エルサレム・ヘブライ大学の研究者たちは、「BioPykrete」と名付けられた高性能複合材料を開発しました。この「スーパーアイス」は、標準的な氷よりも10倍強く、破壊される前に70倍多くのエネルギーを吸収できるように設計されています。このプロジェクトは、第二次世界大戦中にイギリス海軍が実験した「Pykrete」の概念に基づいています。Pykreteは木材パルプと氷を組み合わせることでコンクリートと同等の強度を持つ物質を作り出したことで知られています。オリジナルのPykreteはコストや他の材料の可用性の問題で放棄されましたが、新しいBioPykreteは現代のバイオテクノロジーを活用することで、持続可能性に焦点を当てつつ同様の構造的目標を達成しています。
この画像は、記事の第1段落で説明されている「スーパーアイス」材料の物理的な形態を示しています。
BioPykreteの背後にあるメカニズムは、単なる繊維の混合ではなく、洗練された分子アプローチを伴うものです。研究チームは、植物の主要な構造成分であるセルロースナノ結晶を使用し、氷の中の亀裂の広がりを防ぐ微細な強化剤として機能させました。これらの結晶を氷と効果的に結合させるために、チームはCBM3a-AFPIIIと呼ばれる特注のタンパク質を利用しました。このタンパク質は、 antifreeze protein（AFP）とcarbohydrate-binding module（CBM）を組み合わせており、セルロースと氷を結合させておくための分子的な「接着剤」として機能します。この特定のエンジニアリングにより、材料はストレス下で突然粉砕されるのではなく、徐々に変形することが可能になり、構造的完全性を維持するための重要な特性を実現しました。
この視覚資料は、第2段落で説明されているセルロースと氷を結合させるために使用された特注のタンパク質を表しています。
この研究は小規模な概念実証ではありましたが、研究者たちはBioPykreteを北極や南極のような極限環境向けの持続可能な建築材料として構想しています。主な成分が氷と植物由来のセルロースであるため、この材料は低炭素フットプリントを実現し、生分解性を持つ可能性があり、遠隔地において鋼鉄やコンクリートのような炭素集約的な材料に取って代わる可能性があります。しかし、さまざまな環境条件下における材料の長期的な耐久性は、今後の研究課題として残されています。建設分野以外でも、研究者たちはカスタムタンパク質を使用して異種化合物を橋渡しするこの手法が、持続可能なパッケージングやその他の構造工学の課題など、さまざまな分野に応用される可能性があることを示唆しています。