p Cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia, desenvolveram um novo método para examinar profundamente a nanoestrutura de biomateriais sem danificar a amostra. Esta nova técnica pode confirmar características estruturais no amido, um carboidrato importante na produção de biocombustíveis. p A equipe de pesquisa usou a ponta de prova afiada de um microscópio de força atômica, ou AFM, para fazer furos minúsculos com precisão em uma superfície macia, como uma membrana biológica, criando uma camada destacada que pode ser removida com cuidado.

p Usando o novo, nanoablação mecânica suave não intrusiva, ou sMNA, técnica, a equipe acessou grânulos de amido sem alterar a nanoestrutura. Os métodos de observação existentes requerem danificar ou destruir as camadas externas do amido, que podem afetar as propriedades físicas dos grânulos.

p "Nossa técnica basicamente levanta a membrana externa, "disse Ali Passian, do grupo Quantum Information Science do ORNL." Isso deixa as estruturas internas quase intocadas. "

p Conforme descrito em um artigo publicado na revista ACS Omega , O sMNA permitiu que a equipe observasse as propriedades internas dos grânulos de amido de amostras do caule de choupos.

p Nos Estados Unidos, a maior parte do biocombustível vem do amido dos grãos de milho decompostos em etanol, mas os choupos são há muito candidatos a biocombustíveis porque crescem rapidamente e produzem muita biomassa. Embora a biomassa do choupo contenha apenas 3 a 10% de amido, uma unidade de armazenamento de energia biológica, a árvore tem açúcares abundantes embrulhados em materiais poliméricos, como celulose, hemicelulose e lignina - componentes estruturais importantes que compõem as paredes celulares dos troncos das árvores, ramos e folhas.

p Os pesquisadores querem aprender mais sobre o nativo, propriedades em nanoescala de grânulos de amido e materiais estruturais para cultivar choupos produtivos e melhor usá-los como matéria-prima para biocombustíveis.

p "A estrutura da parede celular vegetal é muito importante se vamos para a próxima geração de biocombustíveis, "disse Brian Davison, Cientista-chefe do ORNL para biologia de sistemas e biotecnologia. "Este estudo usou o amido como um exemplo de como essa técnica pode começar a acessar alguns desses materiais estruturais nanomecânicos que atualmente não podemos observar em seus arredores celulares originais."

p Para este propósito, A capacidade do sMNA de estudar propriedades nanomecânicas sem danificar a amostra oferece vantagens em relação aos métodos tradicionais de microscopia.

p “Ao nível dos polímeros e ultraestruturas de materiais vegetais, leves mudanças químicas ou físicas podem alterar o resultado da medição, o que torna a interpretação dos dados mais desafiadora. "Passian disse." Essa suscetibilidade a mudanças motivou muitas pesquisas em direção a técnicas de medição não invasivas e não destrutivas. "

p A equipe de pesquisa usou o sMNA em conjunto com as ferramentas existentes.

p "Para confirmar quimicamente que a composição dos grânulos observada era de fato a de amido, usamos espectroscopia Raman, "disse Rubye Farahi do ORNL, um co-autor no artigo.

p Próximo, a equipe implantou sMNA e usou AFM para repetir a imagem de estruturas "blocklet" dentro dos grânulos com detalhes topográficos sem precedentes, revelando como as estruturas estão espaçadas.

p Eles também fizeram medições internas e externas sobre as propriedades mecânicas do amido, incluindo viscoplasticidade, uma medida de como uma substância se comporta quando deformada, e o módulo de Young, uma medida da rigidez de um material.

p "Essas propriedades mecânicas podem ajudar a determinar como as estruturas dos grânulos de amido podem se relacionar com a função do resto da planta, "Davison disse, observando que ele gostaria de usar mais a técnica para estudar materiais estruturais mais complicados em choupo.

p A técnica também pode ser aplicada a materiais não vivos, de acordo com Passian. Ele o imagina usado em polímeros sintéticos ou mesmo em materiais impressos em 3D.

p "Se pudéssemos aplicá-lo a essa estrutura tão delicada, outros devem ser capazes de fazer o mesmo com suas amostras de interesse, "Passian disse." Isso abre uma gama de possibilidades na biologia vegetal ou em qualquer outra área que precise examinar materiais delicados. "

p ORNL colaborou com o Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille, da Universidade Aix Marseille, ou CINaM, neste trabalho. Co-autores do estudo intitulado, "Nanomecânica e espectroscopia Raman de grânulos de armazenamento de carboidratos nativos in situ para melhorar a qualidade do amido e a produção de biomassa lignocelulósica, "incluem Ali Passian, Rubye H. Farahi, Udaya C. Kalluri e Brian H. Davison do ORNL, e Aude L. Lereu e Anne M. Charrier da Aix Marseille University. ORNL e CINaM produziram imagens em conjunto nesta pesquisa.