На протяжении тысячелетий древесина активно использовалась для постройки домов и зданий, пока ее не вытеснил бетон. Однако в последние годы интерес к этому материалу вновь возвращается — и дерево становится альтернативой стали и бетону.
Несмотря на это, некоторые свойства древесины все еще не соответствуют современным стандартам для строительства высоток. Отчасти это связано с тем, что человек не до конца понимает структуру самого дерева. Новое исследование, опубликованное в Frontiers in Plant Science, сотрудников кафедры биохимии Кембриджского университета стремится восполнить этот пробел.
«Именно молекулярная архитектура дерева определяет его прочность, но до сих пор мы не знали точного расположения цилиндрических структур — макрофибрилл. Разработанный нами метод позволил рассмотреть макрофибриллы и то, как растения различаются по своему молекулярному строению. Это в том числе поможет понять, как повлиять на плотность и прочность древесины», — объясняет один из авторов работы Ян Лычаковский.
Ученые использовали технику низкотемпературной сканирующей электронной микроскопии (Cryo-SEM), чтобы рассмотреть образцы древесины, замороженной до минус 200 градусов. Им удалось наблюдать структуру древовидных клеток на наноуровне, рассмотрев в микроскоп клеточные стенки, которые в тысячу раз тоньше человеческого волоса.
А) Наноструктура среза ствола ели; В) Пучки макрофибрилл; С, D, Е) Отдельные макрофибриллы; F) Срез ствола ветви однолетней ели ветви. Красными стрелками обозначены трахеиды
Кроме того, исследователи изучили вторичные клеточные стенки Arabidopsis thaliana — резуховидки Таля. Так, они обнаружили, что у резуховидки Таля также просматривались структуры макрофибрилл. Это означает, что она может быть использована в качестве подопытной модели для дальнейших исследований в области «деревянной» архитектуры.
«Резуховидка Таля позволила нам определить вклад различных молекул, таких как целлюлоза, ксилан и лигнин, в формирование и созревание макрофибрилл», — добавил доктор Матье Бурдон.
Визуализация молекулярной архитектуры дерева даст возможность исследовать, как изменение расположения определенных полимеров внутри него может повлиять на прочность материала. А если удастся повысить сопротивление этого материала, в будущем мы сможем строить даже деревянные небоскребы, утверждают ученые.