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El grafeno, también útil para la horticultura

El grafeno, también útil para la horticultura

El grafeno es uno de los materiales más interesantes y versátiles para diferentes sectores. Su conjunto de propiedades únicas y extraordinarias le permite numerosas aplicaciones, también en la horticultura

El grafeno está en la base de diversos sensores para evaluar el crecimiento vegetal y el óxido de grafeno ha demostrado efectos positivos en el desarrollo de las plantas

 

Beatriz Riverón,
Bioquímico farmacéutica

 

24.02.2022 – INFORMACIÓN
El grafeno es una de las formas cristalinas del carbono, al igual que el diamante y el grafito. Básicamente, el grafeno es un material formado por una capa extremadamente fina de grafito, con la diferencia de que tiene una estructura hexagonal cuyos átomos individuales se distribuyen generando una fina capa de carbono. En la práctica, el grafeno es el material más resistente, ligero y delgado que existe (un átomo de espesor); 3 millones de capas de grafeno superpuestas tienen solo 1 milímetro de altura.

Es casi transparente, excelente conductor del calor y de la electricidad. Es el material más fuerte jamás encontrado, que consiste en una hoja plana de átomos de carbono densamente empaquetados en una rejilla bidimensional. Es un ingrediente para materiales de grafito de otras dimensiones, como fullerenos y nanotubos.  Los fullerenos son una forma alotrópica de carbono, la tercera más estable después del diamante y el grafito. Se hicieron populares entre los químicos, tanto por su belleza estructural como por su versatilidad para la síntesis de nuevos compuestos químicos y proporcionarles propiedades físicas y químicas específicas.

La estructura física única del grafeno, así como sus propiedades químicas y eléctricas, lo hacen ideal para su uso en tecnologías de sensores. En los últimos años, se han propuesto nuevas plataformas de detección con grafeno modificado con nanopartículas y polímeros. Varias de estas plataformas se utilizan para inmovilizar biomoléculas, como anticuerpos, ADN y enzimas para crear biosensores altamente sensibles y selectivos. Se han empleado estrategias para unir estas biomoléculas a la superficie del grafeno en función de su composición química. Estos métodos incluyen la unión covalente, como el acoplamiento de las biomoléculas a través de las reacciones del clorhidrato de 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) carbodiimida y N-hidroxisuccinimida, y la fisisorción (fenómeno que implica interacciones de polarización débil del adsorbato y la superficie, sin transferencia de carga o modificaciones de la superficie). Se han descrito varios métodos de detección; sin embargo, el más común es el electroquímico. La razón principal por la que los investigadores utilizan este enfoque de detección es porque es un método simple, rápido y presenta una buena sensibilidad.

Estos biosensores pueden ser particularmente útiles en ciencias de la vida y medicina, ya que, en la práctica clínica, los biosensores con alta sensibilidad y especificidad pueden mejorar significativamente la atención al paciente, el diagnóstico temprano de enfermedades y la detección de patógenos.

Diversidad de aplicaciones del óxido de grafeno 

Se evaluó el efecto del óxido de grafeno en plantas de tomate en las etapas de plántula y madurez en términos de índices morfológicos y bioquímicos. El tratamiento con este compuesto mejoró significativamente el crecimiento del brote/tallo del tomate de manera dependiente de la dosis, al aumentar el número de células corticales, el área de la sección transversal, el diámetro y el área vascular. Además, el óxido de grafeno también promovió el desarrollo morfológico del sistema radicular y aumentó la acumulación de biomasa. El área superficial de las puntas de las raíces y los pelos de las plantas de tomate tratadas con 50 mg/L y 100 mg/L de óxido de grafeno fueron significativamente mayores en comparación con el control sin tratar.

A nivel molecular, el compuesto indujo la expresión de genes relacionados con el desarrollo de raíces (SlExt1 y LeCTR1) e incrementó significativamente el contenido de auxina de la raíz, lo que a su vez aumentó el número de frutos y aceleró la maduración de éstos en comparación con las plantas control.  Estos hechos muestran que se puede mejorar el crecimiento de las plantas cuando se usa en la concentración adecuada, siendo un material prometedor para uso agrícola.

Por otro lado, los problemas ambientales y la baja eficiencia asociados con los fertilizantes convencionales impulsan el desarrollo de fertilizantes avanzados con una liberación más lenta y mejores rendimientos.  Se desarrolló una nueva plataforma transportadora basada en láminas de óxido de grafeno que puede proporcionar una alta carga de micronutrientes vegetales con liberación lenta controlable.

Para probar esta idea, se usaron dos micronutrientes, zinc  y cobre para cargar hojas de óxido de grafeno y, por lo tanto, formular fertilizantes con micronutrientes a base de esta sustancia. La composición química y la carga exitosa de ambos nutrientes en las láminas, se confirmaron mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X, análisis termogravimétrico y difracción de rayos X. Los fertilizantes preparados de óxido de grafeno-zinc(Zn- y óxido de grafeno-cobre  mostraron un comportamiento de disolución bifásico en comparación con los gránulos de fertilizante de sulfato de cobre y sulfato de zinc comercial, mostrando una liberación de micronutrientes deseable. Se utilizó un método de visualización y un análisis químico para evaluar la liberación y difusión de cobre y zinc en el suelo a partir de fertilizantes basados ​​en óxido de grafeno en comparación con fertilizantes solubles comerciales para demostrar sus ventajas y mostrar la capacidad para usarse como una plataforma genérica entrega de micronutrientes. Una prueba en maceta demostró que la absorción de estos elementos por parte del trigo fue mayor cuando se usaron fertilizantes basados ​​en óxido de grafeno en comparación con cuando se usaron sales estándar de zinc o cobre.

También se investigaron   las respuestas morfológicas, fisiológicas y bioquímicas del óxido de grafeno en Aloe vera L. en el rango de concentración de 0-100 mg/L durante cuatro meses. Los resultados demostraron que con una concentración de 50 mg/L, se mejora la capacidad fotosintética de las hojas, aumentan el rendimiento y los caracteres morfológicos de la raíz y la mejora el contenido de nutrientes (proteínas y aminoácidos) de las hojas, sin reducir el contenido del principal compuesto bioactivo aloína. La aloína es un glucósido de antraquinona; es una sustancia amarillenta y amarga que se encuentra en las hojas de la planta en esta especie y se la utiliza fundamentalmente para tratar afecciones de la piel.

En conjunto, los estudios revelaron el papel del óxido de grafeno en la promoción del crecimiento de varias especies al estimular el crecimiento de las raíces y la fotosíntesis, lo que proporcionaría una base para su aplicación en la agricultura y la silvicultura.

Cada vez hay más evidencia de la promoción del crecimiento de las plantas asociada con el grafeno, sin embargo, los efectos crónicos del grafeno aplicado al suelo siguen sin explorarse en gran medida.

 

Fuentes
https://pt.wikipedia.org/wiki/Grafeno Acceso el 21/02/2022.

Kabiri , S.;  Degryse , F.;  Tran , D. H.;  da Silva, R.;      McLaughlin , M. J.;   Losic, D. ( 2017).
Graphene Oxide: A New Carrier for Slow Release of Plant Micronutrients.
ACS Appl Mater Interfaces, 9(49):43325-43335.

Zhang , X.;  Cao , H.;   Zhao , J.;   Wang , H.;  Xing , B.;   Chen , Z.;  Li , X.;   Zhang, J. (2021).
Graphene oxide exhibited positive effects on the growth of Aloe vera L.
Physiol Mol Biol Plants, 27(4):815-824.

Peña-Bahamonde , J.;  Nguyen , H. N.;  Fanourakis , S. K.;  Rodrigues, D. F. (2018).
Recent advances in graphene-based biosensor technology with applications in life sciences.
J Nanobiotechnology, 16(1):75.

Guo , X.;  Zhao , J.;  Wang , R.;  Zhang , H.;  Xing , B.;  Naeem , M.;   Yao , T.;  Li , R.;   Xu , R.;  Zhang , Z.;  Wu, J.  (2021).
Effects of graphene oxide on tomato growth in different stages.
Plant Physiol Biochem, 162:447-455.

Imagen
https://e-ficiencia.com/grafeno-caracteristicas-y-aplicaciones/

 

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