Carbon nanofibers as a micronutrient carrier in plants: efficient translocation and controlled release of Cu nanoparticles

Resumo

Uma dispersão coloidal aquosa (tamanho médio ∼230 nm) de nanofibras de carbono (NFsC) com nanopartículas de cobre (Cu) crescidas sobre elas, foi usada como um estimulante para a produtividade das culturas. As Cu-NFsC (diâmetro médio = 95 nm), preparadas separadamente em um substrato de microfibra de carvão ativado usando deposição química a vapor, foram dispersas em água contendo sementes de Cicer arietinum. As NFsC serviram como um carreador para o micronutriente Cu, com uma liberação controlada das NPs de Cu. As NFsC também serviram como um estimulante de crescimento ao aumentar a capacidade de absorção de água das plantas. As imagens de microscopia eletrônica de varredura, o mapeamento elementar (Cu/C) e os dados de espectrometria de absorção atômica corroboraram a translocação efetiva das Cu-NFsC da raiz para a parte aérea das plantas. A capacidade de absorção de água, a taxa de germinação, os comprimentos da parte aérea e da raiz e os teores de clorofila e proteína aumentaram significativamente nas plantas que utilizaram as Cu-NFsC. Este é o primeiro estudo mostrando o uso das Cu-NFsC como um carreador de micronutrientes em plantas, com uma capacidade de translocação eficaz.

Abstract

An aqueous colloidal dispersion (∼230 nm average size) of the copper (Cu) nanoparticle (NP)-grown carbon nanofibers (CNFs) was used as a stimulant for crop yields. The Cu-CNFs (average diameter = 95 nm), separately prepared on an activated carbon microfiber substrate using chemical vapor deposition, were dispersed in Cicer arietinum seed-containing water. The CNFs served as a carrier for the Cu micronutrient, with a controlled release of the Cu NPs. The CNFs also served as a growth stimulant by increasing the water uptake capacity of the plants. The scanning electron microscopy images, elemental (Cu/C) mapping, and atomic absorption spectrometry data corroborated the effective translocation of the Cu-CNFs from the root to the shoot of the plants. The water uptake capacity, germination rate, shoot and root lengths, and chlorophyll and protein contents significantly increased in the plants using the Cu-CNFs. This is the first study showing the use of the Cu-CNFs as a carrier of micronutrients in plants, with an effective translocation ability.