A cada ano, os agricultores dos EUA perdem até 12% de suas colheitas para doenças e outros 12% para pragas. As plantas doentes respondem por bilhões de dólares em lucros perdidos no setor agrícola.
O problema é que as doenças de plantas são difíceis de detectar antes que seja tarde demais. No momento em que há sintomas visíveis - folhas murchas, por exemplo, ou descoloração -, a doença avançou o suficiente para ser intratável.
Mas as plantas deixam seus arredores saberem quando estão doentes ou sob ataque, mas não de uma maneira que já conseguimos entender em tempo real - até agora. Uma equipe de engenheiros liderada por Gary McMurray, chefe de divisão de tecnologia de processamento de alimentos do Instituto de Tecnologia da Geórgia (Georgia Tech), desenvolveu um método para monitorar e decodificar essas mensagens para permitir que os agricultores identifiquem e tratem doenças antes que elas criem raízes. Sua visão: braços robóticos que capturam e identificam os sinais naturais de doenças das plantas na mosca.
Todas as plantas produzem sinais naturais, na forma de compostos orgânicos voláteis (COVs), para alertar os arredores do que os está atacando. O sistema de McMurray captura esses compostos usando uma versão miniaturizada de um cromatógrafo a gás (chamado de micro GC). Os dispositivos, que foram originalmente desenvolvidos por volta da virada do século 20, são usados para separar produtos químicos em amostras complexas - no caso de McMurray, os gases que uma planta emite. Como o gás é aquecido e passado através de uma coluna, e um sensor eletrônico detecta os compostos que a amostra contém.
Não há beliscar ou extrair amostras e executá-las de volta ao laboratório para análise - um processo que pode levar dias ou semanas para ser concluído. Toda a informação que o micro GC precisa está no ar, o que significa tratar doenças, ou salvar plantas delas, pode ficar muito mais rápido.
As aplicações para cromatografia gasosa se estendem bem além das lavouras. O Departamento de Segurança Interna, por exemplo, os usa para detectar certos tipos de gases e produtos químicos perigosos. E os pesquisadores também estão usando-os para rastrear certos tipos de doenças digestivas em humanos.
Tradicionalmente, os cromatógrafos são grandes dispositivos com 3 a 10 metros de comprimento; Os avanços nos nanomateriais e na fabricação permitiram a McMurray criar um com o tamanho de uma bateria de 8 volts.
“Nós nunca poderíamos ter construído isso; até cinco anos atrás não teria sido possível ”, diz ele.
O micro GC da McMurray pode ser montado em um braço robótico em equipamentos agrícolas existentes, como um trator ou arado. O braço seguraria o dispositivo acima das folhas da planta e coletaria amostras de ar. Um computador pequeno, não mais potente que um laptop ou um iPhone básico, pode processar dados das amostras para identificar quaisquer patógenos; Um rápido fluxo de hélio prepara o sensor para avaliar sua próxima amostra.
Por serem pequenos, "[nós] podemos construir múltiplos micro-GCs em um robô", diz McMurray. "Eu posso ter 10, 20, até mesmo 100 deles em um único trator."
Isso significa que um trator pode coletar amostras de caules, raízes e botões simultaneamente.
O sistema de micro GC também pode ser usado para rastrear todos os nossos alimentos - de frutas a legumes e grãos - para doenças.
“Produtos frescos que estão sendo transportados ao redor do mundo podem estar carregando várias pragas ou doenças. Se você tiver algum tipo de sensor móvel ou implantável em campo, poderá detectar os COVs que saem das plantas ”, postula McMurray. "Isso poderia resolver alguns problemas muito grandes".
A equipe está atualmente terminando os testes de laboratório para o micro GC para garantir que os resultados sejam consistentes com os dos cromatógrafos maiores. Em agosto ou setembro, eles farão seu primeiro teste de campo, no qual um pesquisador fará um micro GC através de campos de pêssego para testar o Peachtree Root Rot.
Embora o teste inicial se concentre em uma doença específica, a cromatografia gasosa pode rastrear dezenas de patógenos de uma só vez, o que também a distingue de outras abordagens, diz McMurray.
Mesmo com a tecnologia, os patologistas de plantas ainda terão que mapear as emissões de COV associadas a certos planos e certas doenças.
As plantas cujas emissões de COVs já estão bem documentadas terão um avanço quando a triagem de micro GC estiver em andamento; outros exigirão mais tempo e pesquisa para diagnosticar e tratar. “O patógeno que escolhemos, ninguém sabe de nada”, diz McMurray, “mas, por exemplo, há muito conhecimento sobre certos fungos”.
Mas o micro GC da Georgia Tech é um importante ponto de virada em usabilidade e escalabilidade, diz McMurray.
“O que achamos que é único”, diz McMurray, “esses novos processos de fabricação estão abrindo uma nova era de sensores”.
