Snarare, det är Harpers arbete i laboratoriet som länkar henne till jorden.
En vetenskapsman vid Oregon State University i Corvallis, Harper forskar ihärdigt om små, människotillverkade ämnen som kallas nanopartiklar, med målet att identifiera vilken som kommer att vara en välsignelse och vilken en bana för bönder, konsumenter och miljön. Nanopartiklar, som är storleken på molekyler, används redan i allt från solskyddsmedel till biomedicinska apparater. Deras ringa storlek gör dem effektiva, men också oförutsägbar. Det är det som oroar Harper:De första nanoformuleringarna av bekämpningsmedel tar sig lugnt in på jordbruksmarker, och hon vill veta vad som händer härnäst.
En ingenjör såväl som en toxikolog, Harper har ett unikt perspektiv. Hon tror att nanoteknik kan hjälpa till att revolutionera jordbruket precis som det har medicin. Men hon ser såväl potentialen som riskerna med nanobekämpningsmedel. "Jag tror att de allra flesta nanobekämpningsmedel inte kommer att vara giftiga" - eller, åtminstone, inte giftigare för icke-målorganismer än nuvarande bekämpningsmedel, säger Harper. "Vi behöver bara ett sätt att identifiera den handfull som kan vara farlig."
Genom att krympa storleken på enskilda nanopesticiddroppar, Det råder bred enighet — från industri till akademi till Naturvårdsverket — att den totala mängden gifter som sprayas på jordbruksmarker skulle kunna minskas avsevärt. Mindre droppar har en större total yta, vilket ger överlag större kontakt med skadedjur. Också, dessa små partiklar kan konstrueras så att till exempel, ett fysiskt skal som kallas en kapsel kan bättre motstå nedbrytning i miljön, ger ett längre skydd än konventionella bekämpningsmedel. Men det skalet kan förändra vad som hade varit förutsägbara fysiska egenskaper, som hur lösligt bekämpningsmedlet är i vatten.
Och Harper är också väl medveten om att de unika fysiska egenskaperna hos nanoskalan ifrågasätter partiklarnas miljööde. När de väl sprayas på åkrar, kommer de att klumpa sig på grödor eller glida genom jorden till vattendrag? Mest oroande, Harper undrar om de lätt kommer att tas upp av organismer som inte är skadedjur (som bin eller fiskar), och hur länge de kommer att finnas kvar i miljön - egenskaper som kan förändras radikalt med storleken. "Vi vet bara inte, " hon säger.
"Potentialen för nanoaktiverade bekämpningsmedel är otrolig, men det är fortfarande en dröm för tillfället, säger Sonny Ramaswamy, chef för USDA:s National Institute of Food and Agriculture. Och drömmen går utöver bekämpningsmedel. Han beskriver planer på sensorer i nanostorlek som kan upptäcka lågt kväve och skicka ett meddelande till en bondes mobiltelefon eller nanosensorer i livsmedelsförpackningar av plast som lyser när de kommer i kontakt med listeria eller salmonella. "Bekymmer är att det kan finnas oavsiktliga konsekvenser förknippade med nanopartiklar - det är den stora frågan som federala myndigheter tittar på, " han lägger till. "Människor som Stacey Harper tillhandahåller den där ypperliga servicen för att se till att vi tar itu med eventuella oavsiktliga konsekvenser."
"Potentialen för nanoaktiverade bekämpningsmedel är otrolig, men det är fortfarande en dröm för tillfället."
Harper minns första gången hon hörde termen "nanoteknik". Det var ett decennium sedan under ett möte på U.S. Environmental Protection Agency i Las Vegas, där hon arbetade som postdoktorand. Hennes team fick i uppdrag att bedöma hälsoriskerna med nanomaterial. "Den stora diskussionen var "vad är de och varför är vi oroliga för dem, ’” minns hon.
Fascinerad, Harper duva all-in, inledningsvis med fokus på biomedicinska tillämpningar såsom guldnanopartiklar som används för att rikta läkemedelsleveransen (en av de första produkterna som anammade tekniken). Miljömedvetna företag översvämmade snart hennes labb med produkter - allt från solskyddsmedel till aknemedicin till föreningar som bekämpar meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA, en köttätande bakterie) — för feedback om säkerhet. Hon insåg snart att med denna nya teknik, ett oändligt antal nanopartikeltyper kan skapas, och att traditionella riskbedömningsmetoder, som skulle testa enskilda nanopartiklar, skulle inte hänga med i utmaningen. "Det handlar verkligen om att ta reda på vilka fysiska eller strukturella egenskaper som skulle göra en nanopartikel giftig jämfört med andra, " hon säger.
Att hitta dessa svar har varit allt annat än lätt. Ett problem är bristen på finansiering. Under de senaste 13 åren, den amerikanska regeringen har kanaliserat miljarder till National Nanotechnology Initiative (NNI), ett samordnat FoU-program som sträcker sig över 20 federala avdelningar och byråer och syftar till att stimulera nanoteknik över sektorer. 2008, NNI tog ett steg utan motstycke och började också finansiera forskning om miljö och säkerhet. "Behovet av att bedöma nya tekniska risker är en av lärdomarna från GM (genetisk modifiering av livsmedel) motreaktionen, säger Harper. Än så länge, dock, den lilla del av dessa pengar som är tillgängliga för risktester har till stor del fokuserat på arbetare som kan andas in nanopartiklar.
Forskare insåg att de behövde snabbare, effektivare sätt att bedöma riskerna med nanopartiklar. Harper, till exempel, utvecklat ett test för att bedöma toxiciteten hos nanomaterial på zebrafisk, en akvatisk version av en labbråtta, en som kan informera om effekter på människors hälsa och miljön. Ramaswamy kallar det "ett riktigt coolt modellsystem."
"Av de hundratals nanotekniska föreningar vi har testat, bara ett fåtal hissar röda flaggor, säger Harper. "Det handlar ofta om huruvida partikelns ytkemi har en övergripande positiv laddning, "betyder, till exempel, att de kunde attraheras av negativt laddade cellmembran om de kom in i människokroppen. För att hålla reda på de problemskapande nanofunktionerna, hon hjälpte till att skapa en internationell databas över de fysiska strukturerna och deras toxicitet. Målet är att bestämma vilka nanopartikeldesigner som bör undvikas, dela sedan den informationen med industrin.
Det var Harpers man och nuvarande labbchef, Bryan, som riktade hennes uppmärksamhet mot miljöpåverkan av nanobekämpningsmedel. För flera år sedan, han arbetade på National Pesticide Information Center (NPIC), en federalt finansierad hotline på OSU:s campus som hanterar allmänhetens frågor om hälsorisker för bekämpningsmedel. Bryan blev överraskad när det började komma in samtal för att söka information om miljöriskerna med nanosilver, det första nanobekämpningsmedlet som kommit ut på marknaden. Det är en antibakteriell förening som används i ett brett utbud av konsumentprodukter, från kläder till kosttillskott.
Naturligtvis, han bad sin fru om input. Hon kunde inte hitta något om riskerna i den vetenskapliga litteraturen. "Nanobekämpningsmedlens miljööde är ett stort, svart hål, säger Bryan. För att hjälpa till att fylla det tomrummet, Harper och kollegor fick nyligen finansiering för att avgöra hur första generationens jordbruksnanobekämpningsmedel skulle röra sig genom mark och vatten, och om de oavsiktligt kan skada fisk eller bin.
För att testa dessa scenarier, Harper skapade "ekosystem i nanostorlek" för att testa hur dessa föreningar rör sig genom sin miljö och interagerar med fauna. I hennes labb, till exempel, plastbehållare som bara rymmer några gram jord står över kvartsstora behållare som innehåller embryonala zebrafiskar. Teamet applicerar bekämpningsmedel på jorden och registrerar sedan antalet missbildningar i zebrafiskembryona. Harpers OSU-kollega, Louisa Hooven, kommer snart att påbörja ett experiment för att se om flygsprayer av nanobekämpningsmedelsformuleringar kommer att påverka hur bin transporterar pollen till sina bikupor. Teamet förväntar sig att publicera sina resultat i slutet av året.
Men att testa är inte så lätt som det låter. Eftersom den aktiva ingrediensen i en given bekämpningsmedel sannolikt kommer att vara en redan godkänd kemikalie, bekämpningsmedelsföretag behöver inte testa en version i nanostorlek. Harper har stött på tillräckligt många väggar för att hon tvivlar på att bekämpningsmedelsföretag frivilligt kommer att dela med sig av sina föreningar, eller till och med om deras produkter innehåller nanopartiklar eller inte.
Så hon började ta bort jordbruksbekämpningsmedel från hyllan för att se om några redan innehåller nanostora partiklar, som, per definition, skulle göra dem till nanoaktiverade bekämpningsmedel. "Stacey är envis, ” säger NPIC-chefen David Stone, som var medförfattare till ett papper från 2010 tillsammans med Harper som förklarade varför "business-as-usual-registrering av bekämpningsmedel" inte kommer att fungera på nanoskala. "Hon har många hästkrafter och kreativa idéer, " han säger, och tillägger att hon är en av få forskare som kommer att testa produkter som redan finns på marknaden.
En första skanning avslöjade att 90 procent av dussinet bekämpningsmedelsprodukter Harper och hennes kollegor har testat innehåller partiklar i nanoskala. Nu måste hon avgöra om nanopartiklarna är en aktiv ingrediens, en kemisk stabilisator eller helt enkelt en godartad komponent som har funnits i bekämpningsmedel hela tiden, osedd tills nyligen.
"Nanobekämpningsmedlens miljööde är ett stort, svart hål."
"Det görs väldigt lite miljööde och transporttester av nanopartiklar, säger Jennifer Sass, en senior forskare fokuserade på reglering av giftiga kemikalier vid Natural Resources Defence Council. "Det är dyr forskning, och där företag kan ha samlat in vissa miljöövervakningsdata, de inte har något intresse av att göra den informationen offentlig, ” tillägger hon.
Men Harper vet att det inte kommer att dröja länge innan tillverkarna går längre än att bara krympa bekämpningsmedel till nanoformuleringar. Hon förväntar sig att se multifunktionella nanobekämpningsmedel - till exempel, produkter utrustade med biosensorer som kan upptäcka skadedjur innan den aktiva ingrediensen släpps - inom de närmaste 10 åren. Den hastighet med vilken tekniken går framåt stärker bara hennes beslutsamhet att snabbt svara på dessa frågor.
Reser över kullarna från Alsea till Willamette-dalen varje morgon, hon och hennes man får ibland en skarp påminnelse om att deras forskning kan hjälpa till att hitta hållbara sätt att minska behovet av så många sprayer. "Vi kan känna lukten av svampmedel och bekämpningsmedel som appliceras på åkrar, " hon säger. "Ju mer tid du spenderar på att njuta av det vackra landet här, ju mer du vill skydda den."
Denna berättelse producerades av Food and Environment Reporting Network, en oberoende, ideell nyhetsorganisation med fokus på mat, lantbruk, och miljöhälsa.
Rättelse:Den här artikeln identifierade felaktigt MRSA som ett köttätande virus. Det är en köttätande bakterie.
