấp vắc-xin. 

Chitosan là một polymer phân hủy sinh học được tìm thấy trong vỏ của động vật giáp xác và côn trùng. Nanochitosan là các hạt chitosan có kích thước nm, dễ dàng đi qua màng tế bào, có diện tích bề mặt cực lớn, không độc hại nên được sử dụng làm chất mang thuốc, vắc-xin, vector chuyển gen. Tóm lại việc sử dụng hạt nano chitosan trong vắc-xin giúp tăng cường khả năng miễn dịch của cá.

Công nghệ nano trong làm sạch nước

Trong những năm gần đây, ô nhiễm môi trường nước được coi là mối nguy hiểm hàng đầu do ngành nông nghiệp lạm dụng kháng sinh và các hợp chất tổng hợp để phòng và trị bệnh. Chính vì thế, các hạt nano bạc (Ag), cacbon hoạt tính, nano sắt từ (FeO)… được sử dụng để xử lý môi trường nước nuôi trồng thủy sản rất hiệu quả. Các hạt nano này có hoạt tính cao gấp nhiều lần, thời gian tác dụng lâu mà liều lượng sử dụng ít. Ngoài ra, khi sử dụng các hạt nano này để xử lý môi trường nước bị nhiễm bệnh cũng có tác dụng rất hiệu quả khi ngăn ngừa được sự lây lan dịch bệnh trong khu vực nuôi. 

Thực tiễn cho thấy, nano TiO2 chính là tác nhân xử lý nước hiệu quả và kinh tế nhất so với các phương pháp xử lý truyền thống. Các công nghệ này ngày càng phổ biến và được ứng dụng rộng rãi nhằm tăng sản lượng, nâng cao tính an toàn sinh học, hạn chế tối đa sự ảnh hưởng của dịch bệnh nhằm phát triển nghề nuôi trồng thủy sản ngày một bền vững, thân thiện với môi trường, đảm bảo có những sản phẩm sạch, chất lượng cao. 

Chất dinh dưỡng được hấp thu hiệu quả nhờ công nghệ nano

Các hạt nano sẽ thúc đẩy sự hấp thụ thức ăn thủy sản bằng cách tăng tỷ lệ chất dinh dưỡng cần thiết cho cá khi đi qua mô ruột. Các khoáng chất dạng kích thước nano có thể đi vào các tế bào dễ dàng hơn giúp tăng tốc độ chuyển hóa của chúng trong cơ thể cá. Nếu công nghệ này được sử dụng đúng cách, nó có thể làm giảm sự ô nhiêm môi trường nước do thức ăn gây ra. 

Các hạt nano selenium (Se), sắt (Fe) được bổ sung trong thức ăn để cải thiện sự phát triển của cá. Người ta đã phát hiện ra rằng việc bổ sung 1mg nano Selenium (Se) cho mỗi kg thức ăn cho thấy sự cải thiện đáng kể trong hệ thống miễn dịch và chống oxy hóa của cá chép.

Bên cạnh những ứng dụng giúp phát triển bền vững ngành nuôi trồng thủy sản, các vật liệu và sản phẩm dựa trên công nghệ nano cũng được biết là có tác dụng phụ đối với môi trường và sức khỏe con người. Đặc biệt, các sinh vật dưới nước do tính dễ bị tổn thương nên chúng có nguy cơ tiếp xúc với độc tính tiềm tàng của các vật liệu này. Do đó, điều quan trọng hàng đầu là phải xem xét các tác động bất lợi và độc hại của vật liệu nano đối với các sinh vật dưới nước.

Chính vì thế người ta đã đặc biệt chú ý đến 'Curcumin', một hợp chất sắc tố màu vàng tự nhiên có nguồn gốc từ thân, rễ của củ nghệ. Hiệu quả của curcumin này đã được các nhà khoa học chứng minh có hiệu quả tuyệt vời trong chống vi khuẩn, chống viêm, chống ký sinh trùng. Nano Curcumin được bào chế dưới dạng hạt siêu nhỏ với kích thước tính bằng nano mét có khả năng đi qua được những khe hở của tế bào khi vào trong cơ thể và phân bố đều vào máu, giúp hấp thu tốt hơn gấp hàng nghìn lần so với bột nghệ thông thường. Mặc dù Curcumin có nhiều tác dụng thần kì và an toàn đối với cơ thể nhưng có tính kỵ nước do đó khó hấp thu, nên hiệu quả khi sử dụng là không cao hoặc để đạt hiệu quả cũng mất một khoảng thời gian rất lâu.

Cho đến nay, nhũ tương Pickering được coi là phương pháp bao bọc ổn định và an toàn nhất cho các hợp chất hoạt tính sinh học kỵ nước. Nhũ tương Pickering là các nhũ tương được ổn định bởi các hạt rắn (chất dinh dưỡng) thay vì các chất hoạt động bề mặt. Một nghiên cứu đã tổng hợp các NP (nano) chitosan tripolyphosphate (CS - TPP) bằng nhũ tương Pickering để cung cấp curcumin. Hệ thống cho thấy sự ổn định lâu dài, chống lại các yếu tố bất lợi để đảm bảo giải phóng curcumin bền vững trong thời gian dài.

Công nghệ nano chắc chắn đóng góp một vai trò quan trọng trong sự phát triển bền vững của nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, có một mối lo ngại về độc tính do vật liệu và sản phẩm dựa trên công nghệ này gây ra. Do đó, các ứng dụng của phương pháp an toàn sinh học và thân thiện với môi trường là không thể tránh khỏi. Về vấn đề này, các hợp chất hoạt tính sinh học tự nhiên gần đây đã thu hút nhiều sự chú ý, đặc biệt là chất curcumin đã cho thấy vai trò mạnh mẽ trong nuôi trồng thủy sản. Nhưng các loại hợp chất hoạt tính sinh học này có tính kỵ nước làm cản trở hiệu quả của chúng. Chính vì thế chúng ta cần nghiên cứu nhiều hơn về phương pháp Nhũ tương Pickering để giải quyết vấn đề kỵ nước của các hợp chất sinh học.