Desenvolvimento de dispositivo microfluídico para avaliação in situ do movimento convectivo/difusivo de micronutrientes através do solo e da rizosfera ao redor de uma raiz viva

• Processo: 24/19269-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2026
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Analítica
• Pesquisador responsável: Helio Cesar Nogueira Tolentino
• Beneficiário: Júlia Adorno Barbosa
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Microfluídica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Calcium phosphate | in-situ synchrotron analysis | Microfluidic Device | nutrient mobility | Rhizosphere | soil matrices | Microfluídica

Resumo

Compreender o transporte de nutrientes no solo e na rizosfera em escala micrométrica é essencial para aprimorar a eficiência no uso de insumos e promover práticas agrícolas sustentáveis. No entanto, os sistemas experimentais convencionais, como colunas de solo e câmaras de cultivo, apresentam limitações significativas. Esses métodos não conseguem capturar a heterogeneidade estrutural e a opacidade natural dos solos, o que dificulta a observação direta dos processos microscópicos. Além disso, as interações entre nutrientes, raízes e microrganismos são altamente localizadas e dinâmicas, muitas vezes distorcidas ou ausentes em ensaios laboratoriais de baixa resolução. A consequente perda de precisão espacial e temporal, somada à dificuldade em reproduzir condições realistas de umidade, adsorção e fluxo, limita a capacidade desses sistemas de replicar fielmente os fenômenos in situ.Este projeto propõe o desenvolvimento e a aplicação de uma plataforma microfluídica integrada a técnicas de imageamento por luz síncrotron para avaliar o transporte convectivo e difusivo de íons cálcio e fosfato no solo e nas proximidades de raízes vivas. O plano de trabalho tem início com a fabricação e caracterização físico-química de um dispositivo microfluídico (Protótipo 1), incluindo a integração do solo, testes de vedação e avaliação da estabilidade estrutural sob fluxo. Para garantir que a lixiviação indesejada de componentes do solo não interfira nas análises subsequentes, serão utilizadas as técnicas de LC/MS e ICP/MS para detectar a liberação de espécies orgânicas e inorgânicas.Em seguida, a difusividade efetiva dos íons será estimada por meio de modelagem baseada em imagens tridimensionais obtidas por µ-XCT na linha de luz MOGNO. Com o dispositivo otimizado, experimentos na linha de luz CARNAÚBA permitirão o mapeamento espacial do transporte de nutrientes a partir de fontes solúveis (KH¿PO¿ e CaCl¿) e partículas minerais (monetita e hidroxiapatita), sob diferentes regimes de fluxo e condições de pH. Na segunda fase do projeto, será fabricado o Protótipo 2, acoplado a um sistema de Rizomicrocosmo, possibilitando a investigação do transporte de nutrientes na presença de raízes vivas de Arabidopsis thaliana. O impacto do sistema radicular nos padrões locais de difusão será analisado por imageamento com luz síncrotron e modelagem computacional, fornecendo uma visão espacialmente resolvida das interações entre nutrientes e raízes.A plataforma desenvolvida poderá ser aplicada em estudos voltados ao desenvolvimento de fertilizantes mais eficientes e específicos, à investigação de como diferentes tipos de solo influenciam a mobilidade de nutrientes e à avaliação de mecanismos de retenção ou imobilização induzidos por contaminantes. Além disso, permite a realização de experimentos de longo prazo que aprofundam a compreensão dos processos químicos e biológicos que regulam a disponibilidade de nutrientes na rizosfera, contribuindo para uma agricultura mais sustentável e baseada em conhecimento de alta resolução.