Sensor biodegradável monitora níveis de pesticidas diretamente sobre a pele de frutas, verduras e legumes

Julia Moióli  |  Agência FAPESP – Pesquisadores das universidades de São Paulo (USP) e Federal de Viçosa (UFV) desenvolveram um sensor sustentável vestível capaz de monitorar os níveis de agrotóxicos diretamente na casca dos vegetais. Feito de acetato de celulose, material produzido a partir da polpa de madeira, o dispositivo tem potencial para ajudar a garantir a segurança dos alimentos em um mundo que cada vez mais sofre com a escassez de comida e, ao mesmo tempo, com os problemas ambientais e de saúde causados pelo uso desenfreado de agrotóxicos. Os resultados do estudo foram publicados recentemente na revista Biomaterials Advances.

Pesticidas são amplamente utilizados para aumentar a produtividade agrícola. No entanto, apenas 50% dos agroquímicos pulverizados atingem o alvo correto. Para evitar que substâncias perigosas mal direcionadas contaminem seres humanos por contato com a pele, inalação e ingestão de alimentos e água, é necessário monitorar suas concentrações nos solos, águas subterrâneas, efluentes de águas residuais, águas superficiais, fontes de água potável bruta e produtos alimentícios.

As ferramentas analíticas mais utilizadas para essa análise são as técnicas cromatográficas, que, embora efetivas, apresentam desvantagens, como a necessidade de pré-tratamento da amostra, do uso de instrumentos de custo elevado e de especialistas laboratoriais qualificados, além do longo tempo de análise e falta de portabilidade. Outro problema fundamental a se considerar nos dias de hoje são os resíduos inseguros produzidos por solventes orgânicos.

“Como alternativa, os sensores eletroquímicos podem combinar economia, detecção rápida, miniaturização, produção em larga escala, conveniência, praticidade, alta seletividade e detecção de pesticidas no local, permitindo a análise diretamente na casca e nas folhas dos alimentos com sensores vestíveis nas plantas – e foi o que fizemos”, conta Paulo Augusto Raymundo Pereira, pesquisador do Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP) e coordenador da pesquisa.

“Mas, em vez de materiais tradicionais ambientalmente insustentáveis e que necessitam de muito tempo para se degradar, como os cerâmicos ou polímeros plásticos derivados do petróleo, utilizamos o acetato de celulose, material de origem vegetal que tem baixo impacto ambiental e se desintegra completamente em 340 dias, dependendo das condições do local. Além de possuir, é claro, as características apropriadas para sensores, incluindo baixo custo, portabilidade e flexibilidade.”

As folhas de acetato de celulose foram produzidas pelo método de moldagem (do inglês casting method), em que o material é colocado em um espaço com o formato adequado, e o sistema de sensoriamento completo de três eletrodos foi fabricado por serigrafia.

Durante os testes em laboratório, uma solução com os pesticidas carbendazim e paraquate – este último banido pela União Europeia em 2003 devido aos efeitos nocivos para os seres humanos, porém ainda utilizado no Brasil – foi pulverizada sobre folhas de alface e peles de tomate, simulando o uso de agrotóxicos no mundo real. O sensor vestível foi, então, anexado diretamente nas superfícies dos alimentos e a medição foi feita. Os resultados mostraram desempenho de detecção compatível com o de um sensor de tereftalato de polietileno, matéria-prima mais comumente utilizada.

Níveis de pesticidas acima dos limites

O estudo financiado pela FAPESP (projetos 20/09587-8, 23/07686-7, 16/01919-6, 22/02164-0 e 23/09685-8) investigou ainda a eficiência da lavagem e da imersão dos vegetais em um litro de água por duas horas para remover os pesticidas. Foram removidos cerca de 40% de carbendazim e 60% de paraquate da folha de alface, enquanto na superfície do tomate foram eliminados 64% de ambos os agrotóxicos. Da casca do tomate, no entanto, os resíduos não foram completamente retirados.

“Todos os resultados indicam que as etapas de lavagem e imersão não foram suficientes para remover os resíduos de pesticidas. Pelo menos 10% das substâncias permaneceram na casca do alimento”, diz Raymundo.

De acordo com o pesquisador, a tecnologia poderia ser útil para agências internacionais de vigilância sanitária, produtores de orgânicos para certificação da ausência de pesticidas e, principalmente, produtores rurais, com a função de monitorar os níveis de agrotóxicos no campo com a aplicação da dose necessária em cada ponto da lavoura. Dessa forma, seria possível diminuir o uso dessas substâncias e aumentar a produtividade, levando ainda a uma redução do preço final ao consumidor.

Além da equipe do IFSC-USP, participaram do trabalho os pesquisadores Samiris C. Teixeira, Nilda de F. F. Soares e Taíla V. de Oliveira, da UFV, e Nathalia O. Gomes, Marcelo L. Calegaro e Sergio A.S. Machado, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP).

O artigo Sustainable plant-wearable sensors for on-site, rapid decentralized detection of pesticides toward precision agriculture and food safety pode ser lido em https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772950823003990.