Structure Determination of Biogenic Crystals Directly from 3D Electron Diffraction Data

电子晶体学 材料科学 纳米材料 粉末衍射 结晶学 生物矿化 Crystal(编程语言) 电子衍射 纳米技术 衍射 化学 化学工程 光学 程序设计语言 物理 工程类 计算机科学
作者
Avital Wagner,Johannes Merkelbach,Laura Samperisi,Noam Pinsk,Benson M. Kariuki,Colan E. Hughes,Kenneth D. M. Harris,Benjamin A. Palmer
出处
期刊:Crystal Growth & Design [American Chemical Society]
卷期号:24 (3): 899-905 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.cgd.3c01290
摘要

Highly reflective assemblies of purine, pteridine, and flavin crystals are used in the coloration and visual systems of many different animals. However, structure determination of biogenic crystals by single-crystal XRD is challenging due to the submicrometer size and beam sensitivity of the crystals, and powder XRD is inhibited due to the small volumes of powders, crystalline impurity phases, and significant preferred orientation. Consequently, the crystal structures of many biogenic materials remain unknown. Herein, we demonstrate that the 3D electron diffraction (3D ED) technique provides a powerful alternative approach, reporting the successful structure determination of biogenic guanine crystals (from spider integument, fish scales, and scallop eyes) from 3D ED data confirmed by analysis of powder XRD data. The results show that all biogenic guanine crystals studied are the previously known β-polymorph. This study highlights the considerable potential of 3D ED for elucidating the structures of biogenic molecular crystals in the nanometer-to-micrometer size range. This opens up an important opportunity in the development of organic biomineralization, for which structural knowledge is critical for understanding the optical functions of biogenic materials and their possible applications as sustainable, biocompatible optical materials.

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