โดย เพซัค เบนสัน • 16 กันยายน 2026
เยรูซาเล็ม, 16 กันยายน, 2026 (TPS-IL) — นักวิทยาศาสตร์ชาวอิสราเอลได้พัฒนาวน้ำแข็งเสริมแรงชนิดใหม่ที่มีความแข็งแรงกว่าน้ำแข็งทั่วไปภายใต้แรงอัดประมาณ 10 เท่า และสามารถดูดซับพลังงานได้มากกว่าก่อนจะแตกหักประมาณ 70 เท่า ซึ่งเป็นความก้าวหน้าที่อาจนำไปสู่การใช้วัสดุก่อสร้างใหม่สำหรับสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็นจัดในท้ายที่สุด
วัสดุดังกล่าวเรียกว่า ไบโอไพครีต (BioPykrete) ผสมผสานน้ำแข็งเข้ากับผลึกนาโนเซลลูโลส ซึ่งเป็นอนุภาคแข็งขนาดเล็กที่ทำมาจากเซลลูโลส ซึ่งเป็นวัสดุธรรมชาติที่ให้โครงสร้างแก่พืช โปรตีนที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษทำหน้าที่เป็นสะพานระดับโมเลกุล เสริมความแข็งแกร่งให้กับจุดเชื่อมต่อระหว่างน้ำแข็งและเซลลูโลส และช่วยป้องกันไม่ให้รอยแตกร้าวลุกลาม
The Hebrew University of Jerusalem campus on Aug. 3, 2023. Photo by Yoav Dudkevitch/TPS-IL
ความก้าวหน้านี้อาจช่วยแก้ปัญหาความท้าทายทางปฏิบัติในภูมิภาคที่ห่างไกลและหนาวเย็นที่สุดบางแห่งของโลก นั่นคือ การขนส่งวัสดุก่อสร้างแบบดั้งเดิม คอนกรีต เหล็ก และวัสดุอื่นๆ อาจมีน้ำหนักมาก มีราคาแพง และยากที่จะเคลื่อนย้ายไปยังสถานที่ในแถบอาร์กติกและแอนตาร์กติก
ในทางตรงกันข้าม น้ำแข็งมีอยู่มากมายและหาได้ในท้องถิ่น แต่โดยปกติแล้วจะเปราะเกินกว่าจะนำมาใช้เป็นโครงสร้าง ไบโอไพครีตอาจทำให้โครงสร้างชั่วคราวหรือโครงสร้างพิเศษเป็นไปได้ในสถานที่ที่การขนส่งวัสดุแบบดั้งเดิมเป็นเรื่องยากเป็นพิเศษ
การศึกษาดังกล่าวตีพิมพ์ในวารสารผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ Colloids and Surfaces B: Biointerfaces นำโดยศาสตราจารย์ อิดอ บราสลาฟสกี จากมหาวิทยาลัยฮีบรูแห่งเยรูซาเล็ม สมาชิกคนอื่นๆ ในทีมวิจัยมาจากสถาบันโปลีเทคนิคแห่งชาติโลซานในสวิตเซอร์แลนด์, สถาบันเทกซิออน และมหาวิทยาลัยเบน-กูเรียนแห่งเนเกฟ
การทำให้น้ำแข็งมีความเหนียวมากขึ้น
ในขณะที่ไบโอไพครีตแข็งตัว ผลึกนาโนเซลลูโลสจะสร้างเครือข่ายสามมิติภายในน้ำแข็ง โปรตีนที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมจะเชื่อมต่อวัสดุทั้งสองเข้าด้วยกันในระดับโมเลกุล โดยส่วนหนึ่งยึดติดกับน้ำแข็งและอีกส่วนหนึ่งยึดติดกับเซลลูโลส
“เราต้องการก้าวไปให้ไกลกว่าแค่การผสมเส้นใยลงในน้ำแข็ง แต่ต้องการควบคุมวิธีที่วัสดุต่างๆ เชื่อมต่อกันในระดับโมเลกุลแทน” บราสลาฟสกีกล่าว
การเชื่อมต่อนั้นดูเหมือนจะมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของวัสดุ การทดสอบในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าไบโอไพครีตมีความแข็งแรงในการรับแรงอัดอยู่ในช่วงของคอนกรีตทั่วไป ซึ่งทำให้มีความแข็งแรงภายใต้แรงอัดมากกว่าน้ำแข็งบริสุทธิ์ประมาณ 10 เท่า
ความเหนียวของมันน่าทึ่งยิ่งกว่า: ไบโอไพครีตดูดซับพลังงานก่อนที่จะแตกหักได้มากกว่าน้ำแข็งธรรมดาประมาณ 70 เท่า
นักวิจัยยังได้เปรียบเทียบวัสดุผสมน้ำแข็ง-เซลลูโลสที่ผลิตโดยมีและไม่มีโปรตีนที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม การเติมโปรตีนช่วยเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุและปริมาณพลังงานที่สามารถดูดซับได้ก่อนที่จะแตกหักได้ประมาณสองเท่า
ความแตกต่างอยู่ที่สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดรอยแตกร้าว ในน้ำแข็งธรรมดา รอยแตกร้าวสามารถแพร่กระจายอย่างรวดเร็วทั่วทั้งวัสดุ ทำให้มันแตกกระจายอย่างกะทันหัน ในไบโอไพครีต เครือข่ายเซลลูโลสจะสร้างสิ่งกีดขวางที่ขัดขวางเส้นทางของรอยแตกร้าว ในขณะที่โปรตีนช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับจุดเชื่อมต่อระหว่างน้ำแข็งและเซลลูโลส ทำให้รอยแตกร้าวฉีกขาดผ่านเครือข่ายเสริมแรงได้ยากขึ้น
การศึกษาอธิบายว่าโปรตีนนี้เป็น “’ไบโอแอดฮีสซีฟ’ เชิงโมเลกุล” และรายงานว่าโครงสร้างเสริมแรงสามารถ “หยุดยั้งการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวในระดับรูพรุนได้”
“เราไม่ได้เปลี่ยนแค่ความแข็งแกร่งของน้ำแข็งเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนวิธีที่มันแตกหักด้วย” บราสลาฟสกีกล่าว “แทนที่จะแตกกระจายอย่างกะทันหัน มันสามารถดูดซับพลังงานได้มากขึ้นและเปลี่ยนรูปทีละน้อย”
นักวิจัยคาดการณ์ถึงการใช้งานที่เป็นไปได้ในสภาพแวดล้อมแถบอาร์กติกและแอนตาร์กติก ซึ่งการขนส่งวัสดุก่อสร้างแบบดั้งเดิมอาจทำได้ยากและมีค่าใช้จ่ายสูง
อย่างไรก็ตาม ไบโอไพครีตยังคงเป็นเพียงแนวคิดพิสูจน์ได้ในห้องปฏิบัติการ มากกว่าที่จะเป็นวัสดุแทนที่คอนกรีตได้ทันที จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาว่ามันมีประสิทธิภาพอย่างไรในระยะยาว รวมถึงภายใต้การแข็งตัวและการละลายซ้ำๆ และแรงกดดันอย่างต่อเนื่อง
