Com a população mundial estimada em 9 bilhões em 2050, engenheiros e cientistas estão procurando maneiras de atender à crescente demanda por alimentos sem aumentar a pressão sobre os recursos naturais, como água e energia - uma iniciativa conhecida como nexo comida-água-energia.

Ramesh Raliya, PhD, um pesquisador de pós-doutorado, e Pratim Biswas, PhD, o Professor Lucy &Stanley Lopata e presidente do Departamento de Energia, Engenharia Ambiental e Química, ambos na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Washington em St. Louis, estão tratando desse problema usando nanopartículas para aumentar o conteúdo de nutrientes e o crescimento dos tomates. Pegando uma pista de seu trabalho com células solares, a equipe descobriu que usando nanopartículas de óxido de zinco e dióxido de titânio, as plantas de tomate absorvem melhor a luz e os minerais, e a fruta apresentou maior teor de antioxidantes.

"Quando uma planta cresce, sinaliza ao solo que precisa de nutrientes, "Biswas diz." O nutriente de que ela precisa não está em uma forma que a planta possa tomar imediatamente, por isso secreta enzimas, que reagem com o solo e acionam micróbios bacterianos para transformar os nutrientes em uma forma que a planta possa usar. Estamos tentando ajudar neste caminho adicionando nanopartículas. "

O zinco é um nutriente essencial para as plantas, ajuda outras enzimas a funcionarem adequadamente e é um ingrediente de fertilizantes convencionais. O titânio não é um nutriente essencial para as plantas, Raliya diz, mas aumenta a absorção de luz, aumentando o conteúdo de clorofila nas folhas e promove a fotossíntese, propriedades que o laboratório de Biswas descobriu durante a criação de células solares.

A equipe usou um spray muito fino usando novas técnicas de aerossolização para depositar diretamente as nanopartículas nas folhas das plantas para absorção máxima.

"Descobrimos que nossa técnica de aerossol resultou em uma absorção muito maior de nutrientes pela planta em comparação com a aplicação das nanopartículas ao solo, "Raliya diz." Uma planta pode absorver apenas cerca de 20 por cento dos nutrientes aplicados através do solo, com o restante formando complexos estáveis ​​com constituintes do solo ou sendo lavados com água, causando escoamento. Em ambos os últimos casos, os nutrientes não estão disponíveis para as plantas. "

Geral, as plantas tratadas com as nanopartículas por meio de rotas de aerossol produziram quase 82 por cento (em peso) mais frutas do que as plantas não tratadas. Além disso, os tomates da planta tratada mostraram um aumento no licopeno, um antioxidante ligado à redução do risco de câncer, doenças cardíacas e distúrbios oculares relacionados à idade, entre 80% e 113%.

Estudos anteriores de outros pesquisadores mostraram que o aumento do uso da nanotecnologia na agricultura em países densamente povoados como a Índia e a China teve um impacto na redução da desnutrição e da mortalidade infantil. Esses tomates ajudarão a combater a desnutrição, Raliya diz, porque eles permitem que as pessoas obtenham mais nutrientes dos tomates do que aqueles cultivados convencionalmente.

No estudo, publicado online no mês passado no jornal Metalômica , a equipe descobriu que as nanopartículas nas plantas e nos tomates estavam bem abaixo do limite do USDA e consideravelmente mais baixas do que o que é usado em fertilizantes convencionais. Contudo, eles ainda precisam ser cautelosos e selecionar a melhor concentração de nanopartículas para usar para o benefício máximo, Biswas diz.

Raliya e o resto da equipe estão agora trabalhando para desenvolver uma nova formulação de nanonutrientes que inclui todos os 17 elementos exigidos pelas plantas.

"Em 100 anos, haverá mais cidades e menos terras agrícolas, mas vamos precisar de mais comida, "Raliya diz." Ao mesmo tempo, a água será limitada devido às mudanças climáticas. Precisamos de uma metodologia eficiente e um ambiente controlado em que as plantas possam crescer. "