How lignin sticks to cellulose-insights from atomic force microscopy enhanced by machine-learning analysis and molecular dynamics simulations

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Nascimento, Diego M. ; Colombari, Felippe M. ; Focassio, Bruno ; Schleder, Gabriel R. ; Costa, Carlos A. R. ; Biffe, Cleyton A. ; Ling, Liu Y. ; Gouveia, Rubia F. ; Strauss, Mathias ; Rocha, George J. M. ; Leite, Edson ; Fazzio, Adalberto ; Capaz, Rodrigo B. ; Driemeier, Carlos ; Bernardes, Juliana S.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: NANOSCALE; v. 14, n. 47, p. 11-pg., 2022-11-02.

Resumo

Elucidating cellulose-lignin interactions at the molecular and nanometric scales is an important research topic with impacts on several pathways of biomass valorization. Here, the interaction forces between a cellulosic substrate and lignin are investigated. Atomic force microscopy with lignin-coated tips is employed to probe the site-specific adhesion to a cellulose film in liquid water. Over seven thousand force-curves are analyzed by a machine-learning approach to cluster the experimental data into types of cellulose-tip interactions. The molecular mechanisms for distinct types of cellulose-lignin interactions are revealed by molecular dynamics simulations of lignin globules interacting with different cellulose I beta crystal facets. This unique combination of experimental force-curves, data-driven analysis, and molecular simulations opens a new approach of investigation and updates the understanding of cellulose-lignin interactions at the nanoscale. (AU)

• Processo FAPESP: 14/50884-5 - INCT 2014: Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol
• Beneficiário: Marcos Silveira Buckeridge
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 19/04527-0 - Interface entre isolantes topológicos cristalinos e materiais 2D-trivial: estudo de proximidade via defeitos
• Beneficiário: Bruno Focassio
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 20/07794-6 - Materiais avançados de nanocelulose obtidos através de complexação eletrostática interfacial
• Beneficiário: Juliana da Silva Bernardes
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
• Processo FAPESP: 17/02317-2 - Interfaces em materiais: propriedades eletrônicas, magnéticas, estruturais e de transporte
• Beneficiário: Adalberto Fazzio
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 16/04514-7 - Estudo do uso de nanopartículas de celulose no controle reológico de fluidos complexos
• Beneficiário: Juliana da Silva Bernardes
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular