Un grupo de investigación multiinstitucional dirigido por dos miembros de la facultad de Penn State ha identificado, por primera vez, cómo se orientan los cristales de celulosa en relación con la pared celular de las plantas, con posibles implicaciones para el desarrollo químico y energético.

"Una comprensión más detallada de la estructura de las paredes celulares de las plantas podría conducir a nuevas estrategias para la descomposición de estos materiales para crear combustibles y productos químicos de alto valor. "dijo Enrique Gómez, co-investigador principal del estudio y profesor de ingeniería química y ciencia e ingeniería de materiales con un nombramiento conjunto en el Instituto de Investigación de Materiales. "Como tal, nuestro trabajo puede conducir a nuevas estrategias para la producción de biocombustibles o bioquímicos ".

La celulosa es el biopolímero más abundante en la tierra. Permite a las plantas construir tallos, troncos y hojas. También protege los azúcares utilizados por las plantas para diversas funciones vitales. Convertir la biomasa celulósica en nuevos biocombustibles y bioquímicos, los investigadores deben comprender cómo descomponer la celulosa. La celulosa es difícil de degradar en materias primas para la fabricación de biocombustibles y bioquímicos.

El versátil Se sabe desde hace mucho tiempo que el material rico en energía es cristalino, pero todavía existen algunos misterios sobre su estructura y cómo se forma. Según Gómez, Los investigadores han especulado si los cristales de celulosa se retuercen durante años. El equipo de Penn State descubrió que los cristales tienen una "orientación preferida, "que es una tendencia a colocarse de una manera sin torcerse. Estos hallazgos se publicaron en septiembre en Comunicaciones de la naturaleza .

"Nuestro trabajo identificó un nuevo tipo de organización en las paredes celulares de las plantas, en el que identificamos que los cristales dentro de las paredes celulares de las plantas tienen una orientación preferida, "dijo Esther Gómez, co-investigador principal del estudio y profesor asociado de ingeniería química e ingeniería biomédica. "Este es un resultado sorprendente, que encontramos en tres especies de plantas diferentes, lo que sugiere que nuestro hallazgo se debe a alguna consecuencia común de cómo las plantas forman sus paredes celulares. Por el camino, es posible que hayamos ayudado a resolver un debate de larga data, si los cristales dentro de las paredes celulares de las plantas se retuercen, porque la orientación preferida sugiere que los cristales no se retuercen. Si lo hicieran, no habría una orientación preferida ".

Para "ver" la orientación cristalina de la celulosa en las muestras de plantas, utilizaron una técnica no aplicada previamente, a su conocimiento, en el estudio de muros vegetales.

"La técnica, dispersión de rayos X de gran angular con incidencia rasante (GIWAXS), fue desarrollado para la ciencia de los materiales y se utilizó ampliamente para el estudio de películas delgadas, incluyendo películas de polímero, ", Dijo Esther Gómez.

GIWAXS involucra un haz de rayos X que golpea una muestra de película delgada, en este caso celulosa, en ángulos muy poco profundos. Esto se puede ajustar para sondear solo la superficie o el volumen de la muestra a escalas de longitud molecular. Las especies de plantas que estudiaron incluían las estructuras cristalinas en las paredes celulares de las cebollas, thale berro y musgo.

Este descubrimiento podría conducir a la apertura de nuevas vías de investigación sobre la celulosa, especialmente en bioenergía y bioquímicos, según los investigadores.

"Permitir el estudio de este nuevo tipo de organización conducirá a nuevos estudios fundamentales sobre cómo surgen las notables propiedades de las paredes celulares, ", Dijo Enrique Gómez.