Preservación del polen de maíz mediante nanotecnología apoyada en Inteligencia Artificial

El maíz es el tercer cultivo con mayor superficie de siembra en Colombia, después del café y el arroz. La mayor parte de la producción nacional se destina a alimentación animal (principalmente pollos y cerdos) y el 28% restante al consumo humano directo. Aun así, el país produce menos de lo que demanda y depende en gran medida de importaciones, que hoy cubren alrededor del 74% de la demanda nacional.

En Colombia conviven dos sistemas productivos: el tecnificado, que concentra cerca del 71% de la producción y logra mayores rendimientos, y el tradicional, clave para la economía rural y la conservación de variedades locales. En este contexto, una forma directa de aumentar la productividad del sistema tecnificado, sin perder de vista las realidades del territorio, es fortalecer el principal insumo del cultivo: la semilla, y en particular la semilla híbrida.

Semilla híbrida: por qué importa el polen

En el sistema tecnificado, la semilla híbrida se usa porque permite obtener cultivos más productivos y uniformes. Por eso, los productores suelen comprarla en cada ciclo, ya que la semilla que se obtiene de la cosecha no mantiene el mismo desempeño cuando se vuelve a sembrar.

Producir semilla híbrida, sin embargo, requiere controlar un punto crítico: la polinización. La semilla híbrida se obtiene cruzando dos “parentales”: uno aporta el polen y el otro produce la mazorca. Para que el cruce funcione, el polen debe estar disponible justo cuando las sedas están listas para recibirlo. Esto es importante porque cada seda que recibe polen puede convertirse en un grano de la mazorca: si el polen llega tarde, llega en poca cantidad o no está viable, se forman menos granos y baja la producción de semilla.

Esa sincronía no siempre se da de forma perfecta. Los parentales pueden florecer en momentos ligeramente distintos y el cambio climático (temperatura, humedad y viento) puede reducir la viabilidad del polen o afectar el proceso generando perdidas de entre el 15% y 25% de la producción de semillas hibridas.

¿Cómo se conserva el polen hoy y cuál es el salto que buscamos?

El polen es un material biológico muy sensible: su viabilidad disminuye rápidamente una vez se libera, sobre todo si las condiciones ambientales cambian. Hoy, las estrategias más robustas de preservación suelen basarse en congelación a temperaturas muy bajas (por ejemplo, -20°C y -80°C), lo cual implica infraestructura especializada, logística compleja y costos altos.

Un equipo interdisciplinario:

En el Instituto iÓMICAS el Dr. Andrés Jaramillo-Botero (dirección científica), la Dra. Camila Riccio-Rengifo (coordinación y orientación metodológica en IA), el Dr. Gustavo Lara (simulaciones moleculares), la Ing. Ana María Zuluaga (nanotecnología), junto con dos científicas, la Dra. Mayra Mariño y la jóven investigadora Daniela Téllez Cobo, apoyadas por MinCiencias a través de la convocatoria ORQUÍDEAS: Mujeres en Inteligencia Artificial, Ciencias y Tecnologías Cuánticas 2025 vienen adelantando el proyecto "Síntesis y diseño asistido por inteligencia artificial de emulsiones Pickering estabilizadas con nanopartículas funcionalizadas para preservación del polen de maíz a 4°C y 1 atm y su aplicación en polinización mecánica a demanda." 

La Dra. Mayra Mariño, es investigadora posdoctoral en el iÓMICAS, a cargo del componente experimental y el desarrollo de recubrimientos y formulaciones (Doctora en Ciencias Químicas – UNICAMP, Brasil, con experiencia en encapsulación de células madre y nanotecnología) y Daniela Téllez Cobo, es joven investigadora e innovadora, responsable del componente de IA y analítica de datos (estudiante de último semestre de Matemáticas Aplicadas y doble titulación con Ingeniería de Sistemas en la Pontificia Universidad Javeriana Cali).

El proyecto propone preservar polen de maíz en condiciones de refrigeración convencional (4°C y 1 atm) mediante nano-recubrimientos basados en emulsiones Pickering —emulsiones estabilizadas por nanopartículas— diseñados con apoyo de inteligencia artificial. El objetivo es habilitar la polinización asistida a demanda: conservar polen viable y aplicarlo en el momento óptimo para mejorar la sincronía floral y reducir las pérdidas en la producción de semilla híbrida. Esto impacta directamente a quienes producen semilla y, de forma indirecta, a los cultivadores tecnificados que dependen de esa semilla en cada ciclo.

Para lograrlo, el proyecto avanza en dos frentes. El experimental: diseñar las formulaciones, evaluar su estabilidad y verificar que el polen mantenga su viabilidad tras el encapsulamiento. El computacional: la IA sugiere combinaciones de parámetros, reduciendo el número de experimentos necesarios, y analiza imágenes de microscopio para evaluar la viabilidad del polen sin coloraciones con resultados más rápidos, reproducibles y escalables.

Aliados estrategicos

Adicionalmente, el proyecto se apoya en aliados estratégicos del ecosistema maicero: FENALCE y CIMMYT/CIAT, quienes conectarán el desarrollo científico con las realidades del sector, aportarán su experiencia para afinar mejores prácticas de conservación del polen y participarán en actividades de Apropiación Social del Conocimiento mediante intercambio de saberes y trabajo conjunto.

Ciencia aplicada con impacto para el país

En un país donde el maíz desempeña un papel fundamental en la seguridad alimentaria y donde los desafíos relacionados con la productividad y la dependencia de importaciones continúan siendo significativos, innovaciones como la preservación de polen y la polinización asistida bajo demanda representan una oportunidad para fortalecer la producción agrícola mediante estrategias de polinización de precisión. En este contexto, el proyecto busca desarrollar una herramienta, basada en ciencia aplicada y construida en articulación con actores clave del sector maicero, que contribuya a generar soluciones tecnológicas orientadas al fortalecimiento de la competitividad agrícola nacional para el control de riesgos ante el cambio climático buscando disminuir pérdidas en los cultivos de maíz.

Asimismo, la propuesta tiene el potencial de beneficiar a los productores nacionales de semillas, permitiéndoles incrementar su competitividad en mercados internacionales mediante el acceso a tecnologías más eficientes y sostenibles. Esto podría traducirse en impactos positivos para la economía del sector agrícola y, potencialmente, en una reducción de costos para pequeños y medianos productores.