Международная команда визуализировала свойства клеточных стенок растений в наномасштабе

Для оптимизации биоматериалов в производстве бумаги, строительстве и создании биотоплива исследователи часто изучают структуру растительных клеток методами, повреждающими образцы (замораживание, помещение в вакуум).

Физики из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL, США), Национального центра научных исследований (CNRS, Франция) и других институтов применили неразрушающую альтернативу — микроскопию ближнего оптического поля рассеивающего типа. Они исследовали состав клеточных стенок молодых тополей с разрешением лучше 20 нанометров (в ~1000 раз тоньше человеческого волоса).

Ключевые достижения:

• Впервые измерены оптические свойства материалов клеточной стенки in situ — в контексте их структурных и химических свойств, вплоть до ширины одной микрофибриллы («спагетти» биомассы).
• Визуализировано распределение структурных полимеров (лигнина и целлюлозы) в одной области стенки.
• Метод применён к образцу тополя, уже прошедшему делигнификацию, что позволило отследить как безвредные, так и потенциально вредные изменения состава на молекулярном уровне.

Значение и перспективы:

• Данные помогут оптимизировать химические обработки (кислотами, ферментами) для увеличения выхода полимеров и защиты биоматериалов от деградации.
• Техника выявила, что некоторые типы лигнина не полностью удаляются при делигнификации, что важно для понимания и преодоления рекальцитрантности лигнина.
• Метод применим для контроля качества в аддитивном производстве (3D-печати) в реальном времени.
• В будущем интеграция квантово-механических принципов в микроскопию может позволить进一步提高 разрешение без повреждения образцов.

Исследование опубликовано в журнале Communications Materials.