Foto: Edilson Gabriel

A nanotecnologia aplicada ao desenvolvimento de sensores já demonstrou, através dos resultados da língua eletrônica, que pode contribuir para avanços da análise sensorial e do monitoramento da qualidade de produtos agropecuários, tais como alimentos, bebidas, óleos e biocombustíveis; além de permitir detecção de contaminantes orgânicos e inorgânicos em solo e água.

A razão para o sucesso dos sensores de filmes nanoestruturados está na capacidade de controlar, em nível molecular, as propriedades dos filmes. Devido à ultrafina espessura do filme e sua grande área superficial, ocorre um contato íntimo entre as moléculas do filme sensor e o analito. Existem várias técnicas que podem ser utilizadas para a produção de filmes nanoestruturados de materiais orgânicos, tais com a de Langmuir-Blodgett (LB), automontagem e eletroquímica.

A técnica de automontagem, por exemplo, é excelente para a imobilização de biomoléculas porque a atividade biológica é preservada. Isso se deve à possibilidade de controle da arquitetura molecular do filme, além de as condições de fabricação são amenas em termos de temperatura e pH, adequadas para biomoléculas.

Com isso, biossensores têm sido fabricados com a imobilização de enzimas e outras proteínas, com alta sensibilidade, pois são exploradas interações específicas de reconhecimento molecular do analito. Diante da vasta gama de aplicações desses sensores no agronegócio, este projeto objetiva oferecer soluções inovadoras de análises pertinentes às seguintes áreas do setor: meio ambiente; qualidade de produtos alimentícios, óleos vegetais para a produção de biodiesel.


Planos de Ação:
• Sensores para solo e água
• Sensores para alimentos
• Biossensores e Imunossensores

Foto: Denis Coelho

Filmes processados a partir de polímeros naturais não tóxicos e de polpas de frutas e legumes têm sido avaliados como uma nova categoria de materiais de alto potencial para o processamento de bioplásticos, para a elaboração de filmes finos de usos diversos, para uso como revestimentos protetores comestíveis sobre frutos e legumes, principalmente produtos minimamente processados e no desenvolvimento de embalagens ativas e inteligentes. Além de constituírem de fonte renovável de matéria prima, representam um avanço no que diz respeito à biodegradabilidade, reduzindo impactos ambientais, com eficiências muitas vezes superiores aos materiais sintéticos de uso corrente na indústria de alimentos.

Através do uso de ferramentas de nanomanipulação, as características estruturais desses materiais podem ser alteradas em nível molecular para que pesquisas específicas possam ser conduzidas definindo novos produtos e novas aplicações de interesse agroindustrial. O objetivo é fazer uso de materiais hidrofílicos ou hidrofóbicos (proteínas, polissacarídeos, amidos, polpa de frutas, etc.), assim como suas associações à nanofibras e nanopartículas e demais compostos, como a própolis, no desenvolvimento de estruturas nanocompósitas, comestíveis e de razoável resistência mecânica para uso em sistemas de conservação de armazenamento. A incorporação de agentes funcionais, também torna esses materiais ativos, respondendo a alterações microbianas e de maturação, tornando-os interessantes no desenvolvimento de embalagens ativas. Deverão ser avaliadas imobilizações sobre superfícies poliméricas e metálicas.

Espera-se é que em um breve futuro, uso de nanomaterias biodegradáveis, seja como embalagens ou como revestimentos comestíveis torne-se uma rotina em procedimentos de conservação de frutas e legumes, para uso na preservação no transporte e no comercio, ou como agente de identificação de sanidade e qualidade, indicativos ao consumo humano. Este Projeto Componente integra as ações do MP1 em Nanotecnologia e tem por base toda uma experiência de sucesso conseguida nesta área durante a vigência da primeira fase deste MP1 (2006-2010). A segunda fase desta rede de pesquisa inova com ações complementares e mais complexas, que não foram inicialmente contempladas.


Planos de Ação:
• Filmes e revestimentos comestíveis
• Desenvolvimento e caracterização de bioplasticos funcionais a partir de fontes naturais de polissacarídeos e proteínas
• Embalagens Ativas
• Revestimento em Flores

Foto: Denis Coelho

Há um grande interesse mundial no desenvolvimento de tecnologias inseridas no conceito de "química verde" que possibilitem a utilização de produtos de menor impacto ambiental. Na busca por processos químicos e produtos que levem a um ambiente mais limpo, saudável e sustentável, destaca-se a aplicação de recursos naturais na preparação de novos materiais. Questões relevantes como a biodegradabilidade e o uso de fontes renováveis são consideradas primordiais para garantir a preservação ambiental e proporcionar um melhor padrão de vida à sociedade. Nesse contexto, os compósitos biodegradáveis, produzidos a partir de produtos e subprodutos agropecuários, têm atraído o interesse de muitos pesquisadores. Dentre as pesquisas nesta área, as que avançam na busca de propriedades especiais e controláveis no nível molecular vêm se destacando devido ao seu enorme potencial de aplicação nos mais variados setores industriais e ao impacto que seus resultados podem dar ao desenvolvimento tecnológico, econômico e ambiental (DURAN, 2006).

A nanotecnologia permite aplicar conceitos associados ao comportamento da matéria em dimensões próximas à dimensão atômica a novos produtos. É uma área portadora de futuro que tem se destacado pela imensa permeabilidade em temas relacionados desde a Física e Química até a Biologia e Agronomia. Os bionanocompósitos contendo nanopartículas atraem atenção para uma ampla faixa de aplicações, notadamente para aquelas em que um melhor desempenho mecânico e uma maior estabilidade térmica são desejáveis. Isso ocorre porque, mesmo em baixas concentrações, a incorporação de nanopartículas a matrizes poliméricas resulta em uma grande área interfacial matriz/agente de reforço, que reduz a mobilidade molecular das cadeias poliméricas e, conseqüentemente, melhora as propriedades térmicas e mecânicas do material (ALEXANDRE; DUBOIS, 2000; ANGLÈS; DUFRESNE, 2001; FISCHER, 2003; LJUNGBERG et al., 2005; OKSMAN et al., 2006). A modificação química controlada de superfícies representa outra relevante estratégia para inserir características diferenciadas a novos materiais. Em particular, a modificação química buscando conferir hidrofobicidade a polímeros naturais tem sido investigada com o objetivo de preparar superfícies compatíveis com meios apolares.

No âmbito da Embrapa, uma enorme quantidade de estudos vem sendo feita no sentido de concretizar as novas idéias que surgem no domínio dos novos materiais e da nanotecnologia. De igual importância é a atenção dada às alternativas que utilizem fontes renováveis e valorizem resíduos em geral. Um dos avanços aqui propostos consiste em incorporar novos processos de obtenção de nanoestruturas de celulose em substituição aos processos puramente químicos, explorados na primeira fase da Rede AgroNano. As pesquisas envolvendo nanocelulose em todo mundo ressaltam os benefícios ambientais associados a reduções na quantidade de material e energia resultantes do uso de processos físicos, mecânicos e enzimáticos.

Este projeto componente integra a Rede AgroNano no sentido de avançar no entendimento da relação estrutura-propriedade e desenvolver produtos e processos com potencial inovador e competitivos para um mercado promissor. Nesse contexto, objetiva-se desenvolver bionanocompósitos à base de fontes renováveis, utilizando a nanotecnologia e técnicas de caracterização avançadas. Este projeto é constituído por cinco Planos de Ação (PA). O projeto foi estruturado com o objetivo de desenvolver bionanocompósitos de alta tecnologia, a partir de produtos e subprodutos agropecuários, agregando valor a diferentes cadeias produtivas. Como fruto da proposta, espera-se obter diferentes produtos: nanoestruturas de celulose, biofilmes nanoestruturados e compósitos biodegradáveis. As ações aqui desenvolvidas possibilitarão ainda o conhecimento das potencialidades de novas fontes renováveis e alguns resíduos no campo da biotecnologia/bioprocessos.


Planos de Ação:
• Extração e caracterização de nanoestruturas de fontes renováveis
• Preparação de materiais poliméricos a partir de fontes renováveis
• Produção de plásticos biodegradáveis para produtos descartáveis
• Produção de nanocompósitos de interesse para o agronegócio

Foto: Edilson Gabriel

O desenvolvimento de novos materiais é chave para a consolidação de produtos e processos inovadores em todas as áreas de produção tecnológica, incluindo-se o agronegócio. Desta vertente, tanto interessam os novos materiais possivelmente obtidos de produtos agrícolas como aqueles destinados ao desenvolvimento de novos processos e produtos de base agrícola. Destes novos materiais aplicados, muitos -- como nanopartículas oxidantes, sistemas meso e nanoporosos, entre outros -- se destinam a múltiplas aplicações.

Assim, é possível utilizar, por exemplo, a mesma classe de material nanoporoso para filtração de água ou liberação controlada de um feromônio. Portanto, são necessários além de esforços no desenvolvimento de novos materiais, trabalhos objetivos destinados à adequação destes em aplicações específicas, como a racionalização da aplicação de insumos, a conversão de produtos agrícolas (particularmente em agroenergia), o tratamento de efluentes gerados destes processos e a valorização de produtos agroflorestais. Desta forma, este Projeto Componente agrega atividades em seis Planos de Ação a fim de atender estas demandas.

Será estudada a produção de nanocompósitos, sistemas meso e nanoporosos e nanocápsulas para a liberação controlada de defensivos agrícolas, semioquímicos, fármacos veterinários, suplementos nutricionais animais, fertilizantes orgânicos, além de princípios ativos da biodiversidade amazônica -- desta forma, valorizando a produção característica amazônica; serão estudados nanomateriais para a catálise em processos de produção de biodiesel, etanol celulósico e purificação de biogases; serão estudados materiais para sistemas aplicados à descontaminação de águas, por catálise oxidativa ou nanofiltração; e serão estudados processos nanotecnológicos para a valoração econômica de sementes, têxteis de algodão e madeiras.

Todos as atividades se conectam no conhecimento básico da produção (síntese) de nanomateriais, e se interpolam frequentemente, pelo uso de uma mesma estrutura em diferentes aplicações. Este Projeto Componente integra as ações do MP1 em Nanotecnologia e inova em relação à primeira vigência deste projeto, visto que estas ações não estavam inicialmente contempladas.


Planos de Ação:
• Nanoestruturas para a Liberação controlada de pesticidas, fármacos e fertilizantes
• Materiais e Processos em Nanotecnologia aplicados à Descontaminação de Águas
• Estratégias Nanotecnológicas para aumento da Competitividade em Agroenergia
• Nanotecnologia aplicada a produtos agroflorestais
• Nanotecnologia aplicada à sanidade, reprodução e nutrção de ruminantes

Foto: Denis Coelho

O desenvolvimento e disseminação da Nanotecnologia têm levado a eventos de contato de nanopartículas e nanoestruturas com organismos vivos, em situações ainda não compreendidas plenamente. Muitos destes eventos podem potencialmente ocorrer no meio agrícola, devido ao grande número de aplicações da Nanotecnologia desenvolvidos neste enfoque. Ainda, observa-se que na atividade agrícola o contato com estes sistemas tem o agravante de potencialmente ocorrer em larga escala, pela amplitude de área e participação humana envolvida na atividade, e estendendo-se eventualmente até o consumidor final. Assim, por exemplo, na aplicação de pesticidas encapsulados em nanoestruturas de liberação controlada, hipóteses acerca da toxidade inerente ao sistema de liberação ainda necessitam ser investigadas, tornando importante a avaliação dos impactos destes novos insumos desde o seu desenvolvimento, visando direcionar melhor as pesquisas.

Portanto, este Projeto Componente pretende avaliar o impacto potencial em organismos vivos, seja em modelos animais ou vegetais, decorrente do uso de nanomateriais projetados e produzidos para a cadeia de produção agropecuária e de alimentos, tais como nanopartículas para liberação controlada de pesticidas ou fertilizantes; nanopartículas utilizadas como fertilizantes (micronutrientes) ou como pesticidas (nanopartículas com propriedades bactericidas ou fungicidas); nanocompósitos utilizados de alimentos; filmes nanoestruturados comestíveis; e outros sistemas relacionados à atividade agrícola, sendo estudados na Rede AgroNano. O foco central deste PC será a avaliação toxicológica em células vegetais, células animais, embriões e animais de laboratório, de modo a compor um panorama geral da interferência de nanopartículas e sistemas nanoestruturados em organismos vivos, em tecnologias relacionadas à atividade agrícola e correlatas. Estes resultados serão comparados aos ensaios de caracterização dos materiais produzidos nos demais PCs, que possam fornecer ou confirmar hipóteses acerca do mecanismo de atuação tóxica ou mesmo benéfica destes. Serão correlacionados, para cada estrutura estudada, os indicativos de toxicidade para um ou vários dos sistemas biológicos, sendo também avaliados, em escala limitada, eventos de alteração da estrutura genética. Assim, estes estudos permitirão suportar atividades futuras sobre a recomendação de uso de sistemas nanométricos na agricultura, ou reorientar pesquisas em andamento para melhor adequar o desenvolvimento de nanoestruturas e formulações contendo estas, de forma a minimizar ou eliminar o seu efeito nocivo, sem perda significativa em seu desempenho na aplicação final.

Por sua natureza, este PC será transversal e complementar a todos os demais PCs integrantes desta Proposta, interagindo com os todas as equipes envolvidas. Por fim, serão também avaliados aspectos da percepção sobre impacto toxicológico e ambiental de nanotecnologias, de forma a integrar os diferentes desenvolvimentos ao longo do PC e dos demais Componentes.


Planos de Ação:
• Análise de cito e genotoxicidade de sistemas nanoestruturados
• Efeitos de sistemas nanoestruturados sobre a expressão em células em cultivo in vitro
• Avaliação de potencial embriofetotóxico e teratogênico de sistemas nanoestruturados
• Avaliação do ciclo de vida (ACV) de nanoestruturas de celulose
• Avaliação de risco ecotoxicológico de nanocompostos
• Avaliação dos Riscos Sociais, Ambientais e para Saúde de Nanotecnologias: Uma proposta metodológica