Application of nanotechnologies in aquaculture

Nanotechnology has a great potential to create new materials with enhanced properties through the control and manipulation of the matter at the atomic and molecular level. Nanoparticles (NPs) play an important role in nanotechnology advances, unique NPs characteristics have accelerated the growth in the production of nanoscale materials and the rapid increase of their application in many areas. The major advantages of NPs are represented by their small size and high surface/volume ratio, which make them the key promoters of several industries and research sectors growth. Aquaculture represents the fastest growing food-producing sector in the world and significantly contributes to the world’s supply of fish for human consumption. In order to guarantee a sustainable growth that meets the global needs, aquaculture activity has to overcome some disadvantageous aspects deriving from its own practices, such as the high number of organic compounds in untreated wastewater, the large use of antibiotics and the proliferation of disease vectors. Nanotechnology application could offer different solutions to solve such issues and ensure the sustainable development of aquaculture activity. Thanks to a multidisciplinary approach that includes molecular, chemical and microscopy analysis, this study was able to test the innovative and safe application of two different types of nanotechnology on different aquaculture aspects. Different model organisms (Danio rerio, Sparus aurata, Aedes aegypti, and Escherichia coli) were chosen as the most relevant and useful species to the present research. This doctoral thesis highlighted at first, the great versatility and the safe application of these two types of nanomaterial to solve different aquaculture problems. All the experiments were conducted in a controlled aquatic environment laying the foundations for future studies aiming to a practical consequence in aquaculture activity.

Le nanotecnologie possiedono un vasto potenziale nella produzione di materiali con nuove ed uniche proprietà attraverso il controllo e la manipolazione della materia su scala atomica e molecolare. Le nanoparticelle giocano un ruolo importante nello sviluppo della nanotecnologia, grazie alle loro caratteristiche uniche hanno favorito la crescita nella produzione di materiali su nanoscala e il loro impiego in molteplici settori. I principali vantaggi derivanti dall’uso delle nanoparticelle sono rappresentati dalle loro ridotte dimensioni ed il loro elevato rapporto superficie/volume che le rendono promotori chiave nella crescita di molti settori industriali e di ricerca. L’acquacoltura rappresenta il settore in più rapida crescita nell’industria alimentare a livello mondiale, contribuendo in modo significativo alla fornitura mondiale di pesce per il consumo umano. Per garantire una crescita sostenibile in grado di soddisfare le richieste del mercato globale, l’acquacoltura deve superare gli aspetti negativi legati alla sua stessa attività tra i quali, l’elevata concentrazione di composti organici nelle acque reflue non trattate, l’uso diffuso di antibiotici e la proliferazione di alcuni vettori di malattie. L’utilizzo delle nanotecnologie potrebbe offrire diverse soluzioni per risolvere tali problematiche permettendo uno sviluppo sostenibile dell’attività di acquacoltura. Grazie ad un approccio multidisciplinare che include analisi molecolari, chimiche e microscopiche, questo studio è stato in grado di testare l’utilizzo sicuro e innovativo di due diversi tipi di nanoparticelle in diversi settori dell’acquacoltura. Sono stati scelti diversi organismi modello (Danio rerio, Sparus aurata, Aedes aegypti e Escherichia coli) considerati come le specie più rilevanti ed utili per questa ricerca. Questa tesi di dottorato, ha evidenziato sia la grande versatilità sia il sicuro impiego di questi due tipi di nanomateriali per la risoluzione di diverse problematiche legate all’attività dell’acquacoltura. Tutti gli esperimenti sono stati condotti in ambiente controllato e ponendo le basi per studi futuri e possibili applicazioni pratiche nel settore dell’acquacoltura.