Nanossensores na detecção precoce de patógenos em plantas

Doenças de origem viral, bacteriana ou fúngica — sem falar em pragas e estresses ambientais — consomem até 30 % da produção agrícola mundial a cada ano. Quanto mais cedo o patógeno é identificado, menores são as perdas e o uso de agroquímicos. Para solucionar esse problema, sensores em escala nanométrica estão abrindo caminho para diagnósticos quase instantâneos no próprio campo. Esse é o tema do artigo “Nano-enabled biosensors in early detection of plant diseases” publicado em abril de 2025 na Frontiers in Nanotechnology (Chaturvedi; Tripathi; Ranjan, 2025).Biossensores convencionais combinam um elemento biológico (por exemplo, enzima, anticorpo ou DNA) a um transdutor que converte o reconhecimento químico em sinal mensurável. Na versão nano-enabled, entram em cena nanomateriais como nanopartículas de ouro ou prata, nanotubos de carbono, pontos quânticos e óxidos metálicos. Essas estruturas aumentam a área de contato, aceleram a transferência de elétrons e amplificam sinais ópticos, permitindo detecções em níveis de atto- ou femtomolar (10⁻¹⁸ – 10⁻¹⁵ mol L⁻¹). A Figura 1 ilustra o esquema de funcionamento de um biossensor, enfatizando as diferentes técnicas que utilizam de nanopartículas.

O artigo descreve vários formatos já testados em culturas de interesse econômico:

• Eletroquímicos – Eletrodos de grafeno ou ouro impressos em papel detectam toxinas como aflatoxina B1 em milho, ou patógenos como Ralstonia solanacearum em tomate, com limites de detecção abaixo de 1 pg mL⁻¹.
• Ópticos – Nanopartículas de ouro mudam de cor quando microRNAs de estresse em arroz se ligam a sondas específicas; o resultado é visível a olho nu.
• Enzimáticos – Sensores baseados em invertase fúngica convertem glicose e entregam um sinal elétrico que denuncia o início da ferrugem-amarela em trigo 72 h antes de sintomas visíveis.
• Plataformas portáteis – Conjuntos “lab-on-a-chip” já se integram a smartphones. Um exemplo destacado monitora a podridão-vermelha da cana (Sporisorium scitamineum) em tempo real e envia dados para a nuvem, facilitando ações pontuais na área afetada.

Combinações de estruturas metálicas-orgânicas (MOFs) com DNA-walkers e enzimas que degradam DNA, elevaram a sensibilidade para poucos zeptomoles (10⁻²¹ mol). Isso abre espaço para detecção antes mesmo de o fungo germinar ou a bactéria colonizar tecidos críticos. Já algumas arquiteturas baseadas em aptâmeros e magnetorresistência conseguem rastrear simultaneamente vírus, toxinas e nutrientes, oferecendo ao agricultor uma análise completa da lavoura em um único teste. Além disso, também é possível utilizar modelos leves de deep learning (como o YOLOv8-MDN-Tiny citado pelos autores) que rodam em microcontroladores, reconhecendo padrões de sinal e reduzindo falsos positivos em até 94,8%, fundindo a agricultura de precisão com visão computacional.

No entanto, fatores como calor, radiação UV e poeira podem degradar bioreceptores. Algumas pesquisas que trabalham com polímeros condutores e encapsulamento em sílica buscam prolongar a vida útil dos sensores. Outro desafio a ser cumprido está na produção de nanomateriais com qualidade uniforme, pois ainda é um processo caro. A tendência é migrar para métodos “verdes”, como síntese biogênica de nanopartículas por microrganismos. É importante que haja uma avaliação toxicológica profunda, também, para a liberação de partículas metálicas. Normas internacionais para dispositivos agrícolas nano-habilitados ainda estão engatinhando nesse processo.

Por fim, o artigo defende que a força dos nanobiossensores está em antecipar problemas antes que eles virem crise — e isso muda tudo. Ao reduzir o tempo entre infecção e resposta, esses dispositivos elevam a agricultura do modo “curativo” para o modo “preventivo”. Para dar o próximo salto, os autores apontam três frentes decisivas: (1) baratear a produção de nanomateriais em escala industrial, (2) incorporar inteligência artificial e Internet das Coisas para gerar alertas em tempo real e (3) padronizar protocolos de segurança que garantam baixo impacto ambiental. Se essas peças se encaixarem, o monitoramento fitossanitário passará a ser tão rotineiro quanto medir a previsão do tempo — e, quem sabe, tão barato quanto um teste de glicemia descartável. Nesse cenário, a inovação deixa de ser promessa de laboratório e se torna ferramenta essencial para proteger colheitas, renda do produtor e a segurança alimentar global.

Se interessou sobre o assunto e gostaria de saber mais? Acesse o artigo original: Nano-enabled biosensors in early detection of plant diseases.