A celulose nanofibrilada (CNF) destaca-se como um material coloidal de grande relevância científica e tecnológica devido à sua alta área superficial, excelentes propriedades mecânicas e origem renovável, características que a tornam promissora para diversas aplicações avançadas. Entre suas variações, a nanocelulose oxidada, especialmente a TOCNF (TEMPO-oxidized cellulose nanofibrils), tem recebido atenção especial por apresentar grupos funcionais superficiais capazes de ampliar sua interação com meios aquosos e outros componentes. Apesar desse potencial, sistemas baseados em TOCNF ainda enfrentam desafios importantes relacionados à estabilidade coloidal, à capacidade de redispersão após secagem e ao controle das interações intermoleculares em água. Esses fatores são decisivos para viabilizar aplicações industriais e, sobretudo, para reduzir dificuldades logísticas associadas ao transporte, armazenamento e processamento. Nesse cenário, aminoácidos surgem como candidatos promissores para atuar como agentes estabilizantes. Isso ocorre porque possuem natureza zwitteriônica, ou seja, apresentam simultaneamente cargas positivas e negativas em determinadas condições de pH, além de grande diversidade estrutural entre suas cadeias laterais. Essas características permitem que os aminoácidos interajam com a superfície oxidada da TOCNF por diferentes mecanismos físico-químicos, incluindo ligações de hidrogênio, interações eletrostáticas, forças de van der Waals e possíveis efeitos hidrofóbicos, dependendo da estrutura do aminoácido utilizado. Estudos experimentais prévios já indicam que aminoácidos específicos, como prolina e arginina, podem promover melhorias expressivas na estabilidade de suspensões coloidais de nanocelulose, favorecendo maior dispersão, menor agregação e melhor comportamento após secagem e redispersão. Entretanto, apesar dessas evidências experimentais, os mecanismos moleculares responsáveis por tais melhorias ainda não são totalmente compreendidos. Ainda há lacunas importantes sobre como a concentração dos aminoácidos, sua natureza química e a organização espacial das moléculas influenciam a interação com a TOCNF e, consequentemente, as propriedades coloidais do sistema. Compreender esses mecanismos em nível molecular é essencial para estabelecer critérios racionais de seleção de estabilizantes e otimização das formulações. Diante disso, o presente trabalho propõe uma investigação teórica e computacional combinando simulações quânticas e simulações de dinâmica molecular. Essa abordagem integrada permitirá analisar, com elevado nível de detalhe, as interações entre TOCNF e aminoácidos selecionados, avaliando desde aspectos eletrônicos locais até comportamentos estruturais e dinâmicos em escala molecular e interfacial. Serão estudados os efeitos da concentração dos aminoácidos, de suas diferenças estruturais e da forma como se organizam ao redor das nanofibrilas sobre as propriedades de estabilização do sistema. Espera-se, ao final, obter uma compreensão aprofundada dos mecanismos físico-químicos que governam a estabilização da TOCNF por aminoácidos. Esses resultados poderão contribuir para o desenvolvimento de estratégias mais eficientes de secagem, transporte e reaplicação da nanocelulose, além de ampliar o conhecimento fundamental sobre materiais coloidais sustentáveis de alto desempenho.
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Pedro Alves da Silva Autreto
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