Cercetătorii au creat o „gheață super” de zece ori mai rezistentă și mult mai greu de spart
O echipă de cercetători a dezvoltat un material numit BioPykrete, o formă de gheață întărită care este de aproximativ zece ori mai rezistentă decât gheața obișnuită și poate absorbi de circa 70 de ori mai multă energie înainte de a se rupe.
Materialul ar putea fi folosit în viitor drept material de construcție în unele dintre cele mai reci regiuni ale planetei, deoarece, în loc să se sfărâme brusc, se deformează și se rupe treptat. Cercetarea a fost publicată în revista Colloids and Surfaces B: Biointerfaces și a fost condusă de Prof. Ido Braslavsky, de la Facultatea de Agricultură, Alimentație și Mediu Robert H. Smith din cadrul Universității Ebraice din Ierusalim.
Ideea de a întări gheața nu este nouă. În timpul celui de-Al Doilea Război Mondial, cercetătorii au experimentat cu Pykrete, un amestec de gheață și pastă de lemn, mai rezistent și cu o topire mai lentă decât gheața obișnuită. Noua echipă a dus acest concept la nivel molecular.
Cercetătorii au amestecat gheață cu nanocristale de celuloză – particule extrem de mici și rigide, obținute din celuloză, materialul natural care dă structură plantelor. Pe măsură ce amestecul a înghețat, particulele au format o rețea tridimensională în jurul unor secțiuni microscopice de gheață.
Oamenii de știință au proiectat apoi o proteină capabilă să se atașeze de ambele materiale. O parte a proteinei se leagă de gheață, iar cealaltă de celuloză. Acționând ca un lipici molecular, proteina ajută la menținerea întregii structuri.
„Am vrut să depășim simpla amestecare a fibrelor în gheață și să controlăm modul în care diferitele materiale se conectează la nivel molecular”, a declarat Braslavsky. „Rezultatul schimbă nu doar cât de puternică este gheața, ci și modul în care se rupe. În loc să se sfărâme brusc, poate absorbi mult mai multă energie și se deformează treptat.”
În gheața obișnuită, chiar și o fisură minusculă se poate răspândi rapid și poate duce la cedarea întregii structuri. În BioPykrete, rețeaua de celuloză și legăturile proteice par să încetinească aceste fisuri și să le împiedice să se extindă liber.
Odată ce o fisură începe să se propage prin gheață, aceasta întâlnește rețeaua de celuloză, care acționează ca un obstacol. Lipiciul molecular – o proteină himerică cu un domeniu care se leagă de gheață și altul care se leagă de celuloză – ancorează rețeaua de celuloză de gheață. Această ancorare crește energia necesară pentru deformarea sau ruperea rețelei, transformând-o într-o barieră mai eficientă împotriva propagării fisurilor. Ca rezultat, creșterea fisurilor este oprită sau redirecționată, ceea ce ajută la menținerea lor mici și limitate.
Testele de laborator au arătat că BioPykrete a fost de aproximativ zece ori mai rezistent la compresiune decât gheața pură, atingând niveluri de rezistență similare betonului convențional. De asemenea, a absorbit de circa 70 de ori mai multă energie înainte de a ceda. Proteina proiectată a jucat un rol important: adăugarea ei a dublat atât rezistența, cât și energia pe care materialul o putea absorbi, comparativ cu un amestec similar de gheață și celuloză care nu conținea puntea moleculară.
Cercetătorii își imaginează că BioPykrete ar putea fi folosit în principal în regiunile arctice și antarctice, unde transportul betonului, oțelului și altor materiale de construcție poate fi costisitor și dificil. Deoarece materialul este realizat în mare parte din gheață și celuloză de origine vegetală, ar putea oferi o alternativă biodegradabilă, cu emisii reduse de carbon, pentru anumite structuri în condiții de frig extrem.
Totuși, nimeni nu va construi încă locuințe din BioPykrete. Materialul este deocamdată o dovadă de concept și trebuie supus unor teste suplimentare. Cercetătorii trebuie să afle cum se comportă pe perioade lungi, cum reacționează la îngheț și dezgheț repetate și dacă își schimbă treptat forma sub presiune constantă. Studiile viitoare vor examina, de asemenea, modul în care fisurile se deplasează prin material și vor testa proteine noi și metode de înghețare care ar putea face această „gheață super” și mai rezistentă.
