Investigadores del Instituto de Investigación Científica e Industrial de la Universidad de Osaka han ideado un nuevo método para determinar el grado de fibrilación en la pulpa de madera. Aprovechando la birrefringencia óptica intrínseca de la celulosa, pudieron medir el cambio de morfología a través de la distribución del retardo óptico. Este trabajo puede conducir a una clasificación clara y una utilización inteligente de la biomasa renovable. nanofibras de celulosa.

Celulosa, el componente estructural principal de la mayoría de las plantas, ha sido cosechado por la humanidad durante milenios como un biomaterial importante para la ropa, papel, y estructuras de madera. Más recientemente, se han producido nanofibras de celulosa, que tienen la ventaja de varias funcionalidades derivadas de los cristales de cadena extendida que componen la celulosa, incluida la birrefringencia óptica. La birrefringencia ocurre cuando la velocidad efectiva de la luz dentro de un material depende de su polarización; en este caso, si la luz está polarizada paralela o perpendicular a las cadenas de polímero.

Ahora, un equipo de científicos de la Universidad de Osaka ha desarrollado un sistema de análisis óptico que puede cuantificar directamente el grado de fibrilación de las pulpas de madera. La fibrilación es el proceso de disminuir el agrupamiento de moléculas de celulosa en fibras de pulpa a microescala para formar fibras a nanoescala. En comparación con la meticulosa medición de anchos de fibra con un microscopio electrónico, esta técnica determina rápida y fácilmente si las fibras de celulosa están alineadas o dispersas en orientaciones aleatorias. "Nuestro sistema ofrece criterios claros y cuantificables para clasificar la calidad de las nanofibras de celulosa, "dice el primer autor Kojiro Uetani.

Esto se logra mediante la observación de las fibras de celulosa en una celda de flujo de cuarzo con un microscopio de birrefringencia. La muestra se ilumina desde abajo con luz polarizada circularmente, que tiene una orientación de campo eléctrico que gira en el espacio como una hélice. Las regiones de las fibras con gran birrefringencia provocarán un mayor retardo óptico en la fase de la luz. Usando un microscopio de birrefringencia, los investigadores pudieron registrar este valor píxel por píxel. Descubrieron que tanto el retardo óptico promedio como su desviación estándar estaban correlacionados con el grado de fibrilación. Los grandes valores de retardo se asociaron con fibras de pulpa intactas, mientras que se observaron valores más pequeños con estructura en forma de globo en pulpas fibrilantes, y valores muy pequeños ocurrieron con nanofibras dispersas.

"Esperamos promover el control preciso de la estructura y el uso avanzado de pulpas de madera y nanofibras de celulosa, "dice el autor principal Masaya Nogi. Además de los resultados del artículo descrito anteriormente, el equipo también ha confirmado que es posible determinar automáticamente el grado de fibrilación de muestras de pulpa desconocidas mediante el aprendizaje profundo de imágenes de retardo. Se espera que este sistema conduzca a una definición más clara y automática del grado de fibrilación por inteligencia artificial (IA) en el futuro y se convierta en una tecnología de análisis clave para indicar la calidad de los materiales de pulpa y las nanofibras de celulosa.