Лабораторный композит BioPykrete из льда и целлюлозы выдерживает сжатие в 10 раз сильнее обычного льда
Исследователи Еврейского университета в Иерусалиме добавили ко льду нанокристаллы целлюлозы и белок-химеру. Образец поглощает до разрушения в 70 раз больше энергии и ломается постепенно.
Исследователи Еврейского университета в Иерусалиме под руководством Идо Браславски разработали BioPykrete — композит из льда, нанокристаллов целлюлозы (CNC) и сконструированного белка-химеры. Работа опубликована в журнале Colloids and Surfaces B Biointerfaces. В испытаниях на одноосное сжатие композит показал рост прочности на сжатие в 10 раз и рост энергии до разрушения в 70 раз по сравнению с обычным льдом sciencedirect.com
Colloids and Surfaces B Biointerfacessciencedirect.comОткрыть источник ↗. Авторы сообщают, что прочность на сжатие приближается к прочности бетона.
Белок-химера и сеть из CNC
Белок-химеру получили генетическим слиянием льдосвязывающего белка AFPIII и углевод-связывающего модуля CBM3a. Один домен связывается со льдом, другой — с целлюлозой, поэтому белок работает как молекулярный «биоклей» между кристаллической арматурой и ледяной матрицей.
При контролируемом замораживании суспензии химера, как предполагается, регулирует самоорганизацию волокон CNC. Они образуют армирующую трёхмерную сеть, которая заключает лёд в ячейки микрометрового масштаба. По мнению авторов, такая иерархия структуры, по-видимому, останавливает рост трещин на уровне пор.
Постепенное разрушение и открытые вопросы
Чистый лёд разрушается внезапно и хрупко. BioPykrete же разрушался постепенно, подобно пластичному материалу, что показали испытания на одноосное сжатие и анализ энергии разрушения sciencedirect.com
Colloids and Surfaces B Biointerfacessciencedirect.comОткрыть источник ↗. По сравнению с во всём остальном идентичным композитом CNC и льда без химеры вариант с белком показал вдвое большую прочность и вдвое большую энергию до разрушения.
Авторы называют BioPykrete доказательством концепции биоразлагаемого композита с потенциально низким углеродным следом для арктических условий, где традиционное строительство экономически и экологически затруднено. Пригодность материала для инфраструктуры не установлена: потребуются дополнительные испытания на долговечность, циклы замораживания и оттаивания, ползучесть и жизненный цикл. Пока результаты получены на лабораторных образцах в контролируемых условиях.
