تصور کنید بتوان با یخ سازه ساخت؛ اما نه یخی که با یک ضربه ترک بردارد و فروبپاشد. دانشمندان دانشگاه عبری اورشلیم ماده‌ای به نام BioPykrete ساخته‌اند که ضعف اصلی یخ را هدف گرفته است: شکنندگی و گسترش سریع ترک‌ها. آزمایش‌ها نشان داده این ماده حدود ۱۰ برابر از یخ معمولی مقاوم‌تر است و می‌تواند حدود ۷۰ برابر انرژی بیشتری را پیش از شکست جذب کند.
BioPykrete از ترکیب یخ، نانوکریستال‌های سلولزی و یک پروتئین مهندسی‌شده ساخته می‌شود. نانوکریستال‌های سلولزی از دیواره سلولی گیاهان به دست می‌آیند و هنگام یخ‌زدن، یک شبکه سه‌بعدی درون ماده ایجاد می‌کنند. پروتئین ویژه نیز مانند یک چسب مولکولی، سلولز و یخ را به یکدیگر متصل می‌کند.
راز اصلی این فناوری در کنترل ترک‌ها است. در یخ معمولی، یک ترک کوچک می‌تواند با سرعت در ماده گسترش پیدا کند و در نهایت باعث شکست ناگهانی آن شود. اما شبکه سلولزی در BioPykrete مانند مانعی در مسیر ترک عمل می‌کند و پروتئین مهندسی‌شده نیز اتصال میان این شبکه و یخ را تقویت می‌کند؛ در نتیجه شکست ماده تدریجی‌تر اتفاق می‌افتد.
نتایج آزمایشگاهی واقعاً قابل توجه بوده است. مقاومت فشاری BioPykrete حدود ۱۰ برابر یخ معمولی اندازه‌گیری شد و به محدوده‌ای نزدیک به مقاومت فشاری بتن رسید. مهم‌تر اینکه این ماده پیش از شکست حدود ۷۰ برابر انرژی بیشتری نسبت به یخ معمولی جذب کرد. افزودن پروتئین مهندسی‌شده نیز در مقایسه با نمونه مشابهِ یخ و سلولز، مقاومت و انرژی شکست را تقریباً دو برابر کرد.
ایده تقویت یخ البته کاملاً جدید نیست. در جنگ جهانی دوم ماده‌ای به نام Pykrete با ترکیب یخ و خمیر چوب پیشنهاد شده بود و حتی ایده ساخت سازه‌های بسیار بزرگ با آن مطرح شد. تفاوت BioPykrete این است که پژوهشگران به جای تکیه بر الیاف چوب، ساختار ماده را در مقیاس بسیار کوچک و با استفاده از نانوکریستال‌های سلولزی و پروتئین مهندسی‌شده کنترل کرده‌اند.
اما کاربرد احتمالی این ماده بیشتر در مناطق بسیار سرد و دورافتاده مطرح است؛ جایی که انتقال بتن، فولاد و سایر مصالح هزینه زیادی دارد. پژوهشگران دانشگاه عبری اورشلیم احتمال استفاده از BioPykrete برای برخی سازه‌ها در مناطق قطبی و سردسیر را مطرح کرده‌اند؛ زیرا ماده اصلی آن آب است و بخش تقویت‌کننده گیاهی آن تنها سهم کوچکی از جرم نهایی را تشکیل می‌دهد.
با این حال، هنوز نباید تصور کرد که ساخت خانه‌های یخی با BioPykrete به‌زودی آغاز می‌شود. این فناوری فعلاً در مرحله اثبات مفهوم قرار دارد و پژوهشگران باید عملکرد آن را در دوره‌های طولانی، چرخه‌های مکرر یخ‌زدن و ذوب‌شدن، فشار مداوم و تغییر شکل در طول زمان بررسی کنند. بنابراین عددهای ۱۰ و ۷۰ برابر، نتایج آزمایشگاهی این نمونه هستند و به معنی آماده بودن ماده برای جایگزینی عمومی بتن نیستند.
پژوهش مربوط به BioPykrete در مجله Colloids and Surfaces B: Biointerfaces منتشر شده و عنوان آن «Biomimetic engineering of a fortified ice composite with enhanced mechanical properties» است. اگر آزمایش‌های آینده دوام و پایداری این ماده را تأیید کنند، BioPykrete می‌تواند نمونه‌ای جالب از استفاده هم‌زمان از زیست‌فناوری و مهندسی مواد برای ساخت مصالح مورد استفاده در محیط‌های بسیار سرد باشد.
