BioPykrete: лёд с целлюлозой и белком испытали на прочность

Исследователи Еврейского университета в Иерусалиме создали BioPykrete: лёд, укреплённый целлюлозными нанокристаллами и специально разработанным белком. В лабораторных испытаниях небольшие образцы выдерживали при сжатии примерно в десять раз большую нагрузку, чем чистый лёд, и поглощали примерно в 70 раз больше энергии до разрушения. Результат пока не подтверждает, что материал пригоден для строительства.

Как сеть помогает сдерживать трещины

При замерзании целлюлозные нанокристаллы образуют в материале трёхмерную сеть. Она мешает трещинам свободно распространяться. Белок CBM3a-AFPIII связывает лёд с целлюлозой: одна часть белка взаимодействует со льдом, другая — с углеводами. Так возникает молекулярный мост между компонентами.

По данным исследовательской группы, белковое связующее вдвое увеличило прочность и количество энергии, которое материал поглощал до разрушения, по сравнению с похожей смесью льда и целлюлозы без белка. BioPykrete не раскалывался сразу, а сначала деформировался и разрушался постепенно.

Представим тонкий лёд, внутри которого переплетены крошечные волокна, соединённые связующим. Трещине приходится преодолевать эту сеть, поэтому на разрушение требуется больше энергии. Это только условная аналогия. В испытаниях использовали образец шириной 2 сантиметра и высотой 1 сантиметр: его постепенно сжимали до деформации или разрушения.

Результаты опубликованы в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. Авторы рассматривают возможность применять BioPykrete в удалённых холодных районах, куда трудно доставлять обычные строительные материалы. Но исследователи пока проверили только небольшие образцы на сжатие. Им ещё предстоит изучить, как материал переносит длительную нагрузку и повторные циклы замораживания и оттаивания, а также проверить его в крупных конструкциях. Отдельные исследования распространения трещин должны помочь подтвердить предполагаемый механизм упрочнения.

Подробнее о подготовке научных статей.