Invenção brasileira: nanotecnologia melhora a germinação de sementes de soja
Pesquisa da USP desenvolveu nanofibras curtas modificadas com compostos bioativos que contribuem para maior eficiência nas plantações
Com a demanda global por soluções sustentáveis que aumentem a produtividade agrícola, as nanociências se destacam como possibilidade de desenvolver técnicas para otimizar o setor. Um estudo com pesquisadores da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP) da USP utilizou a nanotecnologia para revestir sementes de soja, maior commodity do País, com compostos de interesse agropecuário. O processo de dispersão das nanofibras curtas de acetato de celulose em água, bem como sua aplicação por pulverização em sementes, representa uma das inovações da pesquisa, que levou a um pedido de patente de criação por seu potencial impacto na área.
Paulo Augusto Marques Chagas, pós-doutorando na FCFRP com formação em Engenharia Biotecnológica pela Universidade Estadual de São Paulo (Unesp), explica que as nanofibras são estruturas com comprimento muito maior que seu diâmetro, que se encontra na escala nanométrica, e podem ser produzidas pela técnica de eletrofiação – processo que utiliza alta voltagem para transformar uma solução polimérica em uma manta formada por essas nanofibras.
Os compostos de interesse do estudo são inseridos na solução visando ao crescimento e desenvolvimento das plantas, nesse caso sendo as nanopartículas de óxido de zinco e o ácido giberélico, fitormônio importante para os vegetais. “Utilizar a nanotecnologia através do sistema de liberação das nanofibras curtas na água é o coração da pesquisa. Conseguimos agora aplicar de uma forma diferente essa tecnologia, de maneira a chegar no agricultor como produto”, afirma.
Paulo Augusto Marques Chagas – Foto: LinkedIn
As nanofibras são obtidas a partir da dissolução do acetato de celulose, polímero utilizado na preparação da solução polimérica empregada na eletrofiação. Após a formação dessa solução, são adicionados os compostos bioativos (substâncias orgânicas encontradas em pequenas quantidades em alimentos – como frutas, vegetais e nozes – que trazem efeitos benéficos à saúde) de interesse que passam a ser incorporados à membrana de nanofibras formada durante o processo. Posteriormente, essa membrana é submetida à fragmentação mecânica, permitindo a obtenção de nanofibras curtas, que podem ser dispersas em água e aplicadas por pulverização sobre as sementes.
Diferentemente das técnicas convencionais de revestimento de sementes, as nanofibras com estrutura curta são dispersíveis em água, o que permite a liberação controlada dos compostos ativos próximos às sementes durante a germinação. Assim, após a fragmentação do tecido polimérico, os cientistas adicionaram as nanofibras em um frasco com água e pulverizaram o conteúdo sobre os grãos.
O encapsulamento de sementes com nanotecnologia é realizado por meio de diversas etapas, garantindo maior proteção e eficiência no desenvolvimento das plantas – Foto: Retirada do artigo
Da semente à planta
As sementes foram germinadas em placas de petri contendo papel para germinação, um substrato especializado de celulose, neutro e altamente absorvente, projetado para fornecer umidade e aeração ideais para grãos. Ao longo de sete dias, uma solução de nanofibras foi aplicada diariamente nas 100 sementes que compunham o experimento. Em ambiente controlado, os resultados indicaram melhora no processo de germinação, com maior desenvolvimento das plântulas – plantas jovens que emergem da semente após a germinação e formação de raízes secundárias.
Chagas ressalta que além da análise da germinação e crescimento das plantas, a toxicidade também entrou na equação. Esse critério é necessário pois a adição do ácido giberélico e das nanopartículas de óxido de zinco em valor e distribuição não controlada pode afetar o crescimento e até intoxicar o grão. “Se utilizarmos uma concentração superior a ótima das nanopartículas, elas acabam se aglomerando e perdem a eficiência que esperamos delas. Os parâmetros da solução devem ser otimizados para manter as fibras na escala nanométrica e assim manter as vantagens da nanotecnologia”, diz.
A avaliação de toxicidade foi realizada com base na germinação das sementes e no desenvolvimento das raízes secundárias. Quando a semente não germina ou apresenta deformações visíveis, o tratamento pode indicar efeito tóxico. No estudo, não foram observados sinais expressivos de toxicidade, o que sugere boa compatibilidade dos compostos bioativos com as sementes e resultados promissores para a aplicação proposta.
Comprimento médio das plantas e a porcentagem de germinação para esses tratamentos ao longo do experimento – Foto: Retirada do artigo
Segundo o cientista, uma das maiores dificuldades durante a pesquisa foi encontar o equilíbrio entre os parâmetros do processo de eletrofiação do acetato de celulose, do ácido giberélico e das nanopartículas de óxido de zinco. Ele havia trabalhado anteriormente com as nanofibras aplicadas à filtração de alta performance para mitigação e detecção de poluentes, realizando também o processo de eletrofiação e segmentação em nanofibras curtas pela Universidade Federal São Carlos (UFSCar) no Laboratório de Controle Ambiental (LCA), coordenado pela Profa. Mônica Lopes Aguiar. Para o atual estudo, o pesquisador fez uso das tecnologias desenvolvidas nas partículas em escala nanométrica, incorporando a inovação do encapsulamento e o sistema de liberação.
A primeira inovação desenvolvida está licenciada com patente pela InNanoTecnologia, startup fundada por Chagas. Os resultados alcançados no estudo da germinação de soja também deram origem à escrita de um pedido de patente relacionado ao sistema de dispersão das nanofibras curtas e à sua aplicação nos grãos, o qual será submetido para avaliação pela Agência de Inovação da UFSCar.
A repercussão positiva do trabalho, tanto na publicação do artigo científico quanto no pedido de patente, será explorada em uma segunda fase do projeto Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (Pipe), da Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (Fapesp). A pesquisa recebeu auxílio da Fapesp no projeto Pipe, para a fundação da startup.
De acordo com o pesquisador, a fundação já indicou o interesse em fomentar uma segunda fase do projeto. A fase 2 aprimoraria a inovação, como mensurar a quantidade, tempo e modelo de aplicação, regularizar o composto para entender a categoria em que ele se encaixa, entre outros fatores que “transformem o invento com cara de produto para atingir o mercado”. A técnica de encapsulamento pode também ser testada em outros tipos de sementes, diversificando sua aplicação.
O artigo Enhanced soybean seed germination through a bio-based and easy-to-apply short cellulose acetate nanofiber delivery system foi publicado na revista Reactive and Functional Polymers. O professor Wanderley Pereira de Oliveira, coordenador do Laboratório de P&D em Processos Farmacêuticos (Laprofar) da FCFRP, também participou do estudo.
Matéria: Luana Mendes | Jornal da USP.