In natura, la cellulosa presente nella parete cellulare (30% - 50%) non esiste come singola molecola ma sotto forma di fibre risultanti dall’organizzazione gerarchica di più catene cellulosiche, risultato del processo di biosintesi della cellulosa: diverse catene di cellulosa si legano tra loro formando arrangiamenti paracristallini.
Nelle piante, tipicamente, 36 catene di cellulosa si aggregano fino a formare un’unità più grande chiamata fibrilla elementare, o proto fibrilla, la quale a sua volta si impacca con altre fibrille elementari per formare le microfibrille. Il diametro di una proto fibrilla è di circa 3.5 nm mentre quello di una microfibrilla è generalmente compreso tra i 4 e i 35 nm. Le microfibrille possono raggiungere lunghezze anche dei micrometri.
Le microfibrille si aggregano a loro volta in macrofibrille di 0,5 micron di diametro, ad arrangiamento cilindrico o piatto, il che conferisce alla struttura una resistenza alla trazione pari a quella di una fune di acciaio di pari spessore. La struttura particolarmente robusta e resistente delle microfibrille dipende dai legami idrogeno che si stabiliscono tra i singoli polimeri di cellulosa.
Anche se l’impaccamento delle catene cellulosiche consente di avere una struttura ordinata ad elevata cristallinità, dislocate in modo casuale lungo le microfibrille ci sono delle zone para-cristalline o amorfe che risultano dalla distorsione delle fibre, che diminuiscono l’efficacia delle forze interne.
