Glyphosate Separating and Sensing for Precision Agriculture and Environmental Protection in the Era of Smart Materials.
Environ Sci Technol · 2023 · 57:9898-9924 · PMID 37384557 · 등급7 종설·논평 종설 · 농업과 정책 > GM 작물 · 사람 · 직업
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본 논문은 지난 수십 년간 농업에서 전통적으로 사용되어 온 글리포세이트(GLP), 즉 글리포세이트계 제초제(GBHs)의 활성 성분을 측정하기 위한 스마트 센서에 관한 가장 최근 보고들을 비판적이고 종합적으로 검토하였다. 1974년에 상용화된 GBHs는 현재 전 세계 140개국 이상의 작물 3억 5천만 헥타르에 사용되고 있으며, 연간 매출액은 110억 USD에 달한다. 그러나 지난 수십 년간 GLP와 GBHs의 광범위한 이용은 환경 오염, 동물 중독, 세균 내성 및 농장 및 기업 근로자의 지속적인 직업적 노출을 야기하였다. 이러한 제초제에 의한 중독은 장내미생물총-장-뇌 축(microbiome-gut-brain axis), 콜린성 신경전달, 그리고 내분비계를 조절 장애시켜 마비성 장폐색, 고칼륨혈증, 빈뇨, 폐부종 및 심인성 쇼크를 유발한다. 정밀 농업, 즉 부지 특이적 농약 측정을 포함하는 정보 기술 기반의 작물 관리 접근 방식은 스마트 물질(SMs), 데이터 과학 및 나노센서의 이점을 활용한다. 이러한 센서는 일반적으로 형광 분자 모방 고분자 또는 전기화학 변환기와 통합된 면역화학적 앱타머 인공 수용체를 특징으로 한다. 휴대용 또는 웨어러블 랩온칩, 스마트폰, 소프트 로보틱스로 제작되어 머신러닝 알고리즘과 온라인 데이터베이스를 제공하는 SM 기반 장치와 연결됨으로써, 사용자 친화적이고 의사 결정적인 방식으로 방대한 양의 시공간 데이터를 통합, 처리, 분석 및 해석한다. GLP를 포함한 독소의 초민감도 측정을 위해 활용될 이 센서들은 농지 및 현장 진단 검사에서 실용적인 도구가 될 것이다. 예상컨대, 스마트 센서는 개인 맞춤형 진단, 실시간 수질, 식품, 토양 및 대기질 모니터링, 부지 특이적 제초제 관리 및 작물 관리에 사용될 수 있다.ORIGINAL ABSTRACT
The present article critically and comprehensively reviews the most recent reports on smart sensors for determining glyphosate (GLP), an active agent of GLP-based herbicides (GBHs) traditionally used in agriculture over the past decades. Commercialized in 1974, GBHs have now reached 350 million hectares of crops in over 140 countries with an annual turnover of 11 billion USD worldwide. However, rolling exploitation of GLP and GBHs in the last decades has led to environmental pollution, animal intoxication, bacterial resistance, and sustained occupational exposure of the herbicide of farm and companies' workers. Intoxication with these herbicides dysregulates the microbiome-gut-brain axis, cholinergic neurotransmission, and endocrine system, causing paralytic ileus, hyperkalemia, oliguria, pulmonary edema, and cardiogenic shock. Precision agriculture, i.e., an (information technology)-enhanced approach to crop management, including a site-specific determination of agrochemicals, derives from the benefits of smart materials (SMs), data science, and nanosensors. Those typically feature fluorescent molecularly imprinted polymers or immunochemical aptamer artificial receptors integrated with electrochemical transducers. Fabricated as portable or wearable lab-on-chips, smartphones, and soft robotics and connected with SM-based devices that provide machine learning algorithms and online databases, they integrate, process, analyze, and interpret massive amounts of spatiotemporal data in a user-friendly and decision-making manner. Exploited for the ultrasensitive determination of toxins, including GLP, they will become practical tools in farmlands and point-of-care testing. Expectedly, smart sensors can be used for personalized diagnostics, real-time water, food, soil, and air quality monitoring, site-specific herbicide management, and crop control.| 저자 | Mazuryk, J.; Klepacka, K.; Kutner, W.; Sharma, P. S. |
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| 저널 | Environmental science & technology |
| 권·호·쪽 | 57(27), 9898-9924 |
| PMID | 37384557 |
| DOI | 10.1016/j.jenvman.2006.11.019 |
| MeSH | Animals; Conservation of Natural Resources; Smart Materials; Plants, Genetically Modified; Agriculture; Herbicides; Glyphosate |