Lignin as a Dual-Function Stabilizer for Protecting PCL Nanoparticles from Photodegradation and Enhancing Atrazine Delivery
ACS Sustainable Chemistry & Engineering
Vol 13/Issue 36 – July 31, 2025
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.5c04472
- Jéssica de Souza Rodrigues
- Amanda de Sousa Martinez de Freitas
- André Lopes Ferreira
- Anderson do Espirito Santo Pereira
- Marcelo Bispo de Jesus
- Marystela Ferreira
- Leonardo Fernandes Fraceto
Abstract:
Neste estudo, foram desenvolvidas nanopartículas (NP) de poli(ε-caprolactona) (PCL) estabilizadas com lignina fracionada, e foi avaliada sua eficácia na encapsulação, na fotoproteção e na atividade herbicida da atrazina (ATZ). As NP foram sintetizadas pelo método de emulsão-evaporação e caracterizadas por espalhamento dinâmico de luz (DLS), análise de rastreamento de nanopartículas (NTA) e microscopia de força atômica (AFM).
A cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) foi utilizada para determinar a eficiência de encapsulação (EE%) e monitorar a degradação da ATZ sob exposição à radiação ultravioleta (UV). As NP estabilizadas com lignina apresentaram proteção superior contra a radiação UV, reduzindo a fotodegradação da ATZ em 32% em comparação com a formulação comercial. A fração KL_30% foi o estabilizante mais eficaz, aumentando a EE% em 15% em relação à formulação controle.
Os ensaios herbicidas demonstraram que as NP estabilizadas com KL_30% promoveram 28% maior inibição de plantas daninhas em Bidens pilosa e 21% maior inibição em Amaranthus viridis, especialmente em doses reduzidas, quando comparadas tanto à formulação comercial quanto às NP estabilizadas com PVA.
Esses resultados destacam o potencial das NP estabilizadas com lignina como uma alternativa ecologicamente adequada para a liberação controlada de herbicidas, oferecendo maior fotoproteção e eficácia prolongada no manejo sustentável de plantas daninhas.
Abstract:
In this study, we developed poly(ε-caprolactone) (PCL) nanoparticles (NP) stabilized with fractionated lignin and evaluated their effectiveness in atrazine (ATZ) encapsulation, photoprotection, and herbicidal activity. The NP were synthesized using the emulsion-evaporation method and characterized by dynamic light scattering (DLS), nanoparticle tracking analysis (NTA), and atomic force microscopy (AFM). High-performance liquid chromatography (HPLC) was used to determine encapsulation efficiency (EE%) and monitor ATZ degradation under UV exposure. The lignin-stabilized NP exhibited superior UV protection, reducing ATZ photodegradation by 32% compared to the commercial formulation. KL_30% was the most effective stabilizer, increasing EE% by 15% relative to the control formulation. Herbicidal assays demonstrated that KL_30%-stabilized NP achieved 28% higher weed inhibition in Bidens pilosa and 21% higher inhibition in Amaranthus viridis, particularly at reduced doses, compared to both the commercial formulation and PVA-stabilized NP. These results highlight the potential of lignin-stabilized NP as an eco-friendly alternative for controlled herbicide delivery, offering enhanced photoprotection and prolonged efficacy for sustainable weed management.
