Desenvolvimento de esferas híbridas biodegradáveis visando a liberação de zinco e de bactérias promotoras do crescimento de plantas

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Antunes, Débora Ribeiro [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Esferas de hidrogéis; Polissacarídeos; Liberação controlada; Nanopartículas; Microrganismos; Hydrogel spheres; Polysaccharides; Controlled release; Nanoparticles; Microorganisms; Azospirillum brasilense
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/258488

A agricultura continua enfrentando problemas antigos, como a necessidade de aumentar a produção de alimento, mudanças climáticas, uso indiscriminado de agroquímicos, escassez de água e entre outros. As esferas de hidrogéis têm sido consideradas como uma grande aliada para o setor agrícola, sendo capaz de encapsular ingredientes ativos e proporcionar liberação controlada ao longo do tempo. O uso de polissacarídeos que possuem boa biocompatibilidade e biodegradabilidade para desenvolver novos esferas que não agridem o ambiente, está em ascensão. Atrelado a isso, tem-se o desenvolvimento de sistemas híbridos, que consiste na mescla de dois ou mais compostos, que lhe conferem inúmeras propriedades em um único sistema. Esta nova abordagem tem sido amplamente explorada nos últimos anos em diversos setores, sendo ainda pouco explorado na agricultura. Entre alguns dos problemas enfrentados pela agricultura mundialmente está a deficiência de zinco, que é o micronutriente que possui o maior déficit entre culturas mundiais, sendo necessário na ativação de enzimas em processos metabólicos da planta e essencial para a síntese de clorofila. Neste sentido, nanomateriais engenheirados a base de zinco, vem sendo desenvolvido para suprir déficit nutricionais, e com o potencial de liberar Zn de maneira controlada, reduzindo as perdas por lixiviação. Além disso, o uso de bactérias promotoras de crescimento vegetal como Azospirillum brasilense tem sido frequentemente combinado ao zinco, devido a sua capacidade de proporcionar maior absorção de zinco pela planta. No entanto, a disponibilidade das bactérias é influenciada por diversos fatores abióticos do ambiente. Neste contexto, objetivou-se sintetizar nanopartículas de óxido de zinco (ZnONPs) pelo método de nanoprecipitação e, em seguida, preparar esferas híbridas por gelificação iônica compostas por hidrogéis de polissacarídeos, como alginato de sódio e xilana, para a liberação de ZnONPs e bactéria fixadora de nitrogênio A. brasilense e avaliar o seu comportamento em solo e plantas. As análises físico-químicas das ZnONPs indicaram uma morfologia esférica, distribuição de tamanho de 334 nm e tamanho médio de cristalito de ~ 19,8 nm por DRX. As análises biológicas demonstraram um ótimo crescimento das bactérias e boa compatibilidade de Azospirillum brasilense no meio de preparo das esferas. Assim, sistemas híbridos de liberação foram preparados e apresentaram morfologia esférica e distribuição de tamanho de ~ 3 mm, além de presença de ZnONPs e A. brasilense. Espectroscopia de espalhamento de raios X (EDS) confirmou a existência Zn distribuídas intrinsecamente nas esferas com picos de energia na faixa de 8,65 keV para Zn. Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) indicaram interações entre polímeros e ZnONPs. As análises térmicas de DSC demonstraram mudanças com a mescla de materiais (alginato e xilana) para cada sistema estudado. Também foi avaliado o efeito deste sistema de esferas de hidrogel em plantas de milho cultivadas em casa de vegetação. Análises biométricas, nutrição de plantas e fertilidade do solo revelaram pouca diferença de teor de Zn nos diferentes tratamentos. Ensaios de liberação demonstraram que ZnONPs e bactérias co-encapsuladas nas esferas podem liberar íons de zinco e bactérias de forma lenta e simultânea. A cinética de liberação revelou ser governada por diferentes mecanismos, sendo o de transporte anômalo para o íon Zn e de transporte super caso-II para A. brasilense. Portanto, nosso sistema se mostra promissor abrindo novas discussões e perspectivas para o desenvolvimento de sistemas híbridos com potencial para alterar a biodisponibilidade do zinco no solo contribuindo para uma melhor absorção de micronutrientes, promovendo o melhoramento e o crescimento de plantas.