Direct imaging of the alternating disordered and crystalline structure of cellulose fibrils via super-resolution fluorescence microscopy
Notice bibliographique
Résumé
Cellulose, the primary component of the plant cell wall, has fueled the wood, textile, pulp and paper industries for centuries, and has recently been used for the production of renewable nanomaterials. The tight crystalline packing of glucan chains within cellulose fibrils is responsible for its superior mechanical properties but renders this material recalcitrant to biochemical and chemical breakdown and limits its use as a green resource. The presence of nanoscale dislocations within cellulose fibrils has been postulated for decades and is thought to be responsible for the production and size of cellulose nanocrystals (CNCs) following acid hydrolysis. However, dislocations have never been directly visualized and their prevalence and size have remained elusive. In this study, we have used super-resolution (SR) fluorescence microscopy to directly visualize and measure alternating crystalline and disordered regions within individual fluorescently labelled bacterial cellulose fibrils. The measured size of the crystalline regions ranges from 40 – 400 nm and shows striking overlap with the length distribution of bacterial CNCs produced through sulfuric acid hydrolysis, supporting the fringed micellar model for the supramolecular structure of cellulose fibrils. The disordered regions were found to be 20 – 120 nm in length and show heterogeneous accessibility, which directs fibril cleavage during the initial stages of cellulose acid hydrolysis. Two-colour SR imaging of cellulose fibrils and bound exoglucanases (Cel7A), in combination with degree of crystallinity measurements suggest that these dislocations are nanoscale in size, and do not result in amorphous cellulose pockets large enough to accommodate enhanced enzyme binding. Through characterization of disordered regions in cellulose fibrils, we have gained insight into the role of cellulose nanostructure in its breakdown by chemical and enzymatic means.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,004 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».