{"id":49135,"date":"2023-01-26T16:07:24","date_gmt":"2023-01-26T16:07:24","guid":{"rendered":"https:\/\/lnbr.cnpem.br\/?p=49135"},"modified":"2023-01-26T16:09:34","modified_gmt":"2023-01-26T16:09:34","slug":"microscopia-avancada-analise-de-dados-e-simulacoes-de-dinamica-molecular-revelam-detalhes-ineditos-da-adesao-de-lignina-a-celulose","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lnbr.cnpem.br\/en\/microscopia-avancada-analise-de-dados-e-simulacoes-de-dinamica-molecular-revelam-detalhes-ineditos-da-adesao-de-lignina-a-celulose\/","title":{"rendered":"Microscopia avan\u00e7ada, an\u00e1lise de dados e simula\u00e7\u00f5es de din\u00e2mica molecular revelam detalhes in\u00e9ditos da ades\u00e3o de lignina \u00e0 celulose"},"content":{"rendered":"

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Trabalho de pesquisa do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) foi capa do peri\u00f3dico Nanoscale<\/p>\r\n<\/blockquote>\r\n

Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), organiza\u00e7\u00e3o supervisionada pelo Minist\u00e9rio de Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00f5es (MCTI), acabam de publicar um artigo de capa no peri\u00f3dico Nanoscale que descreve um experimento in\u00e9dito que aprofunda o conhecimento sobre a intera\u00e7\u00e3o entre celulose e lignina. A ades\u00e3o entre essas duas biomacromol\u00e9culas dificulta a desconstru\u00e7\u00e3o da biomassa em processos industriais que visam refino e obten\u00e7\u00e3o de bioprodutos.<\/p>\r\n

\u201cA intera\u00e7\u00e3o entre a lignina e a celulose confere \u00e0 biomassa o que chamamos de recalcitr\u00e2ncia, o que torna as fibras bastante coesas. Os processos usados para fracionar a biomassa e separar os biopol\u00edmeros de interesse demandam altas temperaturas, press\u00e3o, quantidade bem elevada de produtos qu\u00edmicos\u201d, explica a pesquisadora Juliana Bernardes.<\/p>\r\n

Em muitos processos, mesmo ap\u00f3s etapas de separa\u00e7\u00e3o desses materiais, a lignina pode voltar a se depositar sobre superf\u00edcies de celulose, dificultando a a\u00e7\u00e3o de enzimas usadas para quebrar a celulose em a\u00e7\u00facares e nanoestruturas.<\/p>\r\n

\u201cEntender profundamente sobre como essa intera\u00e7\u00e3o ocorre, considerando a estrutura cristalina da celulose, \u00e9 bastante importante para o desenvolvimento de processos mais eficientes de transforma\u00e7\u00e3o da biomassa em biocombust\u00edveis, bioqu\u00edmicos e biomateriais\u201d, acrescenta o pesquisador Carlos Driemeier.<\/p>\r\n

Experimento in\u00e9dito<\/h3>\r\n

Os cientistas combinaram pela primeira vez recursos de microscopia avan\u00e7ada, ferramentas de Aprendizado de M\u00e1quina e simula\u00e7\u00f5es de din\u00e2mica molecular para diferenciar facetas cristalinas de celulose e medir a rela\u00e7\u00e3o de for\u00e7as que atuam na intera\u00e7\u00e3o com a lignina.<\/p>\r\n

Para isso, usaram inicialmente um Microsc\u00f3pio de For\u00e7a At\u00f4mica (AFM), instrumento capaz de mapear a superf\u00edcie de materiais com alta resolu\u00e7\u00e3o, medir varia\u00e7\u00f5es em escala nanom\u00e9trica e obter dados precisos sobre a rela\u00e7\u00e3o de for\u00e7as entre eles.<\/p>\r\n

A ponta da sonda do microsc\u00f3pio, que tem 10 nan\u00f4metros de di\u00e2metro, foi modificada para receber uma camada de lignina, uma t\u00e9cnica desenvolvida no CNPEM.<\/p>\r\n

Como as \u00e1reas de contato nas facetas da superf\u00edcie da celulose t\u00eam medidas nanom\u00e9tricas e algumas vezes dimens\u00e3o molecular, a sonda consegue diferenciar as variadas faces da celulose, fazer as medidas de indenta\u00e7\u00e3o e intera\u00e7\u00e3o.<\/p>\r\n

\u201cForam feitas imagens de 1024 x 1024 pixels. Cada pixel ali era uma curva for\u00e7a-dist\u00e2ncia. Ent\u00e3o depois de alguns experimentos foram obtidos milhares de dados de for\u00e7a curva-dist\u00e2ncia, que s\u00e3o par\u00e2metros fundamentais para compreender a ades\u00e3o ou a falta de afinidade entre a celulose e a lignina\u201d, revela Juliana Bernardes.<\/p>\r\n

Algoritmos de Aprendizado de M\u00e1quina foram empregados para agrupar as curvas medidas em tipos de intera\u00e7\u00e3o entre celulose e lignina. Essa tipifica\u00e7\u00e3o foi confirmada por simula\u00e7\u00f5es computacionais executadas com recursos do supercomputador Santos Dumont do Laborat\u00f3rio Nacional de Computa\u00e7\u00e3o Cient\u00edfica (LNCC).<\/p>\r\n

Resultados<\/h3>\r\n

Os experimentos revelaram detalhes in\u00e9ditos das propriedades de intera\u00e7\u00e3o das duas biomacromol\u00e9culas e demonstraram uma grande variedade de condi\u00e7\u00f5es capazes de afetar a ades\u00e3o entre a lignina e a celulose.<\/p>\r\n

A presen\u00e7a de \u00e1gua como solvente se revelou um relevante mediador das condi\u00e7\u00f5es de coes\u00e3o, porque as propriedades hidrof\u00f3bicas e hidrof\u00edlicas tamb\u00e9m variam entre as diversas facetas da celulose expostas \u00e0 intera\u00e7\u00e3o com a lignina.<\/p>\r\n

Pr\u00f3ximos passos<\/h3>\r\n

A abordagem estabelecida nesta pesquisa amplia o potencial da ci\u00eancia de dados e dos algoritmos de aprendizado de m\u00e1quina empregados em conjunto com AFM, podendo ser aplicada a outros sistemas onde as heterogeneidades na superf\u00edcie em nanoescala desempenham um papel importante nas intera\u00e7\u00f5es adesivas.<\/p>\r\n

\u201cTodo esse entendimento mais fundamental, com identifica\u00e7\u00e3o das for\u00e7as que atuam em diferentes condi\u00e7\u00f5es, \u00e9 muito importante porque nos ajuda a propor novos m\u00e9todos que podem contribuir para desestabilizar essas intera\u00e7\u00f5es e obter uma separa\u00e7\u00e3o mais eficiente\u201d, concluem os pesquisadores.<\/p>\r\n

Apoios<\/h3>\r\n

O trabalho de pesquisa recebeu importante apoio da Fapesp, Faperj e Laborat\u00f3rio Nacional de Computa\u00e7\u00e3o Cient\u00edfica (LNCC).<\/p>\r\n

Sobre o CNPEM<\/h3>\r\n

Ambiente sofisticado e efervescente de pesquisa e desenvolvimento, \u00fanico no Brasil e presente em poucos centros cient\u00edficos do mundo, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) \u00e9 uma organiza\u00e7\u00e3o privada sem fins lucrativos, sob a supervis\u00e3o do Minist\u00e9rio da Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00f5es (MCTI). O Centro opera quatro Laborat\u00f3rios Nacionais e \u00e9 o ber\u00e7o do projeto mais complexo da ci\u00eancia brasileira \u2013 Sirius \u2013 uma das fontes de luz s\u00edncrotron mais avan\u00e7adas do mundo. O CNPEM re\u00fane equipes multitem\u00e1ticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais globalmente competitivas e abertas \u00e0 comunidade cient\u00edfica, linhas estrat\u00e9gicas de investiga\u00e7\u00e3o, projetos inovadores em parceria com o setor produtivo e forma\u00e7\u00e3o de investigadores e estudantes. O Centro \u00e9 um ambiente impulsionado pela pesquisa de solu\u00e7\u00f5es com impacto nas \u00e1reas de Sa\u00fade, Energia e Materiais Renov\u00e1veis, Agroambiental, Tecnologias Qu\u00e2nticas. Por meio da plataforma CNPEM 360 \u00e9 poss\u00edvel explorar, de forma virtual e imersiva, ambientes de todos os laborat\u00f3rios instalados em Campinas (SP) e tamb\u00e9m obter informa\u00e7\u00f5es sobre trabalhos realizados e recursos disponibilizados para a comunidade cient\u00edfica e empresas. A partir de 2022, com o apoio do Minist\u00e9rio da Educa\u00e7\u00e3o (MEC), o CNPEM expandiu suas atividades com a abertura da Ilum Escola de Ci\u00eancia. O curso superior interdisciplinar em Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00e3o adota propostas inovadoras com o objetivo de oferecer forma\u00e7\u00e3o de excel\u00eancia, gratuita, em per\u00edodo integral e com imers\u00e3o no ambiente de pesquisa do CNPEM<\/p>\r\n

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