Įsivaizduokite, kad per kambarį mestumėte ledo gabalą ir pamatytumėte, kaip jis lenkiasi, o ne trupėja. Keistas vaizdas? Būtent tokį ledo elgesį tyrėjai išprovokavo naujame Jeruzalės Hebrajų universiteto tyrime.
Pavadintas BioPykrete, šis inžinerinis ledas maišo smulkius augalinės kilmės kristalus su kruopščiai suprojektuotais baltymais, kad susidarytų užšalęs darinys, maždaug dešimt kartų atsparesnis slėgiui nei įprastas ledas ir galintis sugerti apie 70 kartų daugiau energijos prieš sugedant. Paprastai tariant: jis sumažina tą staigų lūžimą ir trupėjimą, kurio tikimės iš ledo, vietoje to deformuodamasis ir lėčiau byrėdamas, labiau primindamas plastišką inžinerinį kompozitą nei trapų šerkšną.
Kaip priversti ledą taip elgtis? Triukas vyksta mikroskopiniu mastu. Celiuliozės nanokristalai, kietos, lazdelės formos dalelės, išgaunamos iš augalų ląstelių sienelių, susidėlioja į trimačius karkasus aplink smulkias ledo kišenes mišiniui užšąlant. Vieni šie pluoštai jau pagerina savybes, bet tikrą proveržį suteikia sintetinis baltymas, kurį komanda sukūrė kaip molekulinį tiltą: viena jo dalis stipriai jungiasi su ledu, kita prisijungia prie celiuliozės. Tas tiltas pritvirtina nanokristalų tinklą prie ledo gardelės ir sukuria tankų, integruotą tinklą, atsparų lūžiams.
Paprastas priedimas, didelis poveikis. Kai tyrėjai pridėjo rišantį baltymą kartu su celiuliozės nanokristalais, tiek gniuždymo stipris, tiek energijos sugertis maždaug padvigubėjo, palyginti su mišiniu, kuriame buvo tik nanokristalai. Užšaldytų ir išdžiovintų mėginių skenuojančio elektroninio mikroskopo vaizdai atskleidžia porėtą, pluoštinę architektūrą, kuri suteikia BioPykrete tvirtumą; vidinė struktūra verčia įtrūkimus vingiuoti, užstrigti arba apeiti kliūtis vietoje to, kad pražygiuotų tiesiai per medžiagą.
Viduje „super lede": (a–c) Užšalusio ir išdžiovinto mėginių skenuojančio elektroninio mikroskopo vaizdai atskleidžia tinklą, kurį sudaro smulkūs celiuliozės kristalai. Viršutinė eilė rodo medžiagą padidintą 40 kartų, apatinė rodo 90 kartų. (d) Grafikas palygina tinklo porų dydį, kai antifrizo baltymas AFPIII buvo pridėtas atskirai ir kai jis buvo sujungtas su celiuliozę rišančiu baltymu CBM3a. Kiekvienam medžiagos tipui analizuota po aštuonis mėginių skyrius.
Čia girdėti istorinis atgarsis. Antrojo pasaulinio karo metu inžinieriai eksperimentavo su Pykrete, ledu sustiprintu medienos celiulioze, statydami plaukiojančias konstrukcijas, kurios tirpo ir lūždavo lėčiau nei paprastas ledas. BioPykrete yra šiuolaikinis, molekulinis tos idėjos variantas: jis pakeičia stambius medienos pluoštus nanoskaline armūra ir specialiai suprojektuotomis baltymų jungtimis, kad iš apačios aukštyn būtų reguliuojamos mechaninės savybės.
Praktinis panaudojimas yra siekiamybė. Betono ir plieno gabenimas į poliarinius regionus yra brangu ir kelia rimtų aplinkosauginių iššūkių. Medžiaga, pagaminta daugiausia iš vandens ir augalinės kilmės celiuliozės, teoriškai galėtų pasiūlyti mažesnio anglies pėdsako ir biologiškai skaidomą statybos variantą laikiniems ar dalinai nuolatiniams statiniams itin žemoje temperatūroje. Įsivaizduokite oro uosto takus, prieglaudas ar mokslines platformas, surenkamas iš vietoje užšaldytų medžiagų vietoje į vietą gabenamo betono.
Tačiau laboratorinis potencialas dar nereiškia patikimumo lauke. Iki šiol atlikti eksperimentai yra koncepto įrodymas: kontroliniai gniuždymo bandymai centimetro mastelio mėginiams ir vidinio tinklo mikroskopinis tyrimas. Svarbu ir dar neatsakyta, kaip BioPykrete elgsis ilgainiui veikiamas realių naudojimo įtampų. Kaip jis susidoros su pakartotiniais užšalimo ir atšilimo ciklais, nuolatinėmis apkrovomis, sukeliančiomis lėtą deformaciją (krutį), arba kaip smulkios trūkumų vietos vystysis per metus? Ar kiti baltymai ar užšaldymo režimai galėtų pagerinti tvirtumą ar ilgaamžiškumą?
Kiti žingsniai yra aiškūs: žemėlapyti, kaip įtrūkimai inicijuojasi ir plinta sustiprintame lede, išbandyti baltyminio tilto variantus ir padidinti bandinių dydį bei atlikti aplinkos tyrimus. Jei šie bandymai pasitvirtins, statyba iš inžinerinio ledo galėtų pereiti nuo laboratorinės smalsybės prie praktinės strategijos darbui šalčiausiose Žemės vietose.
Ką bekalbėtume toliau, BioPykrete primena, kad kartais pačios pažįstamiausios medžiagos, vanduo ir augaliniai pluoštai, gali atlikti netikėtus stebuklus, kai dizaineriai atidžiai išnagrinėja molekulinį komponentų ryšį.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.