Avaliação molecular da rizosfera: Composição e influência na formação da eco-corona em nanopartículas de CuO

• Processo: 24/18015-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química
• Pesquisador responsável: Diego Stéfani Teodoro Martinez
• Beneficiário: Laís Gomes Fregolente
• Supervisor: Patrick G Hatcher
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Old Dominion University (ODU), Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 23/13881-7 - Caracterização molecular de Eco-corona em nanopartícula de 65CuO em ambiente tropical: Avaliação dos impactos da matéria orgânica de latossolo, latossolo condicionado com biochar e de Terra Preta da Amazônia na simbiose entre rizóbio e raiz de soja, BP.PD
• Assunto(s): Materiais nanoestruturados Soja
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: environmental corona | environmental nanotechnology | Nanobiotechnology | nanomaterials | root zone | Soybean | Nanobiotecnologia, Nanotoxicologia, Ecotoxicologia, Materiais Nanoestruturados

Resumo

O efeito de formação de corona se refere à camada de macromoléculas espontaneamente adsorvidas a superfície de nanopartículas a partir da sua interação com um meio, alterando seu comportamento e influenciando sua estabilidade, reatividade e ecotoxicidade. A composição, estrutura e dimensões dessa camada de revestimento dependem tanto das características das nanopartículas quanto do meio de exposição. "Protein-corona" é um termo consolidado no que diz respeito à absorção de proteínas na superfície de nanopartículas. Outros meios de exposição com maior diversidade de biomoléculas estão sendo explorados, onde essa camada de biomoléculas adsorvidas na superfície do material passa a ser chamada de "eco-corona". O solo é um dos ambientes mais complexos e dinâmicos, composto por uma grande diversidade de compostos orgânicos de tamanhos variados, principalmente na região próxima às raízes, devido a liberação de exsudatos de plantas e a intensa atividade microbiana. Essa diversidade molecular também pode ser modificada pela adição de "biochar", um condicionador de solo capaz de alterar a natureza da matéria orgânica presente. Por consequência dessa composição orgânica complexa, tais sistemas são pouco explorados dentro do conceito de formação de corona, uma vez que essa grande diversidade molecular impacta diretamente na composição da camada de biomoléculas na superfície do material. Há muitas perguntas a serem respondidas quanto aos mecanismos que dominam as interações entre partículas e moléculas que impulsionam a formação da eco-corona. Assim, o objetivo deste projeto é avaliar a composição da eco-corona formada em nanopartículas de CuO considerando os componentes da rizosfera do solo, utilizando instrumentação científica de alta complexidade na caracterização da matéria orgânica a nível molecular de detalhe. Esperamos identificar um padrão na adsorção das moléculas que formam a eco-corona avaliando a matéria orgânica dissolvida do solo, ácidos húmicos, exsudato de raiz de soja e extrato obtido de rizóbio. Para tanto, serão avaliados a sequência e a duração da exposição, misturas dos meios e a morfologia das nanopartículas. Ao investigar a composição da eco-corona em diferentes cenários, abordando tanto a formação da hard quanto da soft corona, pretendemos preencher lacunas e incertezas, capazes de orientar pesquisas futuras envolvendo nanomateriais para aplicação no solo. A espectrometria de massas por transformada de Fourier e ressonância ciclotrônica de íons (FT-ICR-MS) é a técnica fundamental para explorar a matéria orgânica a nível molecular. Já a ressonância magnética nuclear (RMN) de 1H em estado líquido e de alta resolução com giro no ângulo mágico (HR-MAS) fornecerão espectros altamente resolvidos (RMN-2D). Juntas, essas técnicas têm capacidade de melhorar nossa compreensão quanto a composição da matéria orgânica, facilitando uma caracterização detalhada das moléculas que compõem tanto os meios quanto a eco-corona. Técnicas como a cromatografia gasosa juntamente com a espectrometria de massa (GCxGC/MS), utilizando hidróxido de tretrametilamônio (TMAH) como agente derivatizante, e a metodologia do ácido benzeno policarboxílico (BPCA) como marcador molecular para "black carbon", serão empregadas para avaliar mudanças na matéria orgânica resultantes da adição de "biochar" ao solo. Portanto, este projeto é um estudo novo que reúne nanopartículas, solos tropicais e aplicação de "biochar" na abordagem de eco-corona, onde as técnicas descritas são determinantes para avançar nossa compreensão sobre formação de corona em ambientes mais complexos como a rizosfera. O Dr. Hatcher, especialista nas técnicas propostas, representa uma oportunidade para aprimoramento da discussão e interpretação dos resultados, sendo o seu grupo reconhecido mundialmente como uma das principais equipes de pesquisa em cromatografia e análise molecular de amostras complexas.