La nanotecnología en pos de una producción sustentable

La nanotecnología mejora la eficiencia, la precisión, reduce costos, garantiza la seguridad de los productos fitosanitarios y promete revolucionar la agricultura y los sistemas alimentarios.

Por: Permingeat, H.

La “Primera Conferencia Internacional sobre Aplicaciones de la Nanotecnología e Implicancias de los Productos fitosanitarios hacia una Agricultura y Sistemas Alimentarios Sostenibles” tuvo lugar en noviembre de 2016, en Beijing (China), y allí se destacó la importancia de estas novedosas herramientas en la agricultura del futuro. Esta agricultura no sólo deberá conseguir mayor productividad en las cosechas y mayor calidad de alimentos, sino que deberá enfrentar situaciones reales de problemas ambientales (suelos degradados, mayor variabilidad climática, emisiones de gases de efecto invernadero, mayor demanda de agua) y preocupación por la disponibilidad y el costo de la energía. También deberá considerar aspectos vinculados con el cuidado de la salud de la población.

Durante el encuentro, científicos líderes a nivel mundial discutieron una amplia gama de temas relevantes vinculados a eventuales soluciones nanotecnológicas para las problemáticas descritas, entre ellas: la entrega de productos fitosanitarios nanoencapsulados, los beneficios de los nanomateriales diseñados para mejorar la producción de cultivos, los sensores y detectores basados en nanotecnología para la agricultura de precisión, monitoreo del medio ambiente, la salud y la seguridad, las implicancias económicas, legales y sociales de la nanociencia, la importancia de la comunicación, la educación y la percepción pública para la adopción de productos fitosanitarios basados en nanotecnología. También se discutió el futuro papel de la nanociencia y la nanotecnología para una agricultura sostenible, los alimentos derivados y la conservación de los recursos naturales del sistema.

La nanotecnología y la nanoescala tienen el potencial de revolucionar la agricultura y los sistemas alimentarios. La ciencia y la ingeniería a nanoescala desempeñan un papel importante en la creación de una agricultura y un sistema alimentario más seguros y productivos. La cadena de suministro de alimentos será afectada por la utilización de la nanotecnología en cada punto del sistema a lo largo de la cadena de suministro, desde la producción hasta el consumo, y conducirá a avances revolucionarios en la “reingeniería” de cultivos y microorganismos a nivel genético y celular (Scott y col., 2018).

Uno de los aspectos que más nos preocupan como sociedad en relación a la producción agropecuaria es la aplicación de productos fitosanitarios sobre los cultivos, tanto en las áreas rurales como en las periurbanas. El impacto ambiental de dichas aplicaciones es severamente cuestionado por la sociedad y el impacto sobre la salud se manifiesta más preocupante cuando la densidad poblacional aumenta (periurbanos). Son varios los temas que deben considerarse respecto de las ventajas de aplicar nanotecnología como herramienta para abordar esta preocupación. En esta ocasión, es interesante destacar dos de estos temas: la formulación inteligente de productos fitosanitarios y la evaluación de riesgos a los que deben someterse las nuevas formulaciones.

En relación al primero de estos temas, la mayoría de los ingredientes activos de pesticidas son compuestos orgánicos, insolubles en agua, que deben agregarse con un “vehículo”, disolvente, emulsionante, dispersante y otros ingredientes auxiliares, y debe procesarse en una formulación adecuada para facilitar la aplicación del aerosol en el campo. El 70% de la pérdida y la tasa de descomposición del pesticida en el follaje del cultivo es causada por el escurrimiento, es decir, la deriva de la pulverización durante la aplicación en el campo. Así, la utilización real de la absorción del “objetivo” biológico (insecto plaga, por ejemplo) es sólo inferior al 0,1% del producto aplicado.

Zhao y col. (2018) sugieren en su artículo que las formulaciones novedosas que utilizan nanotecnología mostraron un gran potencial para mejorar la eficacia y seguridad de los pesticidas. Estos autores discuten varios problemas y estrategias científicas relacionadas con el desarrollo de formulaciones de pesticidas basadas en nanoescala. Entre ellas destacan:

  1. a) La construcción de nanoformulaciones de productos fitosanitarios a base de agua, lo que mejora la solubilidad y la dispersión en agua, la cobertura uniforme de las hojas, la eficacia biológica y la compatibilidad con el medioambiente, gran área de contacto como resultado del tamaño pequeño de partículas y la eliminación de solventes orgánicos en comparación con las formulaciones convencionales.

  2. b) El mecanismo de deposición no planificada y la transferencia de dosis del sistema de nanodistribución de pesticidas, donde los sistemas de nanodistribución forman dispersiones estables, aumentan la eficiencia y mejoran el comportamiento de humedecimiento y propagación en la superficie de la hoja como resultado de la modificación de los pesticidas por afinidad de las hojas. Además, las nanopartículas de pesticidas se depositan y se adhieren favorablemente a la superficie del follaje, lo que lleva a un aumento de la tasa de retención y una menor dosis de pulverización.

  3. c) El mecanismo sobre el aumento de la biodisponibilidad de la formulación de pesticidas a nanoescala, que tienen un tamaño de partícula más pequeño y un área de superficie específica más grande, lo que puede aumentar efectivamente la cobertura, la adhesión y la permeabilidad de la plaga. Además, las formulaciones en nano pueden afectar los modos de acción y las rutas de transferencia de los pesticidas convencionales al introducir la modificación del blanco de los insectos y mejorar la liberación del ingrediente activo.

  4. d) Los impactos de la nanoformulación en la degradación natural y la bioseguridad de los residuos de productos fitosanitarios, ya que se deben desarrollar nanomateriales seguros y biodegradables.

Los autores afirman que las formulaciones de pesticidas basadas en nano aportan mejoras beneficiosas en las propiedades y comportamientos de los pesticidas tradicionales. Estos nuevos productos fitosanitarios brindarán múltiples beneficios, como la reducción del uso de productos químicos y, posteriormente, la menor contaminación del agua y también residual de los productos alimenticios, el uso eficiente de los recursos agrícolas y el aumento de la calidad del suelo y el ambiente.

Sobre los riesgos a los que deben someterse dichas nuevas formulaciones, Walker y col. (2018) señalan que hay ingredientes inertes utilizados en formulaciones convencionales de pesticidas que existen en nanoescala (algunos usados como ingredientes activos y otros como surfactantes), y que ya se incorporaron a una gama de productos para la protección de cultivos. En la mayoría de los casos, estos materiales tienen una larga historia de uso seguro.

En su artículo, los autores proponen una evaluación del riesgo ecológico de los nanoplaguicidas para su aprobación de comercialización. Los responsables de las agencias reguladoras gubernamentales, el sector académico, la investigación y la industria agroquímica deben involucrarse, opinar y ofrecer una perspectiva sobre las consideraciones relevantes relacionadas con la fase de “formulación del problema de la evaluación del riesgo ecológico” de los pesticidas nano-habilitados. La formulación de problemas brinda una oportunidad importante para definir adecuadamente el alcance de una evaluación de riesgos e integrar las necesidades de los gestores de riesgos y los tomadores de decisiones, quienes en última instancia deciden cómo y cuándo pueden introducirse de manera segura en el mercado los productos químicos.

El enfoque propuesto se basa en una serie de preguntas generales que guían el proceso. El paso crucial es determinar qué información es necesaria para caracterizar las nuevas propiedades de la formulación de pesticidas nano-habilitados. El uso de nanomateriales en formulaciones (como nanotransportadores, nanocápsulas) puede alterar significativamente el destino de los ingredientes activos en el suelo. Los autores describen un marco simple para ayudar a los evaluadores de riesgos a determinar cómo la formulación puede afectar la movilidad y la persistencia del ingrediente activo. El mismo se basa en la conocida persistencia y movilidad del ingrediente activo y la durabilidad del pesticida nano-habilitado. Esta etapa de control y medición de impacto o riesgo ofrece garantías para un uso racional e inteligente de productos fitosanitarios.

Como conclusión, es posible afirmar que la nanotecnología, al mejorar la eficacia, la eficiencia, la precisión, la capacidad de control, la reducción de costos y la seguridad garantizada de los productos fitosanitarios, puede crear soluciones innovadoras para avanzar hacia la sostenibilidad de un sistema global de agricultura y alimentación, lo que beneficia a toda la sociedad.




Referencias:

Scott, N.R.; Chen, H.; Cui, H. 2018. Nanotechnology Applications and Implications of Agrochemicals toward Sustainable Agriculture and Food Systems. J. Agric. Food Chem, 66: 6451−6456.

Walker, G.W.; Kookana, R.S.; Smith, N.E.; Kah, M.; Doolette, C.L.; Reeves, P.T.; Lovell, W.; Anderson, D.J.; Turney, T.W.; Navarro D.A. 2018. Ecological Risk Assessment of Nano-enabled Pesticides: A Perspective on Problem Formulation. J. Agric. Food Chem, 66: 6480−6486.

Zhao, X.; Cui, H.; Wang, Y.; Sun, C.; Cui, B.; Zeng, Z. 2018. Development Strategies and Prospects of Nano-based Smart Pesticide Formulation. J. Agric. Food Chem, 66: 6504−6512.