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FTIR Nanospectroscopy Shows Molecular Structures of Plant Biominerals and Cell Walls

  • Plant tissues are complex composite structures of organic and inorganic components whose function relies on molecular heterogeneity at the nanometer scale. Scattering-type near-field optical microscopy (s-SNOM) in the mid-infrared (IR) region is used here to collect IR nanospectra from both fixed and native plant samples. We compared structures of chemically extracted silica bodies (phytoliths) to silicified and nonsilicified cell walls prepared as a flat block of epoxy-embedded awns of wheat (Triticum turgidum), thin sections of native epidermis cells from sorghum (Sorghum bicolor) comprising silica phytoliths, and isolated cells from awns of oats (Avena sterilis). The correlation of the scanning-probe IR images and the mechanical phase image enables a combined probing of mechanical material properties together with the chemical composition and structure of both the cell walls and the phytolith structures. The data reveal a structural heterogeneity of the different silica bodies inPlant tissues are complex composite structures of organic and inorganic components whose function relies on molecular heterogeneity at the nanometer scale. Scattering-type near-field optical microscopy (s-SNOM) in the mid-infrared (IR) region is used here to collect IR nanospectra from both fixed and native plant samples. We compared structures of chemically extracted silica bodies (phytoliths) to silicified and nonsilicified cell walls prepared as a flat block of epoxy-embedded awns of wheat (Triticum turgidum), thin sections of native epidermis cells from sorghum (Sorghum bicolor) comprising silica phytoliths, and isolated cells from awns of oats (Avena sterilis). The correlation of the scanning-probe IR images and the mechanical phase image enables a combined probing of mechanical material properties together with the chemical composition and structure of both the cell walls and the phytolith structures. The data reveal a structural heterogeneity of the different silica bodies in situ, as well as different compositions and crystallinities of cell wall components. In conclusion, IR nanospectroscopy is suggested as an ideal tool for studies of native plant materials of varied origins and preparations and could be applied to other inorganic–organic hybrid materials.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:V. M. R. Zancajo, T. Lindtner, M. Eisele, A. J. Huber, R. Elbaum, Janina KneippORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Analytical Chemistry
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.0 Abteilungsleitung und andere
Verlag:ACS Publications
Jahrgang/Band:92
Ausgabe/Heft:20
Erste Seite:13694
Letzte Seite:13701
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:Cells; Infrared light; Organic polymers; Plants; Silica
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
DOI:10.1021/acs.analchem.0c00271
ISSN:0003-2700
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:10.03.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:10.03.2022
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