Определение наноструктуры дерева поможет строить из него небоскребы

Исследователи из Кембриджского университета и Лаборатории Сейнсбери (SLCU) проанализировали наноструктуру дерева. Результаты помогут использовать материал для строительства более высоких зданий.

Команда также выяснила, что Резуховидка Таля (Arabidopsis thalian) является подходящей моделью для направления будущих лесоводческих программ селекции, сообщает phys.org. Выводы исследования опубликованы в Frontiers in Plant Science.

«Прочность дерева определяется его молекулярной структурой, — сказал первый автор, доктор Ян Лычаковский. – Но до этого момента мы не знали, как в клетках выстраиваются цилиндрические структуры, макрофибриллы. Новая техника позволила увидеть их состав и отличия расположения молекул, в зависимости от растения. Это помогло понять, как повлиять на прочность и плотность материала».

Основным компонентом дерева являются вторичные стенки вокруг каждой клетки. Они состоят из матрицы целлюлозы и гемицеллюлозы, заполненной лигнином. Деревья, вроде гигантской секвойи, имеют высокие стволы благодаря вторичным стенкам. Ученые использовали низкотемпературную сканирующую электронную микроскопию (cryo-SEM) для визуализации наномерной архитектуры клеточных стенок в живых тканях. Изображения позволили изучить макрофибриллы.

Ученые сравнили образцы елей, гингко и тополей, подвергнутые шоковой заморозке до -200°С. Так они сохранили клетки в живом, насыщенном водой состоянии. Образцы покрыли платиновой пленкой, толщиной 3 мм, обеспечившей хороший видимый контраст под микроскопом.

«Анализы подтвердили наличие макрофибриллов, диаметром более 10 нм, в мягких и твердых породах», — сказал доктор Раймонд Уайтман

Авторы визуализировали вторичные клеточные стенки однолетней Резуховидки Таля. В них также обнаружились макрофибриллы. Открытие позволяет использовать растение для исследовательских моделей древесной архитектуры.

«Разнообразие арабидопсиса позволяет оценить влияние разных молекул, вроде целлюлозы, ксилана и лигнина, на формирование и вызревание волокон. Так мы лучше поймем процессы, участвующие в сборке клеточных стенок», — сказал доктор Матье Бурдон из SLCU.

Дерево рассматривается как более легкий и экологичный стройматериал. Увеличив его прочность, специалисты смогут постепенно отказываться от стали и бетона даже в высоких конструкциях.