Otimização de suprapartículas como potencial sistema para a liberação de zinco

Abstract

Alguns dos diversos campos da nanotecnologia apresentam-se como uma ferramenta inovadora para a agricultura, através da formulação de nanofertilizantes, nanoherbicida, entre outros sistemas nanoparticulados, que aumentam a eficiência na entrega de ativos; o aprimoramento das nanopartículas (NPs) permitiu a criação de suprapartículas (SPs), as quais são superestruturas formadas por um aglomerado de nanopartículas, de tamanho micrométrico a milimétrico, que retêm as características das nanopartículas, além de possuírem propriedades exclusivas, tais como acoplamento, sinergismo e co-localização. A construção dessas partículas demanda o equilíbrio das forças intermoleculares entre as nanopartículas e a cinética dos processos de automontagem, a fim de garantir maior adesão entre as NPs e uma morfologia mais esférica das SPs. Para isso, podem ser utilizados biopolímeros, como as nanofibras de celulose (NFC), que atuam como ancoradoras das NPs. Neste sentido, o presente trabalho visou o preparo e caracterização de nanopartículas, para a construção de suprapartículas, com e sem a adição de nanofibras de celulose, avaliando seu comportamento em água e a mobilidade no solo, visando a obtenção de um material para a liberação de zinco, e outros insumos agrícolas. Assim, nanopartículas de óxido de zinco (NPs ZnO) foram sintetizadas e demonstraram boa estabilidade físico-química, com tamanho inferior a 20 nm, e foram utilizadas para a síntese de suprapartículas, das quais algumas continham nanofibras de celulose. Com isso, obteve-se um sistema potencializado de suprapartículas de NPs ZnO contendo nanofibras de celulose, com morfologia esférica e tamanho de 0,9 mm, com capacidade de liberação mais gradual, próxima a 3%, diferentemente do sistema com NPs e SPs ZnO que apresentaram uma taxa de liberação mais rápida próxima, próxima de 7%. Os tratamentos com NPs e SPs não demonstraram toxicidade para os micro-organismos do solo em comparação ao controle, evidenciando taxas superiores a 4 mg CO2/kg ss/h, em especial o sistema com o biopolímero, que demonstrou uma interação favorável entre as SPs ZnO e as NFC em relação à microbiota. Ademais, o presente trabalho trouxe avanços no desenvolvimento de suprapartículas voltadas à liberação de zinco, contribuindo para o desenvolvimento de uma agricultura mais sustentável, visando alcançar um dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável, que visam fome zero e agricultura sustentável.

Several fields of nanotechnology present themselves as an innovative tool for agriculture, through the formulation of nanofertilizers, nanoherbicides, and other nanoparticulate systems that increase the efficiency in the delivery of active ingredients. The improvement of nanoparticles (NPs) has allowed the creation of superparticles (SPs), which are superstructures formed by an agglomeration of nanoparticles, ranging in size from micro to millimeters, that retain the characteristics of nanoparticles, in addition to possessing unique properties such as coupling, synergism, and co-localization. The construction of these particles demands the balance of intermolecular forces between the nanoparticles and the kinetics of the self-assembly processes, to ensure greater adhesion between the NPs and a more spherical morphology of the SPs. For this, biopolymers, such as cellulose nanofibers (CNFs), can be used, acting as anchors for the NPs. In this sense, the present work aimed at the preparation and characterization of nanoparticles for the construction of supraparticles, with and without the addition of cellulose nanofibers, to evaluate their behavior in water and mobility in soil, aiming at obtaining a material for the release of zinc and other agricultural inputs. Thus, zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) were synthesized, demonstrating good physicochemical stability, with a size smaller than 20 nm, and were used for the synthesis of supraparticles, some of which had cellulose nanofibers added. This resulted in a potentiated system of ZnO NP supraparticles containing cellulose nanofibers, with a spherical morphology and a size of 0.9 mm, with a more gradual release capacity, close to 3%, unlike the system with ZnO NPs and SPs which presented a faster release rate close to 7%. Treatments with NPs and SPs did not demonstrate toxicity to soil microorganisms compared to the control, showing rates greater than 4 mg CO2/kg dry matter/h, especially the system with the biopolymer, which demonstrates a favorable interaction between the ZnO SPs and the NFCs in relation to the microbiota. Furthermore, this work brought advances in the development of superparticles aimed at zinc release, contributing to the development of more sustainable agriculture, aiming to achieve one of the Sustainable Development Goals, which aim for zero hunger and sustainable agriculture.