Sustancia de biomasa vegetal ayuda en el combate a las malezas

Frecuentemente tratada como residuo de la industria del papel y la celulosa, la lignina, un polímero responsable de la rigidez de la pared celular de las plantas, aumentó la estabilidad y la eficacia de nanopartículas de herbicida.

Un trabajo publicado como artículo destacado de portada en la revista ACS Sustainable Chemistry and Engineering y realizado por investigadores de tres instituciones del estado de São Paulo, Brasil —la Universidad Estadual Paulista (Unesp), la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) y la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar)— mostró que una fracción obtenida de la lignina, polímero orgánico responsable de la rigidez de la pared celular de las plantas, fue capaz de mejorar el desempeño de nanopartículas con herbicida.

“La lignina tiene acción antioxidante y es uno de los principales componentes de la biomasa vegetal, pero aún se aprovecha poco, siendo frecuentemente tratada como residuo de la industria del papel y la celulosa. Por eso, nuestro grupo buscó formas más sostenibles de valorizar este material abundante y renovable”, explica Leonardo Fraceto, profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología de la Unesp, campus de Sorocaba, coordinador de Innovación del Centro de Investigación en Biodiversidad y Cambios Climáticos (CBioClima) y del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCTNanoAgro). El estudio contó con el apoyo de la FAPESP mediante cuatro proyectos (23/06505-9, 24/01872-6, 24/14149-0 y 23/00335-4).

La sustancia fue obtenida del Eucalyptus urograndis, un tipo de madera dura, y sometida a un proceso verde basado en el uso del solvente ácido acético para obtener diferentes fracciones con propiedades estructurales y químicas distintas. Luego, se produjeron nanopartículas con atrazina, un herbicida utilizado para combatir malezas.

Las nanopartículas pasaron después por una serie de análisis físico-químicos y térmicos para evaluar su estructura y comportamiento. “Descubrimos que las diferentes fracciones de lignina presentan propiedades muy distintas: algunas son más ricas en grupos fenólicos, otras tienen mayor masa molar o proporcionan mayor estabilidad térmica. Estas diferencias impactan directamente en la formación y el desempeño de las nanopartículas”, explica Fraceto.

Ciertas fracciones son más eficientes para proteger materiales poliméricos (compuestos por macromoléculas como las proteínas y la celulosa, por ejemplo) de la degradación provocada por los rayos ultravioleta, mientras que otras actúan mejor como estabilizantes en sistemas de liberación de sustancias. Esto demuestra que, en lugar de ser un residuo único y uniforme, la lignina puede personalizarse para diferentes aplicaciones.

Según el investigador, el hallazgo es muy importante porque, aunque es muy prometedor el uso de la lignina como surfactante —esencial para que la formulación agroquímica logre una distribución eficiente de los principios activos—, todavía deben superarse varios desafíos. Uno de los principales problemas es la variabilidad en su estructura, lo que puede afectar su consistencia y desempeño como agente estabilizante.

En el caso de las nanopartículas con atrazina, el uso de una fracción específica de lignina ayudó a aumentar la estabilidad y la eficiencia de liberación del herbicida. El uso de fracciones determinadas de lignina resultó crucial para optimizar el desempeño de las nanopartículas. Las formulaciones desarrolladas controlaron eficazmente el picão-preto (Bidens pilosa L.) y el caruru (Amaranthus viridis L.), destacando su potencial para el manejo sostenible de plagas agrícolas.

“Logramos no solo utilizar un proceso simple y ambientalmente amigable, sino también aprovechar un subproducto abundante en Brasil, abriendo nuevas posibilidades para la bioeconomía”, celebra Fraceto. “Este tipo de estudio conecta la ciencia de materiales, la sostenibilidad y la innovación tecnológica, acercando a la academia a soluciones para los desafíos actuales, como el desarrollo de insumos más ecológicos para la agricultura.”

El artículo Lignin as a dual-function stabilizer for protecting PCL nanoparticles from photodegradation and enhancing atrazine delivery puede leerse en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.5c04472.