مکانیسم مولکولی آرایش نانوفیبرهای سلولزی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

نانو فیبرهای سلولزی در تهیه مواد بهداشتی و دارویی و در صنایع هوا - فضا و ساختمان کاربرد های متنوع و شناخته شده ای دارند. اما مکانیسم مولکولی آرایش فیبرهای ساخته شده در کنار یکدیگر که منتهی به واحد های سازنده بزرگتر همانند ماکروفیبرهای مورد استفاده در دیواره های سلولی و صنعت می شود همچنان ناشناخته باقی مانده است. در این مطالعه با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی در مقیاس اتمی، ساز و کار مولکولی آرایش فیبرهای سلولزی بررسی شده است. شبیه سازی ها نشان می دهند که دو نوع اصلی آرایش استوانه ای و صفحه ای در کنار هم قرار گیری فیبرها مشاهده می شوند. آرایش استوانه ای نخستین واحد ساخته شده میان دو فیبر است در حالیکه آرایش صفحه ای دومین واحد ساخته شده توسط فیبرها است و همواره تعدادی بیش از دو فیبر برای تشکیل و پایداری آن نیاز است. ساز و کار مولکولی فوق به عنوان اولین مطالعه in-silico در راستای مهندسی طول و تعداد فیبرهای سلولزی و استفاده آن ها به طور هدفمند در صنعت و پزشکی راهگشا است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Molecular Mechanism of Cellulose Nanofibers Arrangement

نویسندگان [English]

  • Maryam Azimzadeh Irani
  • Hossein Askari
Faculty of Life Sciences and Biotechnology, Shahid Beheshti University
چکیده [English]

Cellulose nanofibers are widely used in medical materials, aerodynamic structures, and building industries. The lightness and heat-resistance are the most significant features of these nanofibers that result from the molecular mechanism of their assembly. Cellulose fibers are built of d-glucose monomers that are connected by glycosidic linkages. Synthesis of cellulose nanofibers in the living cells (Mainly plant cells with the cell wall) is known to be carried out by the Cellulose-Synthase enzyme. Yet the molecular mechanism of the fibers assembly that leads to large building units that are used in cell wall or other medical/industrial applications is poorly understood. Herein, atomistic Molecular Dynamics (MD) simulations were carried out to investigate the molecular mechanism of cellulose nanofiber assemblies. The simulations showed that hydrogen binding is the major interaction between these fibers. Two types of “cylindrical” and “plane” assemblies were formed by the fibers. The cylindrical assembly was shown to be the first building unit that is formed by the fibers and is maintained by a network of hydrogen bonds. While the plane is the second type of assembly that requires more than two fibers to stabilize. These in-silico findings could unravel the molecular mechanism of cellulose microfibers assemblies that could be engineered for industrial purposes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cellulose
  • Nanofiber
  • Molecular Dynamics
  • Cylindrical assembly
  • Plane assembly