新しい「スーパーアイス」はコンクリートに近い強度を持つ、10倍の強度を実現

第二次世界大戦中、イギリス海軍は木材パルプで補強した氷を使って航空母艦を建造するアイデアを実験しました。Pykreteとして知られるこの複合材料は、凍結させておけばコンクリートと同等の強度を持つとされていました。この船は、飛行機が離着陸するための、浮遊する特注の強化氷山となるはずでしたが、コストの上昇とより良い選択肢が登場したため、プロジェクトは最終的に放棄されました。 現在、イスラエルのエルサレム・ヘブライ大学の研究チームが、1940年代のそのアイデアを発展させ、「BioPykrete」と名付けたものを開発しました。植物由来の結晶と特注のタンパク質を氷に添加することで、従来の氷の10倍の強度を持ち、破壊される前に70倍のエネルギーを吸収できる物質を作り出したのです。この新しい材料に関する研究は、Colloids and Surfaces B: Biointerfacesに発表されており、開発チームは将来的に建設資材として使用されることを期待しています。 エルサレム・ヘブライ大学の生化学者、Ido Braslavsky氏は、「単に繊維を氷に混ぜるだけでなく、異なる材料が分子レベルでどのように接続されるかを制御したかったのです」と述べています。「その結果、氷の強度だけでなく、壊れ方も変わりました。突然砕け散るのではなく、より多くのエネルギーを吸収し、徐々に変形することができます。」 今回の意図された応用は、航空母艦ではなく、北極や南極のような、従来の建設方法が適用しにくい遠隔地の寒冷地域での建設プロジェクトです。コンクリートや鋼材を必要とせず、氷と植物由来のセルロースが主成分であるため、これは炭素排出量が少なく、生分解性も持つ建設資材となる可能性があります。 研究者たちは発表した論文の中で、「建設業界は世界経済の基盤である一方で、依然として最も重大な環境汚染者の一つであり、相当な炭素排出と大規模な資源枯渇の原因となっています」と書いています。「バイオテクノロジーは、革新的で持続可能なバイオマテリアルを開発することにより、この影響を軽減するための変革的な道を提供します。」 しかし、BioPykreteが建設資材として使用できるようになるまでには、まだ時間がかかります。今回の研究は小規模な概念実証テストであり、BioPykreteが長期間や変化する条件下でどのように機能するかを調べるには、さらなる研究が必要です。木材パルプの大きくて無秩序な繊維の代わりに、研究者たちはここでセルロースナノ結晶を使用しました。セルロースは植物の主要な構造材料であり、ナノ結晶の形態では、氷を含む他の材料の微細な強化剤として機能し、亀裂の広がりを容易に阻止します。 ここで使用されたタンパク質は、抗凍結タンパク質（AFP）と炭水化物結合モジュール（CBM）の組み合わせであるCBM3a-AFPIIIと呼ばれていました。その役割は、セルロースナノ結晶と氷を結合させておく接着剤のように機能することでした。 凍結乾燥サンプルの走査型電子顕微鏡画像は、微細なセルロース結晶によって形成されたネットワークを明らかにしています。上の行は材料を40倍に拡大したもので、下の行は90倍に拡大したものです。 これは巧妙なアプローチであり、研究者たちは、材料や方法を微調整することで、さらに「スーパーアイス」を改善できると考えています。「凝固速度論と凍結プロトコルの最適化、および多様なAFP-CBMバリアントの開発により、さらに高強度の複合材料が得られる可能性があります」と研究者たちは書いています。材料の耐久性に関するさらなるテストに加えて、研究者たちは、亀裂がBioPykreteをどのように伝播するかを詳しく調べることにも熱心であり、根本的な強化メカニズムが彼らが考えているものであることを確認したいと考えています。 さらに先には、このアプローチが包装、建設などの分野で使用される材料の全く新しい景観を開く可能性があります。カスタムタンパク質を使用して、氷とセルロースという、本来は結びつきにくい2つの化合物を結びつけます。 研究者たちは、「組換えタンパク質設計と構造工学の間のギャップを埋めることにより、世界で最も過酷な環境の厳しさに特化して設計された高性能材料を開発しました」と書いています。この研究は、Colloids and Surfaces B: Biointerfacesに発表されました。 この記事はRebecca Dyerによってファクトチェックされ、Rebecca Dyerによって編集されました。私たちはプロセスに誇りを持っていますが、私たちも人間です。間違いを見つけた場合は、お知らせください。