Під час Другої світової війни британський королівський флот експериментував з ідеєю використання льоду, зміцненого деревною целюлозою, для будівництва авіаносця.

Цей композитний матеріал, відомий як Пікріт, був настільки ж міцним, як бетон, якщо його тримати в замороженому стані.

Корабель мав бути плаваючим, спеціально виготовленим, зміцненим айсбергом, з якого літаки могли б злітати та приземлятися, але через зростання витрат і появу кращих варіантів проект врешті-решт був скасований.

Тепер дослідники з Єврейського університету в Єрусалимі продовжили цю ідею, створивши те, що вони називають Біопікріт.

Додаючи рослинні кристали та спеціальний білок до льоду, вони створили матеріал, який у 10 разів міцніший за звичайний лід і здатний поглинати в 70 разів більше енергії перед руйнуванням.

Дослідження нового матеріалу було опубліковано в Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, і команда сподівається, що його можна буде використовувати як будівельний матеріал.

"Ми хотіли не просто змішувати волокна в льоду, а контролювати, як різні матеріали з'єднуються на молекулярному рівні," - говорить біохімік Ідо Браславський з Єврейського університету в Єрусалимі.

"Результат змінює не лише те, наскільки міцний лід, але й те, як він ламається. Замість того, щоб раптово розколюватися, він може поглинати набагато більше енергії і поступово деформуватися."

Цей матеріал не призначений для авіаносців, а скоріше для будівельних проектів у віддалених, холодних районах, де традиційні методи будівництва не є простими, таких як Арктика та Антарктика.

Не потребуючи бетону чи сталі, і з льоду та рослинної целюлози як основних інгредієнтів, це може бути будівельний матеріал з низьким вуглецевим слідом, який також є біорозкладним.

"Хоча будівельна індустрія є основою світової економіки, вона залишається одним з найбільших забруднювачів навколишнього середовища, відповідальною за значні викиди вуглецю та масове виснаження ресурсів," - пишуть дослідники у своїй публікації.

"Біотехнології пропонують трансформаційний шлях для пом'якшення цього впливу шляхом розробки нових, стійких біоматеріалів."

Однак пройде ще деякий час, перш ніж Біопікріт зможе бути використаний як будівельний матеріал. Це дослідження було маломасштабним тестом концепції, і потрібні подальші дослідження, щоб дізнатися, як Біопікріт витримує тривалі періоди та змінні умови.

Замість великих, безладних волокон деревної целюлози, дослідники використали нано-кристали целюлози.

Целюлоза є основним структурним матеріалом у рослинах, і в формі нано-кристалів вона може діяти як мікроскопічний зміцнюючий агент для інших матеріалів, включаючи лід – фактично зупиняючи тріщини від легкого розповсюдження.

Використаний білок називався CBM3a-AFPIII, комбінація білка-антифризу (AFP) та модуля зв'язування вуглеводів (CBM). Його завдання полягало в тому, щоб діяти як клей, утримуючи нано-кристали целюлози та лід разом.

Це розумний підхід, і дослідники вважають, що, налаштувавши свої інгредієнти та методи, вони можуть ще більше покращити свій 'суперлід'.

"Оптимізація кінетики затвердіння та протоколів заморожування, разом із розробкою різноманітних варіантів AFP-CBM, може призвести до отримання ще більш міцних композитів," - пишуть дослідники.

Окрім подальших тестів на довговічність матеріалу, дослідники також прагнуть детальніше вивчити, як тріщини поширюються через Біопікріт, щоб підтвердити, що основні механізми зміцнення є такими, якими вони вважають.

У майбутньому цей підхід може відкрити нові можливості для матеріалів, що використовуються в упаковці, будівництві та інших сферах: використання спеціального білка для поєднання двох малоймовірних сполук (льоду та целюлози).

"З'єднуючи розрив між дизайном рекомбінантних білків і структурною інженерією, ми розробили матеріал високої продуктивності, спеціально спроектований для суворих умов найекстремальніших середовищ світу," - пишуть дослідники.

Дослідження було опубліковано в Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.