Nanozimas são materiais sintéticos que imitam as propriedades de enzimas naturais para aplicações em biomedicina e engenharia química. Historicamente, eles são geralmente considerados muito tóxicos e caros para uso na agricultura e na ciência alimentar. Agora, pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign desenvolveram uma nanozima que é orgânica, não tóxica, ecologicamente correta e econômica.



Num artigo recentemente publicado, descrevem as suas características e a sua capacidade de detectar a presença de glifosato, um herbicida agrícola comum. O seu objetivo é eventualmente criar um kit de teste de fácil utilização para consumidores e produtores agrícolas.

"A palavra nanozima é derivada de nanomateriais e enzimas. As nanozimas foram desenvolvidas pela primeira vez há cerca de 15 anos, quando os pesquisadores descobriram que as nanopartículas de óxido de ferro podem realizar atividade catalítica semelhante às enzimas naturais (peroxidase)", explicou Dong Hoon Lee, estudante de doutorado no Departamento de Engenharia Agrícola e Biológica (ABE), parte da Faculdade de Ciências Agrícolas, do Consumidor e Ambientais (ACES) e da Grainger College of Engineering da U. of I.

Essas nanozimas imitam a atividade da peroxidase, uma enzima que catalisa a oxidação de um substrato usando peróxido de hidrogênio como agente oxidante. Eles proporcionam maior estabilidade e menor custo que a peroxidase natural, e são amplamente utilizados em pesquisas biomédicas, incluindo biossensores para detecção de moléculas alvo no diagnóstico de doenças.

“As nanozimas tradicionais são criadas a partir de materiais inorgânicos à base de metal, o que as torna muito tóxicas e caras para serem aplicadas diretamente na alimentação e na agricultura”, disse Lee.

"Nosso grupo de pesquisa é pioneiro no desenvolvimento de nanozimas baseadas em compostos totalmente orgânicos (nanozimas OC) que exibem atividades semelhantes às da peroxidase. A nanozima OC segue a atividade catalítica da enzima natural, mas é predominantemente baseada em compostos orgânicos amigáveis ​​à agricultura, como como ureia atuando como agente quelante e álcool polivinílico como estabilizador de partículas."

Os pesquisadores também implementaram um sistema de detecção óptica integrado à nanozima OC para detecção de moléculas alvo. Os ensaios colorimétricos, um tipo de método de detecção óptica, utilizam a intensidade da cor para fornecer uma concentração estimada da presença de moléculas específicas em uma substância, de modo que uma cor mais escura ou mais clara indique uma quantidade menor ou maior de moléculas alvo. A nanozima de composto orgânico teve um desempenho equivalente às nanozimas normalmente usadas em aplicações de biossensor dentro de seu perfil cinético com desempenho de detecção de moléculas.

"As nanozimas tradicionais apresentam uma série de problemas:toxicidade, degradação prolongada e um processo de produção complexo. Em contraste, nossa nanozima é mais rápida de produzir, tem boa relação custo-benefício, não é tóxica e é ecologicamente correta", disse Mohammed Kamruzzaman, professor assistente. na ABE e coautor do estudo.

Lee e Kamruzzaman aplicaram a plataforma de detecção colorimétrica baseada em nanozimas OC para detectar a presença de glifosato, um herbicida amplamente utilizado na indústria agrícola. Eles realizaram ensaios colorimétricos em soluções contendo concentrações variadas de glifosato, descobrindo que a nanozima orgânica foi capaz de detectar com sucesso o glifosato com precisão adequada.

"Há uma demanda crescente para testar a presença de pesticidas ou herbicidas em produtos agrícolas para proteger a saúde humana e das culturas. Queremos desenvolver uma plataforma de testes no ponto de uso baseada em nanozimas OC para agricultores ou consumidores que possam aplicar no campo ou em casa", afirmou Kamruzzaman.

“As pessoas obteriam um kit de teste com uma substância para misturar com sua amostra, depois tirariam uma foto e usariam um aplicativo no telefone para identificar a intensidade da cor e interpretar se há algum glifosato presente. e aplicável em qualquer lugar."

Os investigadores também estão a trabalhar no desenvolvimento de nanozimas adicionais e prevêem que estes materiais ecológicos tenham um grande potencial para uma vasta gama de aplicações.

A pesquisa é publicada na revista Nanoscale .

Mais informações: Dong Hoon Lee et al, Nanozimas baseadas em compostos orgânicos para detecção de herbicidas agrícolas, Nanoescala (2023). DOI:10.1039/D3NR02025H
Informações do diário: Nanoescala

Fornecido pela Universidade de Illinois em Urbana-Champaign