纳米木头揭示 - 力量增益可能导致木质摩天大楼

使用木材作为更轻，更可持续的钢铁和混凝土的替代方案，世界各地越来越兴趣。虽然木材已被用于千年的建筑物，但其机械性能尚未测量到所有现代建筑标准的主要超级结构。这部分是由于对木细胞精确结构的有限理解。

今天（2019年10月23日）发表的研究在植物科学中的杂志中，还将植物拟南芥拟南芥作为合适的模型，以帮助将来的林业育种计划引导。

本文博士博士大学剑桥大学生物化学系的作者，他现在位于Jagiellonian大学，“这是树木的分子建筑，决定其实力，但直到现在我们不知道精确的分子在木细胞中称为大纤维的圆柱结构的布置。这种新技术使我们能够看到大甲纤维的组成，以及分子排列在植物之间的不同方式，它有助于我们理解这可能会影响木材密度和力量。“

木材的主要建筑块是每个木细胞周围的次壁，其由称为纤维素和半纤维素的大型聚合物的基质制成，并用木质素浸渍。由于这些二次电池壁，因此只能达到其巨大高度，例如巨大的树形壁，其在​​其树干中提供刚性结构。

来自剑桥大学生物化学系和Sainsbury实验室（SLCU）的团队适应了低温扫描电子显微镜（Cryo-SEM），以在其生命状态下以树木细胞墙的纳米尺度结构形象。这揭示了二次细胞壁大纤维的微观细节，其比人毛的宽度窄1000倍。

为了比较不同的树木，他们在剑桥大学植物园中收集了来自云杉，普宁科和白杨树的木样品。将样品冻结至减去200℃以°保持其活水状态的细胞，然后在超薄铂膜中涂覆三纳米，在显微镜下提供良好的可见对比。

“我们的Cryo-SEM是先前使用的技术的重要进展，并首次允许我们第一次进行水合木质电池”，SLCU的显微镜核心设施管理器博士博士博士。“它透露，在软木和硬木物种中，存在直径超过10纳米的大纤维结构，并确认它们在所有研究的所有树上都很常见。”

Cryo-SEM是一个强大的成像工具，可以帮助理解植物开发的各种过程。以前的木材显微镜被限制在脱水木样品中，该样品必须在它们成像之前干燥，加热或化学加工。

该团队还成像了拟南芥的二级细胞壁，该植物被广泛用作遗传学和分子生物学研究的标准参考植物。他们发现它也有突出的大甲纤维结构。这种发现意味着拟南芥可以用作进一步研究木结构的模型。使用与其二级细胞壁形成有关的不同突变的拟南芥植物，该团队能够研究特定分子在大纤维的形成和成熟中的参与。

Slcu的研究助理Matthieu Bourdon博士表示，“拟南芥的变体使我们能够确定不同分子样纤维素，木聚糖和木质素的贡献 - 大纤维形成和成熟。结果，我们现在更好地了解组装细胞壁所涉及的过程。“

拟南芥遗传资源的财富提供了一种有价值的工具，进一步研究二次细胞壁聚合物的复杂沉积，以及它们在定义细胞壁的细结构以及这些成熟成木材的作用。

“可视化木材的分子结构使我们能够研究在剑桥生物化学系的研究部门教授Paul Dupree教授教授Paul Dupree教授所说程度的调查。“了解木材的组件如何使超强结构成为理解植物成熟和新材料设计的重要性。”

“使用木材作为更轻和更环保的建筑材料，世界越来越兴趣，”Dupree补充道。“如果我们可以增加木材的力量，我们可能会开始看到更多主要建筑，远离钢铁和混凝土到木材。”

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参考：“天然冷冻保存的二级细胞壁的结构成像显示出大纤维的存在，并且它们的形成需要正常纤维素，木质素和克朗生物合成”，到1月J.Lyczakowski，Matthieu Bourdon，Oliver M. Terriet，YkäHelariutta，Raymond Wightman和Paul Dupree ，2019年10月23日，植物科学的边疆.DOI：
10.3389 / FPLS.2019.01398

Dupree教授和Lyczakowski教授参与了剑尔姆信托基金的自然资料创新中心，在剑桥大学的生物化学家，植物科学家，建筑师，数学家和化学家以及更好地了解木材结构，修改和应用方面。研究人员希望他们可以制造木制的摩天大楼，甚至是木制的汽车，通过重新设计木材结构来制造现实，以便为建筑和制造做出更好的材料。他们最近在伦敦皇家学会夏季科学展览会上展示了他们的作品。