دانشمندان مادهای به نام BioPykrete ساخته‌اند که تعریف جدیدی از مقاومت در یخ‌ها ارائه می‌دهد. این ماده نه‌تنها ۱۰ برابر محکم‌تر از یخ معمولی است، بلکه پیش از متلاشی شدن، می‌تواند حدود ۷۰ برابر انرژی بیشتری جذب کند؛ ویژگی‌ای که آن را به بتن شبیه می‌کند. تفاوت اصلی BioPykrete در رفتار آن هنگام فشار است؛ برخلاف یخ‌های عادی که ناگهان خرد می‌شوند، این ماده به‌تدریج تغییر شکل می‌دهد و سپس می‌شکند.
مهندسی مولکولی؛ ترکیب سلولز و پروتئین
پژوهشگران برای رسیدن به این سطح از استحکام، ایده تقویت یخ را به مقیاس مولکولی بردند و از بلورهای نانویی سلولز استفاده کردند. سلولز ماده طبیعی سازنده ساختار گیاهان است. وقتی این مخلوط یخ می‌زند، بلورهای سلولز یک شبکه سه‌بعدی در اطراف بخش‌های میکروسکوپی یخ ایجاد می‌کنند.
برای تکمیل این ساختار، دانشمندان پروتئینی طراحی کردند که نقش چسب مولکولی را ایفا می‌کند. این پروتئین به‌گونه‌ای عمل می‌کند که:
- یک بخش آن به یخ متصل می‌شود.
- بخش دیگر را به سلولز می‌دوزد.
- در نهایت، دو ماده را در یک پیوند سخت و پایدار نگه می‌دارد.
از خمیر چوب جنگ جهانی دوم تا فناوری نانو
ایده تقویت یخ موضوع جدیدی در تاریخ علم نیست. در دوران جنگ جهانی دوم، مادهای به نام Pykrete (ترکیب یخ و خمیر چوب) آزمایش شد که نسبت به یخ معمولی سخت‌تر بود و دیرتر ذوب می‌شد. اما BioPykrete یک گام فراتر رفته است. تفاوت این دو در مقیاس کنترل است؛ در حالی که در مدل قدیمی مواد صرفاً با هم مخلوط می‌شدند، در مدل جدید پژوهشگران نحوه اتصال مواد را در مقیاس مولکولی مدیریت کرده‌اند.
چرا BioPykrete نمی‌شکند؟
در یخ‌های معمولی، حتی یک ترک کوچک می‌تواند به‌سرعت گسترش یابد و کل ساختار را در لحظه‌ای تخریب کند. اما در BioPykrete، شبکه سلولزی و پیوندهای پروتئینی مانند سده‌ای در برابر پیشروی ترک‌ها عمل می‌کنند.
وقتی ترکی در این ماده شکل می‌گیرد، به شبکه سلولزی برخورد می‌کند و متوقف می‌شود یا مسیرش تغییر می‌کند. برای اینکه ترک بتواند از این شبکه عبور کند یا آن را پاره کند، به انرژی بسیار بیشتری نیاز است. همین مکانیسم باعث می‌شود ماده به‌جای شکست ناگهانی، مقاومت کند و تغییر شکل دهد.