Resumo

Pesquisadores do Brasil e dos EUA criam sensor químico que detecta vitamina C em alimentos em menos de um minuto. Unindo nanofibras e MXeno, a tecnologia muda de cor conforme a concentração do nutriente, reduzindo custos laboratoriais.

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Baseado em uma nanoestrutura que imita a ação de enzimas naturais, conhecida como nanoenzima, o sistema desenvolvido para o sensor dispensa equipamentos laboratoriais sofisticados (Foto: Gabriel Moraes) __________________________________________________________________________________________________________

Da Agência Embrapa de Notícias

Especialistas em nanotecnologia do Brasil e dos Estados Unidos desenvolveram um sensor que detecta, em menos de 1 minuto, a presença da vitamina C (ácido ascórbico - AA), em alimentos. O dispositivo é feito de uma combinação inédita de nanofibras, produzidas com óxidos de zinco e de cobalto, com MXeno, uma categoria de materiais bidimensionais (2D) ultrafinos compostos por poucas camadas atômicas (leia mais sobre eles no quadro abaixo).

O sensor colorimétrico — uma ferramenta analítica para detectar a presença ou a concentração de uma substância por meio de uma mudança de cor — é um líquido formado pelo próprio material desenvolvido pelos pesquisadores. Trata-se de um nanocompósito constituído por nanofibras de óxido de zinco e de cobalto combinadas com MXeno. Esse material desencadeia uma reação química ao entrar em contato com a tetrametilbenzidina (TMB), um composto utilizado para gerar uma resposta visual por mudança de cor. Em seu estado puro, o TMB é incolor, mas se torna azul com a junção do nanocompósito. Na presença de vitamina C, a coloração azul perde intensidade e pode até desaparecer, de acordo com a quantidade de ácido ascórbico contida no alimento analisado.

O estudo foi realizado pela  Embrapa Instrumentação (SP), em parceria com o Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), o Instituto de Química da Universidade Federal da Bahia (UFBA) e o Instituto de Nanomateriais AJ Drexel (DNI) da Universidade Drexel, na Filadélfia (EUA).

Os testes incluíram sucos de laranja natural e industrializados (Foto: Gabriel Morais) _________________________________________________________________________________________________

Os MXenos são apontados como um avanço comparável ao do grafeno no campo da ciência dos materiais e considerados promissores para diversos usos. Descobertos em 2011 pelos grupos de pesquisa dos professores Yury Gogotsi e Michel Barsoum, da Universidade Drexel , esses materiais bidimensionais (2D) ultrafinos, compostos por poucas camadas atômicas, têm atraído a atenção de cientistas mundialmente.

Um dos motivos é a possibilidade de utilização dos MXenos em diferentes aplicações devido a suas propriedades distintas, como alta condutividade elétrica, grande  área superficial, resistência mecânica e estabilidade química, além de serem facilmente dispersos em água.

De acordo com o relatório da Market Report World, o mercado de materiais baseados em MXenos foi avaliado em aproximadamente US$ 25,41 milhões em 2025 e atingirá US$ 228,82 milhões até 2034, com taxa de crescimento de 24,58% de 2025 a 2034. Seu uso é amplo e tem sido empregado nas áreas médica, ambiental, agrícola e de armazenamento de energia. No entanto, sua aplicação como nanoenzimas, a exemplo do sensor, permanece pouco explorada na literatura científica.

Caminho para novos sensores

Baseado em uma nanoestrutura que imita a ação de enzimas naturais, conhecida como nanoenzima, o sistema desenvolvido para o sensor dispensa equipamentos laboratoriais sofisticados e permite análises precisas do nutriente em alimentos. Métodos como cromatografia, eletroforese e técnicas eletroquímicas são sensíveis, porém exigem equipamentos complexos e mão de obra especializada.

A expectativa dos cientistas para a solução que muda de cor diante dos olhos é avançar nas etapas de miniaturização do sistema e no desenvolvimento de dispositivos portáteis de fácil uso e baixo custo.

Do laboratório para o copo

O sensor é baseado em um material compósito que apresenta capacidade de mimetizar enzimas naturais e foi obtido pela combinação de compostos inorgânicos bidimensionais ainda pouco explorados, os MXenos, com nanofibras eletrofiadas de óxido de zinco e óxido de cobalto. A eletrofiação é uma técnica versátil, que utiliza campos elétricos elevados - da ordem de alguns quilovolts - para obtenção de fibras de dimensões nanométricas.

Pesquisador Daniel Corrêa (Foto: Gabriel Morais) ________________________________________________________________________________________________

O pesquisador da Embrapa Instrumentação, Daniel Souza Correa (foto AO LADO), que coordenou o estudo junto com o professor Yury Gogotsi, diz que, na prática, o material desenvolvido faz com que o TMB, composto utilizado na análise, adquira uma coloração azul. Quando há vitamina C na amostra, essa cor vai desaparecendo gradualmente, o que permite determinar a concentração do nutriente.

“Quanto maior a concentração do ácido ascórbico, mais intensa e mais rápida é a mudança, ocasionando o desbotamento da cor azul. Os testes podem ser realizados em amostras de apenas 2 mL e demandam menos do que 0,5 mg do material desenvolvido. Isso reduz custos de análise e elimina a necessidade de equipamentos sofisticados, comuns em análises laboratoriais tradicionais”, explica o pesquisador.

Para comprovar a eficiência do sensor, os pesquisadores testaram a tecnologia em diferentes tipos de suco de laranja - natural, industrializado e suco em pó. As medições foram realizadas em triplicata. O sensor conseguiu medir a quantidade de vitamina C existente nas amostras com índices próximos de 100%, prova da precisão do método em condições reais.

"O sistema inovador que muda de cor diante dos olhos abre caminho para o desenvolvimento de dispositivos portáteis, rápidos e de baixo custo."

“O método ainda demonstrou alta seletividade. Substâncias comuns encontradas em alimentos — como açúcar, sais e outros compostos orgânicos — não interferiram significativamente na medição. Isso é fundamental para aplicações reais, onde as amostras são complexas e contêm componentes variados”, esclarece a professora da UFBA Luiza Amim Mercante.

Solução contendo o sensor responsável por desencadear a cor azul (Foto: Gabriel Morais) ________________________________________________________________________________________________________________________

Método facilita detecção de vitamina C

A vitamina C é considerada um nutriente essencial no organismo, com propriedades antioxidantes e papel fundamental em processos fisiológicos, como síntese de colágeno e absorção de ferro. Sua deficiência está associada a problemas de saúde, como escorbuto e distúrbios mentais.

Para garantir níveis adequados em alimentos, é necessário medir sua concentração de forma rápida e precisa. Por isso, o desenvolvimento de métodos confiáveis de monitoramento é estratégico tanto para a indústria quanto para a saúde pública.

A detecção colorimétrica surge como alternativa mais simples e acessível. Nesse método, nanoenzimas desencadeiam reações que geram mudança de cor, permitindo quantificar indiretamente substâncias como a vitamina C, de maneira rápida e visual”, diz Correa.

O pesquisador explica que, devido à alta eficiência para promover reações químicas, à estabilidade e ao baixo custo, as nanoenzimas têm sido empregadas com sucesso no desenvolvimento de sensores colorimétricos. “O desempenho das nanoenzimas é intrinsecamente influenciado pelos nanomateriais que as constituem”, diz ele.

Tecnologia com múltiplas aplicações

Para Murilo Henrique Moreira Facure (foto abaixo), que desenvolveu o estudo durante seu doutorado realizado no Programa de Pós-Graduação em Química (PPGQ) da UFSCar e no Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio (LNNA), sediado na Embrapa Instrumentação, o trabalho representa também um desdobramento de sua experiência no grupo do professor Gogotsi, com o qual Facure realizou estágio sanduíche de um ano durante seu doutorado.

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Desenvolvido após seu retorno ao Brasil, a pesquisa teve como foco inicial a análise de alimentos, mas o potencial da tecnologia vai além. “O sensor pode ser adaptado para monitorar vitamina C em fluidos biológicos, contribuindo para diagnósticos médicos e acompanhamento nutricional”, afirma Facure.

Segundo ele, o trabalho também representa um avanço científico importante no desenvolvimento de nanoenzimas, considerando que a combinação entre diferentes materiais — neste caso, nanofibras e MXeno — gerou um efeito sinérgico, aumentando significativamente a eficiência da reação, de forma rápida e fácil. “Esse tipo de inovação, além de ser uma alternativa para detectar o nutriente, abre caminho para novos sensores químicos e biológicos, com aplicações que vão desde segurança alimentar até monitoramento ambiental”, analisa.

Ele explica que a junção de nanofibras com o composto bidimensional resultou em uma estrutura altamente reativa, capaz de imitar o funcionamento de enzimas naturais com bom desempenho.

Atualmente professor da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP), Facure é o primeiro autor do artigo “ZnO−Co₃O₄ Nanofibers/MXene Composite with Peroxidase-Like Activity for Ascorbic Acid Detection”, publicado na revista ACS Applied Nano Materials, volume 8 de 2025.

O estudo recebeu apoio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) via Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

*Texto produzido pela jornalista Joana Silva, da Embrapa Instrumentação.

Nanotecnologia — Vitamina C — Sensor Químico — MXeno — Embrapa — Indústria de Alimentos — Inovação Científica