الجليد الخارق
خلال الحرب العالمية الثانية، قامت البحرية الملكية البريطانية بإجراء تجارب مع الفكرة استخدام الثلج المقوى بلباب الخشب في بناء حاملة الطائرات.
ويبدو أن المادة المركبة، المعروفة باسم Pykrete، كانت قوية مثل الخرسانة، طالما أمكن حفظها مجمدة.
كان من المفترض أن تكون السفينة بمثابة جبل جليدي عائم ومُصمم خصيصًا لتتمكن الطائرات من الإقلاع منه والهبوط عليه، ولكن مع ارتفاع التكاليف وتوافر خيارات أفضل، تم التخلي عن المشروع في النهاية.
الآن قام الباحثون بقيادة فريق من الجامعة العبرية في القدس في إسرائيل بتوسيع هذه الفكرة من الأربعينيات لإنشاء ما يسمونه BioPykrete.
ومن خلال إضافة بلورات نباتية وبروتين مخصص إلى الجليد، تمكنوا من إنشاء شيء أقوى بعشر مرات من الجليد العادي وقادر على امتصاص طاقة أكثر بـ 70 مرة قبل أن ينكسر.
وقد تم نشر دراسة عن المادة الجديدة في الغرويات والأسطح ب: الواجهات الحيويةويأمل الفريق الذي يقف وراءها أن يتم استخدامها يومًا ما كمواد بناء.
“أردنا أن نذهب إلى ما هو أبعد من مجرد خلط الألياف في الثلج وبدلاً من ذلك التحكم في كيفية اتصال المواد المختلفة على المستوى الجزيئي.” يقول عالم الكيمياء الحيوية إيدو براسلافسكي، من الجامعة العبرية في القدس.
“إن النتيجة لا تغير فقط مدى قوة الجليد، ولكن أيضًا كيفية انكساره. فبدلاً من أن يتحطم فجأة، يمكنه امتصاص المزيد من الطاقة ويتشوه تدريجيًا.”
التطبيق المقصود ليس لحاملات الطائرات هذه المرة، بل لمشاريع البناء في المناطق النائية والباردة حيث ليس من السهل تطبيق أساليب البناء التقليدية – مثل القطب الشمالي والقطب الجنوبي.
مع عدم الحاجة إلى الخرسانة أو الفولاذ، ومع وجود الثلج والسليلوز النباتي كمكونات رئيسية، يمكن أن تكون هذه مادة بناء ذات بصمة كربونية منخفضة وقابلة للتحلل أيضًا.
“على الرغم من أن صناعة البناء والتشييد هي حجر الزاوية في الاقتصاد العالمي، إلا أنها لا تزال واحدة من أهم الملوثات البيئية، والمسؤولة عن انبعاثات الكربون الكبيرة واستنزاف الموارد بشكل كبير”. يكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة.
“تقدم التكنولوجيا الحيوية طريقًا تحويليًا للتخفيف من هذا التأثير من خلال تطوير مواد حيوية جديدة ومستدامة.”
ومع ذلك، سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يتم استخدام BioPykrete كمواد بناء. كانت هذه الدراسة بمثابة اختبار لإثبات المفهوم على نطاق صغير، وستكون هناك حاجة إلى مزيد من البحث للنظر في كيفية صمود BioPykrete على مدى فترات طويلة وفي ظل الظروف المتغيرة.
وبدلاً من ألياف لب الخشب الكبيرة والمضطربة، استخدم الباحثون بلورات السليلوز النانوية هنا.
السليلوز هو المادة الهيكلية الرئيسية في النباتات، وفي شكل بلورات نانوية، يمكن أن يكون بمثابة عامل تقوية مجهري للمواد الأخرى، بما في ذلك الجليد – مما يمنع الشقوق من الانتشار بسهولة.
كان البروتين المستخدم هنا يسمى CBM3a-AFPIII، وهو مزيج من بروتين مضاد للتجمد (AFP) ووحدة ربط الكربوهيدرات (CBM). وكانت وظيفتها هي العمل مثل الغراء، حيث تحافظ على بلورات السليلوز النانوية والجليد مترابطين معًا.
إنها طريقة ذكية، ويعتقد الباحثون أنه من خلال تعديل مكوناتهم وطرقهم، قد يكونون قادرين على تحسين “الثلج الفائق” الخاص بهم بشكل أكبر.
“إن تحسين حركية التصلب وبروتوكولات التجميد، جنبًا إلى جنب مع تطوير متغيرات AFP-CBM المتنوعة، يمكن أن يؤدي إلى مركبات ذات قوة أعلى.” يكتب الباحثين.
إلى جانب إجراء المزيد من الاختبارات لمتانة المادة، يحرص الباحثون أيضًا على إلقاء نظرة فاحصة على كيفية انتشار الشقوق من خلال BioPykrete، للتأكد من أن آليات التقوية الأساسية هي كما يعتقدون.
وفي المستقبل، يمكن لهذا النهج أن يفتح مجالًا جديدًا تمامًا للمواد المستخدمة في التعبئة والتغليف والبناء وغير ذلك: استخدام بروتين مخصص للجمع بين مركبين غير محتملين (الثلج والسليلوز) معًا.
“من خلال سد الفجوة بين تصميم البروتين المؤتلف والهندسة الهيكلية، قمنا بتطوير مادة عالية الأداء مصممة خصيصًا لقسوة البيئات الأكثر قسوة في العالم.” يكتب الباحثين.
وقد تم نشر البحث في الغرويات والأسطح ب: الواجهات الحيوية.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وتم تحريره بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا لاحظت خطأً، يرجى اعلامنا.
المصدر الأصلي: www.sciencealert.com
