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Fertilizantes inteligentes

2 Feb 2018

Por: María Eugenia Magnelli

La nanotecnología tiene el potencial de ocupar un lugar destacado en la transformación de los sistemas agrícolas y la producción de alimentos en todo el mundo en los próximos años.
 

Miles de millones de personas, y muchos suelos en todo el planeta, sufren carencias de micronutrientes que afectan negativamente la salud humana. En general, los suelos deficientes pueden ser corregidos a través de la fertilización con micronutrientes solos o en combinación nitrógeno, fósforo y potasio, lo que aumenta el rendimiento del cultivo. No obstante, la eficiencia de uso de los fertilizantes que contienen micronutrientes no supera el 5%, debido fundamentalmente a la falta de sincronización entre la liberación de los nutrientes y la demanda de las plantas durante el crecimiento.    

La nanotecnología y la biotecnología tienen el potencial de ocupar un lugar destacado en la transformación de los sistemas agrícolas y la producción de alimentos en todo el mundo en los próximos años. Nuevos informes muestran que los fertilizantes de liberación controlada y los nutrientes encapsulados en microesferas y ensamblajes de nanomateriales, especialmente nanopartículas de óxidos de zinc, hierro, manganeso y cobre, se absorben y translocan dentro de las plantas cuando crecen hasta la madurez, lo que aumenta el rendimiento del cultivo y la concentración de micronutrientes en las plantas.    

Microencapsulados
   

Los fertilizantes comerciales encapsulados utilizan películas de polímeros para proteger los nutrientes de las reacciones bióticas y abióticas, y controlar sus tasas de liberación en la solución del suelo. Estas propiedades mejoran la eficiencia de uso de los elementos y reduce las pérdidas de nutrientes. La liberación de micronutrientes se da por difusión directa y está controlada por las propiedades y estructura de los polímeros, junto con la arquitectura de las microcápsulas. Además, el contenido de humedad del suelo y/o la temperatura, el pH, el contenido iónico y la actividad microbiana, juegan un rol muy importante durante el proceso.    

La microencapsulación de micronutrientes tiene la ventaja de mejorar la superficie de contacto para la absorción (aumenta la biodisponibilidad), presentan un bajo costo de producción, y una mayor biodegradabilidad y biocompatibilidad con el medio ambiente.    

Por su parte, los nanoencapsulados con sílice y/o aluminosilicatos mesoporosos mejoran las propiedades de los fertilizantes aportando más porosidad, mayores áreas de superficie y sitios activos para la adsorción, intercambio de iones y catálisis. En el caso de la urea, por ejemplo, disminuye la velocidad de hidrólisis.    

Un aspecto a considerar, es la alta reactividad de los nanomateriales y nanopartículas y su potencial toxicidad sobre los sistemas biológicos, dado que las propiedades químicas, eléctricas, magnéticas, mecánicas y ópticas, son bastante diferentes de los materiales a granel. Las nanopartículas manipuladas pueden adherirse a las raíces de las plantas y ejercer toxicidad física o química sobre los vegetales y los organismos del suelo, dependiendo de sus propiedades y concentración. Con lo cual, las investigaciones deben hacer foco en estos puntos, dado que la mayoría de los estudios de fitotoxicología no consideran el sistema suelo-planta y se han realizado en condiciones artificiales, que poco reflejan las situaciones reales de campo.    

Nanodispositivos
   

Un salto de la tecnología anterior son los nanodispositivos, similar a los utilizados en nanomedicina. Estos pueden aplicarse a los sistemas suelo-planta para controlar la entrega de fertilizantes y aumentar su eficiencia de uso, mejorando la calidad nutricional de los alimentos.    

Un nanodispositivo se puede definir como cualquier dispositivo fabricado cuyas dimensiones están en la escala de 1-100 nm, y sus características potencian las propiedades únicas de los materiales a nanoescala.    

Un nanodispositivo puede implicar el control y la manipulación de construcciones biomoleculares y macroensamblajes, que son críticos para las células vivas.    

Estos constructos y ensamblajes incluyen entidades tales como proteínas, ADN/ARN, virus, bicapas lipídicas celulares y otros.    

Hasta ahora, gran parte de la investigación sobre nanodispositivos se lleva a cabo para el diagnóstico y la terapia de las células cancerosas en medicina.    

La incorporación de nanodispositivos en nutrición vegetal puede permitir el desarrollo de plataformas tecnológicas eficientes para detectar y tratar deficiencias nutricionales en suelos y plantas, y en tiempo real. Los nanodispositivos o biosensores inteligentes, pueden ayudar a suministrar macro y micronutrientes de acuerdo con los requerimientos de cultivos temporales y espaciales, durante la estación de crecimiento con mínima toxicidad. Además, su uso puede ser útil para comprender en profundidad las interacciones entre las raíces y los organismos del suelo, los procesos de ciclado de micronutrientes, el control de enfermedades y el mantenimiento de la calidad de los cultivos alimentarios.    

¿Cuál es el futuro de la nanotecnología aplicada a los cultivos?
   

En la naturaleza y los ecosistemas terrestres, la comunicación química existe entre y dentro de animales, insectos, plantas y microorganismos.    

La comprensión de estas redes de señales, entre células vivas en la rizosfera de un cultivo bajo deficiencia de micronutrientes, puede convertirse en un pilar clave para el desarrollo de nuevos fertilizantes inteligentes basados en la nanobiotecnología, sincronizando la liberación de nutrientes según la demanda del cultivo. Una nueva plataforma tecnológica, puede ayudar a mejorar la economía de la producción de alimentos, mejorar el rendimiento y la calidad de los cultivos, y reducir la huella ambiental de la agricultura para mejorar la salud humana en todo el mundo.

Fuente: Aapresid

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