İsrail’den ‘Biyopikret’: Buzdan Üretilen ve Betona Yakın Dayanıklılığa Sahip Yeni Malzeme

İkinci Dünya Savaşı sırasında İngiliz Kraliyet Donanması, bir uçak gemisi inşa etmek için odun hamuruyla güçlendirilmiş buz kullanma fikrini denedi. Bu fikirle ilgili olarak geliştirilen kompozit malzeme olan Pykrete’nin, dondurulabildiği sürece betona kadar dayanıklı olduğu biliniyordu.

Gemi, temelde uçakların iniş ve kalkış yapabileceği, özel olarak güçlendirilmiş yüzen bir buz dağı olacaktı; ancak artan maliyetler ve daha iyi seçeneklerin ortaya çıkmasıyla proje sonunda terk edildi.

Şimdi İsrail’deki Kudüs Hibrani Üniversitesi’nden bir ekip liderliğindeki araştırmacılar, 1940’lardan kalan bu fikri modernleştirerek kendilerinin “BioPykrete” adını verdikleri bir malzeme oluşturdular. Yeni malzemenin incelenmesi Colloids and Surfaces B: Biointerfaces dergisinde yayımlandı ve arkasındaki ekip, bunun bir gün inşaat malzemesi olarak kullanılabileceğini umuyor.

“Sadece lifleri buz içine karıştırmak yerine, farklı malzemelerin moleküler düzeyde nasıl bağlandığını kontrol etmek istedik,” Kudüs Hibrani Üniversitesi’nden biyokimyacı Ido Braslavsky şöyle diyor. “Sonuç sadece buzun ne kadar dayanıklı olduğunu değil, aynı zamanda nasıl kırıldığını da değiştiriyor. Aniden parçalanmak yerine çok daha fazla enerji emebilir ve kademeli olarak deforme olabilir.”

Hedeflenen kullanım alanı bu kez uçak gemileri değil; konvansiyonel inşaat yöntemlerinin uygulanmasının zor olduğu Arktik ve Antartika gibi uzak, soğuk bölgelerdeki inşaat projeleri. Beton veya çelik gerektirmeyen ve ana bileşenleri buz ile bitkisel kökenli selüloz olan bu malzeme, düşük karbon ayak izine sahip olması açısından aynı zamanda biyolojik olarak parçalanabilir bir inşaat malzemesi olabilir.

“İşaat endüstrisi küresel ekonominin temel taşlarından biri olsa da, hala önemli karbon emisyonları ve devasa kaynak tükenmesine neden olan en büyük çevre kirleticilerden biri olmaya devam ediyor,” araştırmacılar yayımladıkları makalede yazıyor. “Biyoteknoloji, yeni ve sürdürülebilir biyomalzemeler geliştirerek bu etkiyi azaltmak için dönüştürücü bir yol sunuyor.”

Ancak BioPykrete’nin inşaat malzemesi olarak kullanılması uzun süre alacak. Bu çalışma küçük ölçekli bir kavram kanıtı testiydi ve BioPykrete’in uzun dönemde ve değişen koşullar altında nasıl dayanacağına bakmak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olacak.

Odun hamurunun büyük, düzensiz lifleri yerine araştırmacılar burada selüloz nanokristallerini kullandılar. Selüloz, bitkilerdeki ana yapısal malzemedir ve nanokristal biçiminde buz da dahil olmak üzere diğer malzemeler için mikroskobik bir güçlendirici olarak görev yapabilir — temelde çatlakların kolayca yayılmasını engelleyerek.

Burada kullanılan protein CBM3a-AFPIII adını taşıyor; bu, bir antifreeze proteini (AFP) ile bir karbonhidrat bağlayıcı modülün (CBM) kombinasyonu. Görevi yapıştırıcı gibi davranarak selüloz nanokristallerini ve buz bir arada tutmak.

Bu zekice bir yaklaşım ve araştırmacılar malzeme ve yöntemlerini ayarlayarak ‘süper buz’larını daha da geliştirebileceklerini düşünüyor. “Katılaşma kinetiğini ve donma protokollerini optimize etmek, çeşitli AFP-CBM varyantları geliştirmekle birlikte çok daha yüksek dayanıklılığa sahip kompozitler üretebilir,” araştırmacılar yazıyor.

Malzemenin dayanıklılığına dair ek testlerin yanı sıra araştırmacılar, arka plandaki güçlendirici mekanizmaların gerçekten düşündükleri gibi olup olmadığını doğrulamak için çatlakların BioPykrete içinde nasıl yayıldığına daha yakından bakmayı da istiyor.

İleride bu yaklaşım, iki olası olmayan bileşeni (buz ve selüloz) bir araya getiren özel bir protein kullanarak paketleme, inşaat ve daha fazlasında kullanılan malzemeler için tamamen yeni bir manzara açabilir. “Rekombinant protein tasarım ile yapısal mühendislik arasındaki boşluğu doldurarak, dünyanın en uç koşulları için özel olarak tasarlanmış yüksek performanslı bir malzeme geliştirdik,” araştırmacılar yazıyor.

Araştırma yayımlandı.

Bu makale Rebecca Dyer tarafından doğrulandı ve Rebecca Dyer tarafından düzenlendi. Sürecimize gurur duysak da yalnızca insanız. Bir hata fark ederseniz, lütfen bize bildirin.