I nanozimi sono materiali sintetici che imitano le proprietà degli enzimi naturali per applicazioni in biomedicina e ingegneria chimica. Storicamente, sono generalmente considerati troppo tossici e costosi per essere utilizzati in agricoltura e nelle scienze alimentari. Ora, i ricercatori dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign hanno sviluppato un nanoenzima organico, non tossico, rispettoso dell'ambiente ed economico.
In un articolo appena pubblicato, ne descrivono le caratteristiche e la capacità di rilevare la presenza di glifosato, un comune erbicida agricolo. Il loro obiettivo è quello di creare un kit di test di facile utilizzo per consumatori e produttori agricoli.
"La parola nanozima deriva da nanomateriale ed enzima. I nanozimi furono sviluppati per la prima volta circa 15 anni fa, quando i ricercatori scoprirono che le nanoparticelle di ossido di ferro possono svolgere un'attività catalitica simile agli enzimi naturali (perossidasi)", ha spiegato Dong Hoon Lee, uno studente di dottorato nel Dipartimento di ingegneria agraria e biologica (ABE), parte del College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) e del Grainger College of Engineering presso l'U. of I.
Questi nanozimi imitano l'attività della perossidasi, un enzima che catalizza l'ossidazione di un substrato utilizzando il perossido di idrogeno come agente ossidante. Forniscono maggiore stabilità e costi inferiori rispetto alla perossidasi naturale e sono ampiamente utilizzati nella ricerca biomedica, compresi i biosensori per il rilevamento di molecole bersaglio nella diagnostica delle malattie.
"I nanozimi tradizionali vengono creati da materiali inorganici a base metallica, il che li rende troppo tossici e costosi per essere applicati direttamente all'alimentazione e all'agricoltura", ha affermato Lee.
"Il nostro gruppo di ricerca è pioniere nello sviluppo di nanozimi completamente organici a base di composti (nanozimi OC) che presentano attività simili alla perossidasi. Il nanozima OC segue l'attività catalitica dell'enzima naturale ma si basa prevalentemente su composti organici adatti all'agricoltura, come urea che agisce come agente chelante e alcol polivinilico come stabilizzante delle particelle."
I ricercatori hanno inoltre implementato un sistema di rilevamento ottico integrato con il nanozyme OC per il rilevamento delle molecole bersaglio. I test colorimetrici, un tipo di metodi di rilevamento ottico, utilizzano l'intensità del colore per fornire una concentrazione stimata della presenza di molecole specifiche in una sostanza, in modo tale che il colore più scuro o più chiaro indichi una quantità inferiore o superiore di molecole target. Il nanozima composto organico ha funzionato alla pari dei nanozimi tipicamente utilizzati nelle applicazioni di biorilevamento nell'ambito del loro profilo cinetico con prestazioni di rilevamento delle molecole.
"I nanozimi tradizionali presentano una serie di problemi:tossicità, lunga degradazione e un processo di produzione complesso. Al contrario, il nostro nanozima è più veloce da produrre, economico, non tossico e rispettoso dell'ambiente", ha affermato Mohammed Kamruzzaman, assistente professore. in ABE e coautore dello studio.
Lee e Kamruzzaman hanno applicato la piattaforma di rilevamento colorimetrico basata su nanozima OC per rilevare la presenza di glifosato, un erbicida ampiamente utilizzato nel settore agricolo. Hanno eseguito analisi colorimetriche in soluzioni contenenti diverse concentrazioni di glifosato, scoprendo che il nanozima organico era in grado di rilevare con successo il glifosato con adeguata precisione.
"C'è una crescente domanda di testare la presenza di pesticidi o erbicidi nei prodotti agricoli per proteggere la salute umana e delle colture. Vogliamo sviluppare una piattaforma di test sul punto di utilizzo basata su nanozimi OC per agricoltori o consumatori che possa essere applicata sul campo o a casa", ha dichiarato Kamruzzaman.
"Le persone dovrebbero procurarsi un kit di test con una sostanza da mescolare al campione, quindi scattare una foto e utilizzare un'app sul proprio telefono per identificare l'intensità del colore e interpretare se è presente glifosato. L'obiettivo finale è rendere il test portatile e applicabile ovunque."
I ricercatori stanno anche lavorando allo sviluppo di ulteriori nanozimi e prevedono che questi materiali rispettosi dell'ambiente abbiano un grande potenziale per un'ampia gamma di applicazioni.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Nanoscale .
Ulteriori informazioni: Dong Hoon Lee et al, Nanozimi a base di composti organici per il rilevamento di erbicidi agricoli, Nanoscala (2023). DOI:10.1039/D3NR02025H
Informazioni sul giornale: Nanoscala
Fornito dall'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign
