Cientistas brasileiros e americanos da área de nanotecnologia criaram um novo sensor capaz de identificar vitamina C (ácido ascórbico – AA) em diversos alimentos. A detecção ocorre em menos de um minuto. Esse aparelho utiliza uma combinação sem precedentes de nanofibras de óxidos de zinco e cobalto junto a MXenes, que são materiais bidimensionais ultrafinos, com poucas camadas atômicas.
Funciona como um sensor colorimétrico, uma ferramenta analítica que revela a presença ou concentração de substâncias através de mudanças de cor. O sistema é um líquido, produto do material desenvolvido, que consiste em um nanocompósito de nanofibras de óxido de zinco e cobalto unidas a MXene. Quando esse material reage com a tetrametilbenzidina (TMB), um composto incolor, a mistura adquire uma tonalidade azul. No entanto, a vitamina C faz com que essa cor azul diminua ou mesmo desapareça, dependendo da concentração do ácido ascórbico presente na amostra alimentar.
A pesquisa foi conduzida pela Embrapa Instrumentação, localizada em São Carlos (SP), e contou com a colaboração do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Também participaram o Instituto de Química da Universidade Federal da Bahia (UFBA) e o Instituto de Nanomateriais AJ Drexel (DNI) da Universidade Drexel, na Filadélfia, Estados Unidos.
Como os MXenes revolucionam a ciência dos materiais
Comparados ao grafeno, os MXenes representam um avanço significativo na ciência dos materiais, com grande potencial para múltiplas aplicações. Desde sua descoberta em 2011 pelos professores Yury Gogotsi e Michel Barsoum, da Universidade Drexel, esses materiais bidimensionais (2D), extremamente finos e formados por poucas camadas atômicas, despertaram o interesse da comunidade científica global.
As características singulares dos MXenes, incluindo sua elevada condutividade elétrica, vasta área superficial, robustez mecânica e estabilidade química, além da facilidade de dispersão em água, permitem sua aplicação em uma gama diversificada de setores.
Conforme dados do relatório da Market Report World, o mercado de materiais à base de MXenes, que foi estimado em cerca de US$ 25,41 milhões em 2025, projeta um crescimento exponencial para alcançar US$ 228,82 milhões até 2034, com uma impressionante taxa de crescimento de 24,58% entre esses anos. Essa expansão reflete seu vasto potencial em áreas como medicina, meio ambiente, agricultura e armazenamento de energia. Contudo, apesar do amplo espectro de uso, a aplicação dos MXenes como nanoenzimas, como neste sensor inovador, ainda se mostra um campo com pouca exploração na literatura científica global, indicando um nicho promissor para futuras pesquisas e desenvolvimentos que podem expandir ainda mais esse mercado já aquecido.
Sistema abre portas para criação de futuros dispositivos portáteis
O novo sistema de detecção, fundamentado em uma nanoestrutura que simula a função de enzimas naturais (as chamadas nanoenzimas), oferece análises exatas da vitamina C em alimentos sem a necessidade de equipamentos caros e complexos de laboratório. Diferentemente de métodos tradicionais, como cromatografia, eletroforese e técnicas eletroquímicas, que apesar de sensíveis, demandam infraestrutura sofisticada e profissionais altamente qualificados, esta tecnologia se destaca pela simplicidade, democratizando o acesso a testes importantes para a saúde pública e a indústria alimentícia.
Os pesquisadores têm a ambição de miniaturizar ainda mais essa solução visualmente detectável, visando a criação de dispositivos portáteis, de fácil manuseio e com custo acessível.
Como a nova tecnologia atua para detectar a vitamina C
Este sensor inovador foi desenvolvido a partir de um material compósito que imita a ação de enzimas naturais. Ele é resultado da combinação de MXenes, compostos inorgânicos bidimensionais ainda pouco estudados, com nanofibras de óxido de zinco e óxido de cobalto, produzidas por eletrofiação. A eletrofiação é um método flexível que emprega campos elétricos de alta voltagem, na faixa de quilovolts, para criar fibras com dimensões nanométricas.
Daniel Souza Correa, pesquisador da Embrapa Instrumentação e um dos coordenadores do estudo ao lado do professor Yury Gogotsi, explica o funcionamento prático: o material criado induz o TMB (tetrametilbenzidina), usado na análise, a ficar azul. Se a amostra contiver vitamina C, essa coloração azul desvanece-se progressivamente, permitindo aferir a quantidade do nutriente.
“A intensidade e a velocidade da alteração da cor azul estão diretamente ligadas à concentração de ácido ascórbico; quanto mais presente, mais rápido o desbotamento. Os ensaios requerem apenas 2 mL de amostra e menos de 0,5 mg do material, resultando em menores custos e dispensando equipamentos complexos típicos de laboratórios convencionais”, detalha o pesquisador.
A eficácia do sensor foi validada por meio de testes em variados tipos de suco de laranja, incluindo versões naturais, industrializadas e em pó, com medições realizadas em triplicata. A tecnologia demonstrou capacidade de mensurar a vitamina C nas amostras com precisão próxima de 100%, comprovando sua robustez em cenários de uso real.
“Além disso, o método apresentou grande seletividade. Componentes frequentemente presentes em alimentos, como açúcares, sais e outras moléculas orgânicas, não afetaram consideravelmente os resultados da medição. Essa característica é crucial para aplicações práticas, nas quais as amostras possuem composições diversas e complexas”, pontua a professora Luiza Amim Mercante, da UFBA.
Por que a detecção precisa de vitamina C é tão importante
Reconhecida como um nutriente vital para o corpo humano, a vitamina C possui propriedades antioxidantes e desempenha um papel crucial em funções fisiológicas essenciais, como a produção de colágeno e a absorção de ferro. A carência desse nutriente pode levar a sérios problemas de saúde, como escorbuto e disfunções mentais.
Assegurar a quantidade correta de vitamina C nos alimentos exige medições velozes e exatas. Portanto, criar métodos de monitoramento confiáveis é estratégico para a indústria e a saúde pública. Nesse contexto, a detecção colorimétrica emerge como uma opção mais fácil e econômica. Segundo Correa, “neste processo, nanoenzimas provocam reações que resultam em mudanças de cor, viabilizando a quantificação indireta de substâncias como a vitamina C, de forma ágil e perceptível visualmente”.
O cientista esclarece que a alta capacidade das nanoenzimas em catalisar reações químicas, aliada à sua estabilidade e baixo custo, as torna ideais para o desenvolvimento de sensores colorimétricos de sucesso. Ele enfatiza que “a performance das nanoenzimas é diretamente impactada pelos nanomateriais que as compõem”.
Potencial da tecnologia se estende além da análise de alimentos
Murilo Henrique Moreira Facure, que conduziu a pesquisa durante seu doutorado no Programa de Pós-Graduação em Química (PPGQ) da UFSCar e no Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio (LNNA), na Embrapa Instrumentação, vê o projeto como uma continuidade de sua vivência no grupo do professor Gogotsi. Facure realizou um estágio sanduíche de um ano com o professor durante seu doutorado.
Embora o estudo tenha focado inicialmente na análise de alimentos após o retorno de Facure ao Brasil, a tecnologia possui um alcance maior. “O sensor pode ser ajustado para acompanhar a vitamina C em fluidos biológicos, oferecendo suporte a diagnósticos médicos e ao monitoramento nutricional”, declara Facure.
O pesquisador ressalta que a pesquisa constitui um avanço crucial na área das nanoenzimas, dado que a combinação de materiais distintos — especificamente nanofibras e MXene — produziu um efeito sinérgico. Isso resultou em um aumento considerável da eficiência reacional, de modo rápido e simplificado. “Tal inovação não apenas serve como uma opção para identificar o nutriente, mas também pavimenta a estrada para o surgimento de novos sensores químicos e biológicos, com utilidades que abrangem desde a segurança alimentar até a vigilância ambiental”, conclui.
Ele detalha que a união de nanofibras com o composto bidimensional criou uma estrutura com alta reatividade, apta a replicar com êxito o mecanismo de ação de enzimas naturais.
Murilo Facure, que hoje atua como professor na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP), é o autor principal do artigo científico “ZnO−Co3O4 Nanofibers/MXene Composite with Peroxidase-Like Activity for Ascorbic Acid Detection”. O trabalho foi divulgado na revista ACS Applied Nano Materials, no volume 8, em 2025.
O financiamento para este estudo foi provido pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), por intermédio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).