Can Nanoparticles Help Fight Hunger? | Christy L. Haynes | TED

Translator: thuydung nguyenvu Reviewer: Thái Hưng Trần

Imagine you're a farmer

Hãy tưởng tượng bạn là nông dân

and you've planted enough crops to feed your family for the coming year.

bạn đã trồng đủ cây để nuôi sống gia đình trong năm tới.

The weather is surprisingly good at the beginning of the growing season,

Thời tiết rất thuận lợi vào đầu mùa sinh trưởng.

but after those seeds are in the ground

Sau khi gieo hạt

and the stalks start to peek up from the soil,

thân cây bắt đầu nhô lên,

a disease that you cannot see cuts your expected yield in half.

một mầm bệnh tiềm ẩn làm giảm một nửa năng suất dự kiến.

You think to yourself,

Bạn tự nghĩ,

"What will my family eat?"

“Gia đình mình sẽ ăn gì?”

In the coming year,

Trong năm tới,

perhaps you'll fumigate your soil, maybe you'll add extra fertilizer.

có lẽ bạn sẽ khử trùng đất của mình, bổ sung thêm phân bón.

Maybe you'll apply a fungicide or a pesticide

dùng thuốc diệt nấm hoặc thuốc trừ sâu

hoping to decrease crop loss.

nhằm giảm mất mùa.

You know that these traditional technologies work,

Bạn biết những công nghệ này có tác dụng,

but you also know they have some negative implications for our ecosystem.

nhưng bạn cũng biết chúng gây hại cho hệ sinh thái của chúng ta.

This, of course, is not an imaginary scenario.

Tất nhiên đây không phải kịch bản viễn tưởng.

We could feed every person on this planet if we didn't lose so much to disease,

Chúng ta có thể nuôi sống toàn bộ dân số nếu chúng ta không tốn quá nhiều tiền

pest and poor soil conditions.

cho bệnh tật, sâu bệnh và đất trồng xấu.

It's estimated that we lose between 20 and 40 percent of crop productivity

Theo ước tính, chúng ta mất 20-40% năng suất cây trồng.

due to preventable disease and pest attack,

do dịch bệnh và sâu bọ,

and climate change is only making this worse.

và biến đổi khí hậu khiến tình trạng tệ hơn.

I stand here in front of you,

Bản thân tôi ở đây

a very unlikely person to help solve an agricultural crisis.

không thể giúp giải quyết khủng hoảng nông nghiệp.

I'm a chemistry professor who studies nanoparticles in sterile laboratories,

Tôi là một giáo sư hoá học chuyên về hạt nano trong phòng thí nghiệm.

I grew up in the desert,

Tôi lớn lên ở sa mạc,

and I don't even keep houseplants, much less crops, alive.

tôi không biết trồng cây.

But I know that some of the best solutions to big problems

Nhưng tôi biết giải pháp cho những vấn đề lớn

come when folks from different or even opposing fields

thường cực kì đơn giản, được đưa ra

bring some of their simplest concepts together.

bởi những người ngoài lĩnh vực.

And that is exactly what I think is possible here.

Trường hợp này cũng tương tự như vậy.

As I tell you that nanoparticles may be a critical part

Như tôi đã nói, phân tử nano là một phần quan trọng

of the solution to our global food crisis.

để giải quyết khủng hoảng lương thực toàn cầu.

Let me tell you why I'm so intent on using nanoscience to fight hunger.

Tôi sẽ giải thích tại sao công nghệ nano giúp chống lại nạn đói.

We all have the issues that touch us deepest,

Ai cũng có những vấn đề canh cánh trong lòng,

and for me, it has always been hunger.

Đối với tôi, đó là nạn đói.

I find it intolerable that there are hungry people

Tôi không thể chịu được khi vẫn còn nhiều người đói ăn

on this life-giving planet of ours.

trên hành tinh tràn đầy sự sống này.

I can trace this, at least in part, to some of my own experience growing up.

Nhớ lại những trải nghiệm lúc nhỏ của mình.

For a period of my childhood, I lived in a food-insecure household.

Suốt thời thơ ấu, gia đình tôi không đủ ăn.

We benefited from food shelf donations,

Chúng tôi ăn đồ từ thiện

and we only ate what my mom could get with her hard work

và chỉ có thể mua đồ ăn vào những ngày giảm gía đặc biệt

on double coupon day at the local supermarket.

mà mẹ tôi đã phải làm lụng vất vả mới mua được.

I loved the one day a month I was allowed to buy school lunch.

Mỗi tháng một ngày, tôi thích mê được mua bữa trưa ở trường.

Now, I don't know why my parents didn't apply for free school lunch

Bây giờ, tôi không biết tại sao cha mẹ lại không đăng kí bữa trưa miễn phí

or food stamps,

hoặc phiếu thực phẩm miễn phí,

but the end situation was one where sometimes the refrigerator

nhưng tình huống tệ nhất là tủ lạnh,

and the cupboards were empty.

tủ bếp đều trống trơn.

Now, it's been a long time since I have worried about food for myself,

Đã lâu rồi tôi không cần lo lắng về hôm nay ăn gì

but that feeling of being hungry is etched deep within me.

nhưng cảm giác đói khát đó đã khắc sâu trong tôi.

I am driven to do something about hunger.

Tôi được thôi thúc phải làm điều gì đó.

And the unusual talent that I bring to the task

Điều tôi có thể làm nhờ vào hiểu biết của mình

is my deep knowledge of designing and synthesizing nanomaterials

để thiết kế và tổng hợp các vật liệu nano,

that can carry molecular cargo

biến đổi các phân tử

and transform into specific chemical species.

thành một loại hoá chất.

Let me stop and give a little bit of background about nanoscience.

Cho phép tôi giải thích căn bản về công nghệ nano.

The prefix “nano” signifies a billionth,

“Nano” nghĩa là một phần tỷ,

so a nanometer is a billionth of a meter.

vậy một nanomet là một phần tỷ mét.

In other words, nanoparticles are extremely small.

Nói cách khác, các hạt nano là cực kỳ nhỏ.

You cannot see them with your naked eye or even a high-powered light microscope.

Bạn không thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc kính hiển vi có độ phóng đại lớn.

In fact, you need a specialized instrument

Bạn cần một dụng cụ chuyên dụng

like the one you see here, called a transmission electron microscope,

như cái bạn thấy ở đây, gọi là kính hiển vi điện tử truyền qua

to even see nanoparticles.

để nhìn thấy các hạt nano.

Nanoparticles have actually been around forever.

Các hạt nano vẫn luôn tồn tại.

You can find naturally occurring nanoparticles in geological formations

Bạn có thể tìm thấy chúng trong các cấu tạo địa chất

or in the aerosol particles that we breathe.

hoặc trong các hạt khí dung mà chúng ta hít thở.

But in the last few decades,

Nhưng trong vài thập kỷ qua,

scientists and engineers have gotten very excited about nanomaterials

các nhà khoa học và kỹ sư đã rất hào hứng với vật liệu nano

because we realized that as you shrink things down to the nanoscale,

vì chúng tôi nhận ra rằng khi bạn thu nhỏ mọi thứ xuống mức nano,

their chemical and physical properties can change drastically.

các đặc tính hoá học và vật lý của chúng thay đổi đáng kể.

For example, a material that's usually unreactive

Ví dụ, một vật liệu, bình thường không phản ứng,

when you shrink it down to the nanoscale

nhưng khi thu nhỏ xuống kích thước nano

can suddenly catalyze a whole host of chemical reactions.

có thể đột nhiên phản ứng hoá học.

Or a material that doesn’t usually conduct electricity, suddenly does.

Hoặc thông thường không dẫn điện, sẽ dẫn điện ở kích nước nano.

As scientists tune the size, shape and chemical composition of a material,

Ta điều chỉnh được kích thước, hình dạng và thành phần hóa học một vật liệu,

they can tune those chemical and physical properties.

và cả đặc điểm vật lý và hoá học của nó.

Nanoscience gives us a seemingly unlimited palette of accessible chemical

Công nghệ nano cho chúng ta một bảng màu không giới hạn về tính chất hoá học

and physical properties.

và tính chất vật lý.

I’m sure you can imagine how useful that can be.

Chắc chắn bạn có thể hình dung việc này hữu ích như thế nào.

And scientists have gotten very good

Và các nhà khoa học đã rất xuất sắc

at knowing exactly how to design nanomaterials

khi biết chính xác cách thiết kế vật liệu nano

to have the properties they want.

để có các đặc tính mà họ muốn.

We are in a perfect moment to take advantage

Chúng ta đang ở thời điểm hoàn hảo

of all of the hard-won knowledge

để tận dụng hệ thống kiến thức

that has been systematically gained in laboratories around the world.

đã tốn rất nhiều công sức của các phòng thí nghiệm trên thế giới.

And that’s already happening.

Và điều đó đã xảy ra.

You can find engineered nanoparticles in a range of products and applications,

Công nghệ nano được tìm thấy trong một loạt các sản phẩm và ứng dụng,

many of which are focused on some of our biggest sustainability challenges.

nhiều trong số chúng tập trung giải quyết vấn đề bền vững môi trường.

Personally, I like to work on the nanomaterials

Cá nhân tôi thích làm việc trên các vật liệu nano

that make up the core of lithium-ion batteries for electric vehicles,

tạo nên lõi của pin lithium-ion cho xe điện,

but you'll also find nanomaterials in water filtration technology,

nhưng bạn cũng sẽ tìm thấy vật liệu nano trong công nghệ lọc nước,

solar cells and even in clinical applications.

pin mặt trời và thậm chí trong các ứng dụng lâm sàng.

With all of that background,

Tôi xin phép giới thiệu

now let me tell you about some of the nanomaterials

về các loại vật liệu nano ứng dụng trong nông nghiệp

my research group is developing for agricultural applications.

do nhóm nghiên cứu của tôi phát triển.

In some ways, the nanoparticles seem very simple.

Theo một cách nào đó, phân tử nano rất đơn giản.

They're made of silica or SiO2 in chemistry language.

Về mặt hoá học, chúng được làm từ silic SiO2.

This is the same chemical composition that describes glass or sand.

Đây là thành phần hóa học trong thuỷ tinh hoặc cát.

And the simple choice was not an accident.

Không phải tình cờ khi nhóm tôi lựa chọn silic.

We wanted to work with Earth-abundant elements,

Chúng tôi muốn sử dụng nguyên tố dồi dào có sẵn.

and you can't do much better than silicon and oxygen on that front.

Silic và oxi là lựa chọn tốt nhất.

The researchers in my lab are very skilled at designing silica nanoparticles

Các nhà nghiên cứu của tôi rất tài tình khi kiểm soát được

with controlled size and surface chemistry.

kích thước và bề mặt hoá học của phân tử nano Silic.

We also work hard to control the pore structure,

Chúng tôi cố hết sức kiểm soát kết cấu các lỗ

because that determines the total surface area,

bởi vì nó quyết định tổng diện tích bề mặt,

as well as the strength of the bonds that hold the nanomaterials together.

cũng như độ bền của các liên kết nano.

That's because all of those factors are critically important for our end goal,

Tất cả các yếu tố này đều tối quan trọng vì mục tiêu của chúng tôi

which is to get these nanoparticles inside plants,

là đưa các hạt nano vào trong cây trồng

either by infiltrating seeds

hoặc là cấy vào hạt

or by allowing them to pass through pores on the leaf surface,

hoặc cho chúng xuyên qua các lỗ trên bề mặt lá.

and then, once they're internalized,

Một khi xâm nhập vào trong,

having them transformed to release a molecule

chúng sẽ biến đổi và giải phóng một phân tử

that the plant can use to protect itself from viruses, fungi or pest attacks.

giúp cây tránh khỏi vi-rút, nấm hoặc côn trùng gây hại.

In technical terms,

Về mặt kỹ thuật,

we want our silica nanoparticles to react with water in the environment

chúng tôi muốn các hạt nano silic phản ứng với nước trong môi trường

and dissolve to release a molecule called silicic acid.

và hòa tan để giải phóng phân tử axit silic.

You can think of silicic acid for plants

Vai trò của axit silic cho cây

like the multivitamin that you take every morning.

tương tự như bạn uống vitamin tổng hợp mỗi sáng.

Plants already contain silicic acid,

Cây sử dụng axit Silic

they use it to build their cell walls.

để xây dựng thành tế bào.

We want to deliver an extra boost of silicic acid,

Chúng tôi muốn cung cấp thêm axit silicic,

with the hypothesis that they'll build stronger cell walls

với giả thuyết rằng chúng sẽ xây dựng thành tế bào mạnh hơn

and boost their own immune response.

và tăng cường phản ứng miễn dịch của cây.

So now, hopefully you can see the whole picture.

Bây giờ bạn có thể nhìn thấy toàn bộ bức tranh.

We design silica nanoparticles with the right size,

Chúng tôi thiết kế các hạt nano silica với kích thước,

shape and surface chemistry to be taken up into a plant.

hình dạng và bề mặt hoá học phù hợp để đưa vào cây trồng.

We also design them so that once they're internalized,

Chúng tôi cũng thiết kế để một khi thẩm thấu,

they dissolve to release enough silicic acid

chúng hòa tan, giải phóng đủ axit Silic

that the plants live healthier and longer,

giúp cây khỏe mạnh và sống lâu hơn,

producing more food.

cung cấp nhiều lương thực hơn.

With all of that background,

Bây giờ xin phép giới thiệu

now, let me actually show you some of the nanoparticles that we're making

một số phân tử nano do chúng tôi tạo ra

and tell you about some of the early,

và chia sẻ kết quả khả quan

exciting results from greenhouse and field studies.

từ việc nghiên cứu nhà kính và cây trồng.

We've made many variations on the silica nanoparticle theme.

Chúng tôi đã tạo ra nhiều biến thể của hạt nano Silic.

Here you can see five electron microscope images

Đây là năm hình ảnh hạt nano Sillic

of silica nanoparticles we've made.

do chúng tôi tạo ra nhìn từ kính hiển vi điện tử.

All of them have the same scale bar, that’s just 100 nanometers.

Tất cả chúng đều cùng kích cỡ 100 nano mét.

And all of them are small enough to go into the pores on a leaf’s surface.

Và tất cả chúng đều đủ nhỏ để đi vào lỗ chân lông trên bề mặt lá.

Here you can see some of the silica nanoparticles we’ve designed

Như bạn thấy, nhiều hạt nano

with various pore structures.

có cấu trúc lỗ khác nhau.

The pore structure ends up being very important

Cấu trúc lỗ rất quan trọng

because the more water can react with the surface of the nanoparticle,

vì càng nhiều nước phản ứng với bề mặt của hạt nano,

the better it dissolves and the more silicic acid is released.

nó càng hòa tan tốt và giải phóng nhiều axit silicic.

Here you can see some nanoparticles we've designed

Một số hạt nano do chúng tôi tạo ra

to dissolve at different rates.

hòa tan ở các mức độ khác nhau.

And what you're looking at is a nice, solid nanoparticle at the beginning,

Cái bạn đang xem là một hạt nano rắn

before it's been exposed to water.

trước khi nó tiếp xúc với nước.

And then after eight, 16 and 24 hours,

Và sau 8, 16 và 24 giờ,

you can see those nanoparticles hollowing out,

hạt nano giãn tạo lỗ hổng

releasing lots of useful silicic acid.

giải phóng rất nhiều axit silicic có ích.

With all of these nanoparticles in hand,

Với chừng này lượng nano

we started working with colleagues

chúng tôi và các đồng nghiệp

within the NSF Center for Sustainable Nanotechnology

tại Trung tâm Công nghệ nano bền vững NSF

to start our first plant studies.

bắt đầu các nghiên cứu thực vật đầu tiên.

The initial studies were very simple,

Các nghiên cứu ban đầu rất đơn giản,

using watermelon seedlings in a greenhouse.

sử dụng hạt giống dưa hấu trong nhà kính.

Here's the experimental setup.

Đây là thiết lập thử nghiệm.

We had watermelon seedlings that were going to be planted

Chúng tôi trồng những hạt dưa hấu

either in healthy soil

hoặc là trên đất tốt

or soil infested with Fusarium, a fungal soil-borne pathogen.

hoặc đất bị nhiễm Fusarium, một mầm bệnh do nấm truyền qua đất.

Before planting them, we dipped them in our silica nanoparticles,

Trước khi trồng, chúng tôi nhúng chúng vào các hạt nano silica,

and then we allowed them to grow in the greenhouse.

và sau đó chúng tôi cho chúng vào nhà kính.

Of course, we also had a parallel set of plants

Tất nhiên, chúng tôi trồng những cây khác

that received no nanoparticles, growing in both healthy and diseased soil.

không được ngậm nano, ở cả đất tốt và đất nhiễm bệnh.

So the goal was to figure out

Mục tiêu là tìm ra

how that single application of silica nanoparticles

việc áp dụng các hạt nano Silic

impacted the plants growing in both healthy and diseased soil.

tác động ra sao đến cây trồng ở cả đất tốt và đất nhiễm bệnh.

And the results that we saw were really exciting.

Và kết quả rất thú vị.

We found that the plants that were growing in infected soil,

Những cây trồng có nano Silic

that had received that one dose of silica nanoparticles

sinh trưởng trong đất nhiễm bệnh

were 30 to 40 percent healthier than the ones that had not.

khoẻ hơn 30-40% so với những cây không nano.

With this exciting result,

Với kết quả thú vị này,

we decided to try some field studies using the same soil conditions

chúng tôi quyết định nghiên cứu thêm vài cây trong cùng điều kiện đất đai

and the same nanoparticle conditions.

và cùng điều kiện nano.

So we planted watermelon, either in healthy or infected soil,

Vì vậy, chúng tôi đã trồng dưa hấu, trong đất tốt và đất nhiễm bệnh,

and we allowed them to grow for 100 days.

và để chúng phát triển trong 100 ngày.

We tracked the fungal disease,

Chúng tôi đã theo dõi bệnh nấm

and we also measured the amount of fruit that was produced after 100 days.

và đo số trái dưa sau 100 ngày.

And what we found

Chúng tôi nhận thấy rằng

is that that one application of one to two milliliters of silica nanoparticles

khi sử dụng một đến hai mili lít phân tử nano

way back at the seedling stage,

ở giai đoạn cây con,

led us to a 70 percent increase in watermelon yield.

năng suất cây dưa hấu tăng tới 70%.

Ideally, none of the nanoparticles would end up in the fruit

Lý tưởng là không còn bất kì phân tử nano nào trong quả dưa

that people are going to eat.

khi người tiêu dùng ăn chúng.

So we analyzed the roots and the above-ground tissue

Vì vậy, chúng tôi đã phân tích rễ và mô trên mặt đất

and the edible fruit for any sign of silica nanoparticles.

và quả để tìm dấu hiệu của các hạt nano Sillic.

We saw no increased silicon in the edible watermelon fruit,

Chúng tôi thấy số lượng nano không tăng trong quả dưa

meaning that these nanoparticles did exactly what we designed them to do.

nghĩa là chúng đã làm chính xác như chúng tôi dự đoán.

Given the small amount of nanomaterials

Với số lượng nhỏ vật liệu nano

that we applied to each one of those plants,

mà chúng tôi sử dụng cho mỗi cây đó,

the cost per plant is only about two cents

chi phí chỉ khoảng hai xu cho mỗi cây

or 19 dollars for an acre.

hoặc 19 đô la cho một mẫu đất.

This is a cost-effective treatment.

Đây là một phương pháp ít tốn kém.

By adding 19 dollar's worth of nanoparticles

Bằng cách thêm các hạt nano giá 19 đô la

to the average fertilizer cost of 250 dollars,

vào trung bình 250 đô phân bón,

a farmer would yield thousands of dollars increase in fruit production.

một nông dân sẽ mang lại sản lượng trái cây tăng hàng nghìn đô la.

With these exciting results in hand,

Với những kết quả thú vị này,

we have a lot of other experiments planned and in progress.

chúng tôi có rất nhiều thí nghiệm khác được lên kế hoạch và đang tiến hành.

We want to do multiple applications of nanoparticles

Chúng tôi muốn tạo ra nhiều ứng dụng từ hạt nano.

and applications later in the growth process

và ứng dụng vào quá trình sinh trưởng

to see if that further increases our yield.

xem liệu có thể tăng thêm năng suất.

We want to do studies on soybean and wheat,

Chúng tôi muốn nghiên cứu đậu nành và lúa mì,

critical crops here in the Midwest and around the world.

những cây trồng chính yếu ở Trung Đông và trên thế giới.

Two researchers in my lab recently applied silica nanoparticles

Hai nhà nghiên cứu của tôi gần đây đã sử dụng hạt nano

to potato plants in the field.

cho cây khoai tây.

They're going to help harvest and analyze the results this fall.

Họ sẽ giúp thu hoạch và phân tích kết quả vào mùa thu này.

I hope that what you see is that this data is really compelling,

Tôi hy vọng rằng những dữ liệu ta có sẽ hữu ích,

and that nanoparticles have tons of potential to help decrease crop loss.

và các hạt nano có rất nhiều tiềm năng để giúp giảm mất mùa.

And I only told you about silica nanoparticles.

Đó là tôi chỉ mới trình bày về nano Silic.

I can imagine other important chemical compositions

Hãy tưởng tượng các chất hóa học quan trọng khác

and even parallel application like remediation of soil pollutants.

và thậm chí ứng dụng song song như xử lý ô nhiễm đất.

I ask you all to be open-minded about nanotechnology,

Hãy có cái nhìn tích cực về công nghệ nano,

encouraging funding agencies worldwide to invest.

kêu gọi các quỹ tài trợ trên thế giới đầu tư vào nó.

In the US,

Tại Hoa Kỳ, hãy kêu gọi

ask your senators and representatives

các thượng nghị sĩ và các đại biểu

to invest in the National Science Foundation,

đầu tư vào Quỹ Khoa học Quốc gia,

the National Institutes of Health and the US Department of Agriculture

Viện Y tế Quốc gia và Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ

for both basic and translational research.

cho các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứ ứng dụng.

I know farmers are already embracing advanced technology

Tôi biết nông dân đã áp dụng công nghệ tiên tiến

in terms of robots and drones and implant sensors.

như robot, máy bay không người lái và cảm biến cấy ghép.

I encourage them to embrace this advance as well.

Tôi mong họ chào đón sự tiến bộ này.

Now go back to imagining that you're that farmer

Hãy tưởng tượng bạn là người trồng trọt

and you've planted enough crops to feed your family for the coming year.

và bạn đã trồng đủ cây trồng để nuôi sống gia đình bạn trong năm tới.

You do all of the normal things, except this time,

Bạn làm mọi việc như bình thường, ngoại trừ lần này,

maybe you use seeds that were infiltrated with silica nanoparticles.

bạn sử dụng hạt giống chứa phân tử nano Sillic.

Or maybe you go through once

Hoặc bạn

and you spray silica nanoparticles onto your crops.

phun các hạt nano Sillic lên cây trồng của mình.

As these tiny nanoparticles deliver a big boost of silicic acid

Những phân tử nano nhỏ bé

from the inside,

giải phóng axit Sillic,

your plants overcome disease, and your family is fed.

cây trồng chống chọi được bệnh, và gia đình đủ ăn.

Let's use all of the hard work

Hãy tận dụng

that has been done on basic nanotechnology research

các thành quả của công nghệ nano

to feed our global family for years to come.

để sản xuất đủ thực phẩm cho các gia đình trên thế giới.

Thank you.

Cảm ơn bạn.

(Applause)

(Vỗ tay)