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水产养殖工程中纳米技术的运用探究

来源:现代农业研究 作者:王玉军
发布于:2021-01-22 共3044字
    摘要:纳米技术是在纳米尺度基础上研究物质的特性及相互作用,纳米为毫微米,既十亿分之一米,利用纳米特性可解决实际生产中的多种问题。纳米技术在水产养殖工程中应用正处于初级阶段,和发达国家还存在明显差异,故文章对纳米技术在水产养殖工程中的应用详细分析,旨在为实际水产养殖开展提供理论参考。
   
    关键词:纳米技术,水产养殖,工程,特性,处理


水产工程师中级职称论文

   
    纳米技术目前在水产领域应用不多,但是就纳米技术近年来的高速发展而言,很可能对传统水产养殖技术造成巨大改变及提高,简化养殖中净水工艺及装备,减少成本、减少能源消耗。就已经发展成熟的部分纳米技术而言,其在水产养殖应用体现在净水材料、纳米饲料、纳米抗菌剂、纳米诊断技术等。
   
    1 纳米净水材料
   
    纳米净水材料包含净水剂、纳米过滤器。
   
    净水剂将纳米材料以专业方式融入水处理剂,由于纳米材料本身表面的巨大比(球形颗粒表面积与直径平方成正比,体积与直径立方成正比),表面活性好,结构特殊,可改变净化药物分子理化性能,增加净水絮凝剂效果,减少水处理剂量,也能达到良好的净化效果。使用此方式,其净化时间短、投入成本低,具有推广价值。一般水产养殖采用氯气对水产养殖有效处理,抑制水中细菌及病毒。但是采用氯气杀菌后,会形成大量含氯有机物,这种有机物可能会引发癌症。因此,可以采用纳米过滤器对细菌有效处理,避免含氯有机物引发癌症。对纳米过滤器分析,其过滤器的水处理滤膜本身为多孔结构,且孔洞较小,直径仅仅为1纳米,水中的水分子及矿物质元素不受影响,但是细菌、病毒、农药及有机物均无法通过,确保水质高效净化。此外,纳米薄膜对钙有亲和性,过滤后水呈现软水,后用于锅炉用水不易出现结垢,也可将薄膜用于污水净化。
   
    纳米TiO2光催化氧化技术介绍:纳米TiO2光催化氧化技术应用前景广阔,其自身能耗较低,操作简单,无二次污染,水中臭氧无法氧化的有机物都能有效降解。若水产养殖中,一些有机污染物浓度较高的,可采用纳米TiO2光催化氧化技术有效过滤净化。例如,水中六氯苯、四氯化碳、三氯甲烷等都属于顽固性有机污染物,而通过纳米TiO2光催化氧化技术,高效光催化,在水产养殖中具有良好发展前景。
   
    2 纳米饲料及饲料添加剂
   
    水产养殖中鱼虾肠胃较短,对常规饲料中营养物质的吸收较差。但是,若将饲料中难溶消化道的成分纳米化处理,可便于成分被鱼虾吸收,提高生物利用率。
   
    可在饲料中融入纳米无机抗菌剂,避免鱼由于摄入水中抗生素,易出现严重残毒,破坏鱼虾体质。通过采用纳米技术,有利于提高鱼虾质量,生产绿色水产品。通过纳米饲料及饲料添加剂,对饲料进一步处理,降低饲料颗粒,使饲料更容易在鱼虾消化道中停留,促进水产动物更快生长。
   
    3 纳米药物及诊断技术
   
    药物吸收受药物实际停留位置及溶出速度有直接影响,通过纳米技术可减小药物粒径,增大暴露表面积,促进药物溶解,提高药物吸收率。药物大分子转化为纳米小颗粒分子,可穿透组织间隙,透过鱼虾毛细血管,迅速发挥药物作用。水产养殖中动物疾病种类较多,且对动物危害较大,需快速诊治。纳米技术支持下有一种生物芯片,这种生物芯片是在较小几何尺寸表面,装配多种纳米尺寸生物活性物质,以微量采样检测并研究不同生物细胞及生物分子,了解鱼虾DNA特性,掌握其规律。生物芯片包含细胞、蛋白质、基因芯片等,其自身可集成、并行、快速检测,为动物疾病迅速检测打下基础。例如,纳米探针为可探测单个活细胞的传感器,其探头尺寸为纳米级,插入活细胞,可了解基因表达及靶细胞蛋白生成,为针对用药奠定基础。
   
    4 纳米基因工程
   
    纳米生物学是在纳米技术尺度基础上,认识生物大分子精细结构及功能,按照实际需求,裁剪嫁接够,和具有特殊功能生物大分子结合,形成纳米技术,有效控制基因工程,按照市场需求生产更多个性化生物产品,改变水产养殖的现状。通过纳米基因工程,也可以增加观赏鱼种类及食用鱼类。
   
    鱼肉富含蛋白质,可补充人体所需蛋白质。因此,水产养殖中始终分析生长速度快、喂食少、抗逆性强的养殖对象。而纳米基因工程为进一步实现该目标提供技术支持,采用纳米载体,在介导基因专业上表现出多方面优势:(1)纳米材料不属生物材料,无免疫原性,不存在机体免疫反应。(2)纳米载体不同于病毒载体,其不具有遗传毒性及细胞毒性,不存在细胞转化及细胞死亡。(3)纳米载体其结构及表面电荷,其本身基因转移效率高。(4)此外,以纳米载体支持的先进技术可介导外源基因宿主,将DNA及染色体优化处理,开展科学的基因工程。(5)采用纳米技术可有阿虎转导基因,从而减少机体血浆、组织细胞补体及不同酶对水产养殖中鱼虾的影响。合理应用纳米技术,以基因传导进入靶细胞,发挥其最大化价值。
   
    新时期伴随人们逐渐加深对纳米的认识,对现代化技术的熟练掌握,未来纳米技术将在水产养殖有更好的应用。
   
    5 无机纳米抗菌材料分析
   
    纳米TiO2、SiO2、银系纳米复合粉等都属于无机纳米抗菌材料,无机纳米抗菌材料具有传统抗菌剂所达不到的抗菌效果,其综合抗菌效果在有机、天然抗菌剂之上。其中,纳米TiO2为光催化的反应,导致有机物分解,起到抵抗病菌作用。在阳光照射下,原本粒子中价带电子受紫外线影响被激发跃迁到导带,形成光生电子孔穴对,受环境电荷层电场影响,发生分离。粒子光催化对病菌有两方面影响:一方面,其光生电子及光生孔穴及细胞膜、细胞内组分反应,会导致细胞死亡,起到杀菌作用;另一方面,光生电子、光生孔穴将和水、空气发生氧反应,生成O2、HO2、H2O2等,O2、HO2、H2O2等氧化能力较强,可对细胞内组分发生生化反应,导致细胞死亡,起到杀菌租用。但是,近年来的研究发现,光催化作用的粒子还可以有效分解毒素,具有极高安全性,且效果持续时间长。
   
    采用无机纳米抗菌材料的塑料用于建设水产养殖场所,以此为输送管道、容器,则无需臭氧、紫外线、超声波等杀菌设备支持,可起到同等杀菌效果,也无需采用药物杀菌。若大型水产养殖中在容器、池壁喷涂无机纳米抗菌材料,并以此材料设置水泵、省去活性炭、去氯器等设备,有效降低养殖成本。
   
    同时,也可以在合成纤维树脂中融入纳米SiO2、纳米ZnO复配粉体材料,经特殊处理后,可用作养殖杀菌、防霉、防臭等作用,制作该网片用作网箱,还可以有效避免菌藻等滋生。纳米SiO2复合粉体其利用纳米技术,在纳米材料基础上以离子交换方式制作抗菌剂,该抗菌剂安全性突出,其抗菌效果、抗菌时间等均优于传统银系无机抗菌剂。纳米SiO2复合粉体的抗菌原理是在纳米粉中缓释溶出银离子,逐渐扩散到水产养殖中的微生物细胞中,破坏细胞蛋白质结构,造成细胞代谢障碍。
   
    结束语
   
    综上所述,纳米技术是新时期科技前沿技术,伴随纳米技术不断成熟,其在水产养殖中应用前景广阔,将对水产养殖行业造成巨大改变。但是,在应用纳米技术的过程中,需注意切勿盲目重视纳米技术的优势,严禁随意借用“纳米”概念推广产品。纳米技术有利也有弊,其可能会成为对环境的二次污染物,其纳米粒子、纳米产品可能存在尚未发现的污染物,要谨慎使用。在纳米技术应用中,要做好其在水产养殖中的基础开发研究,多方探讨纳米技术的实际应用原理、方式,了解其在水产养殖中应用可能存在的风险,为水产养殖发展打下坚实基础。
   
    参考文献   
    [1] 王高学,朱斌,刘广路,等.碳纳米管载药在水产养殖中的基础研究[J].中国水产学会鱼病专业委员会,2013-11-05.   
    [2]薛松松.纳米生态基在水产养殖中的应用研究[J].中国海洋大学,2011,(03):19.   
    [3]戴伟.纳米技术在水产养殖中的应用[J].技术与市场,2011,(05):15.   
    [4]叶金明,郑宗林.纳米技术在水产养殖中的应用展望[J].科学养鱼,2016,(11):10.
作者单位:黑龙江省嘉荫县沪嘉乡农业综合服务中心
原文出处:王玉军.纳米技术在水产养殖工程中的应用研究[J].现代农业研究,2020,49(01):115-116.
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