دانشمندان کشف کردند که پوشش روغنی خز خرس قطبی، به لطف ترکیبی منحصربهفرد از لیپیدها، از چسبیدن یخ جلوگیری می‌کند. این دفاع طبیعی، که توسط تکامل اصلاح شده است، می‌تواند الهام‌بخش راه‌حل‌های جدیدی برای یخ‌زدایی هواپیماها و توربین‌های بادی باشد.
خز خرس قطبی به‌طور طبیعی در برابر تشکیل یخ مقاومت می‌کند و دانشمندان بر این باورند که این توانایی منحصربهفرد می‌تواند منجر به روش‌های ایمن‌تر و پایدارتر برای جلوگیری از تجمع یخ در صنایعی مانند هوانوردی و انرژی‌های تجدیدپذیر شود. محققان دانشگاه سوری، با همکاری یک تیم بین‌المللی، کشف کرده‌اند که چگونه پوشش روغنی خز به جلوگیری از چسبیدن یخ، حتی در سرمای شدید قطب شمال، کمک می‌کند.
رمزگشایی از اسرار خز ضد یخ!
این مطالعه که در مجله‌ی “Science Advances” منتشر شده است، نشان می‌دهد که راز در سبوم خز، روغنی طبیعی که توسط پوست تولید می‌شود، نهفته است. این سبوم حاوی ترکیبی خاص از لیپیدها، از جمله کلسترول و دی‌آسیل‌گلیسرول‌ها است که به‌طور قابل توجهی چسبندگی یخ را کاهش می‌دهد. از آنجایی‌که تغییرات آب و هوایی خطر تجمع یخ را بر زیرساخت‌های حیاتی مانند توربین‌های بادی و بال‌های هواپیما افزایش می‌دهد، این مکانیسم دفاعی طبیعی می‌تواند الهام‌بخش راه‌حل‌های ضد یخ جدید باشد.
تیم شیمی محاسباتی دانشگاه سوری نقش کلیدی در این کشف ایفا کرد و از شبیه‌سازی‌های شیمی کوانتومی پیشرفته برای تجزیه و تحلیل نحوه تعامل لیپیدهای خز با یخ استفاده کرد.
علم پشت سبوم دافع یخ
دکتر مارکو ساچی، دانشیار دانشکده شیمی و مهندسی شیمی سوری، نویسنده همکار این مطالعه است که رهبری این گروه را بر عهده داشت:
ما دریافتیم که لیپیدهای خاصی در سبوم، مانند کلسترول و دی‌آسیل‌گلیسرول‌ها، انرژی جذب بسیار پایینی روی یخ نشان می‌دهند. این تعامل ضعیف همان چیزی است که از چسبیدن یخ به خز جلوگیری می‌کند.
آزمایش‌ها این یافته‌های نظری را تأیید و قدرت چسبندگی یخ را قبل و بعد از حذف روغن‌های طبیعی خز اندازه‌گیری کردند. محققان دریافتند که خز خرس قطبی شسته‌نشده، هم‌سطح با پوشش‌های فلوروکربنی با عملکرد بالا که در ورزش و صنعت استفاده می‌شوند، عمل می‌کند. با این حال، هنگامی که برای حذف سبوم شسته شد، چسبندگی یخ چهار برابر بیشتر از نمونه‌های شسته‌نشده بود.
فراتر از دافع آب: ترکیبی منحصربهفرد از لیپیدها
این مطالعه همچنین آب‌گریزی خز – خواص دافع آب آن – و چگونگی به تاخیر انداختن شروع انجماد در قطب شمال سخت، جایی‌که دما به زیر 40- درجه سانتیگراد می‌رسد، را بررسی کرد. با این حال، این خواص به تنهایی نمی‌توانست عملکرد ضد یخ برتر را توضیح دهد.
با استفاده از تکنیک‌هایی مانند کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنجی جرمی (GC-MS)، کروماتوگرافی مایع-طیف‌سنجی جرمی (LC-MS/MS) و رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR)، این تیم دریافت که ترکیبی منحصر به فرد از لیپیدها – به ویژه فراوانی کلسترول و دی‌آسیل‌گلیسرول‌ها – مسئول این توانایی است.
مزیت تکاملی مقاومت در برابر یخ
دکتر ساچی در مورد این کشف اظهار داشت:
جالب است ببینیم که چگونه تکامل ترکیب سبوم را برای جلوگیری از چسبندگی یخ بهینه کرده است. ما دریافتیم که اسکوالن، یک لیپید رایج در سایر پستانداران دریایی، تقریباً به طور کامل در خز خرس قطبی وجود ندارد. شبیه‌سازی‌های محاسباتی ما نشان داد که اسکوالن به شدت به یخ می‌چسبد و این عدم وجود به طور قابل توجهی خواص یخ‌زدایی خز را افزایش می‌دهد.
این تحقیق که توسط موسسه قطبی نروژ و دانشگاه برگن رهبری می‌شود – با مشارکت کالج ترینیتی دوبلین، دانشگاه کالج لندن و موزه ملی دانمارک – همچنین بر اهمیت دانش بومی قطب شمال تأکید می‌کند و بر این اساس بنا شده است که جوامع اینوئیت مدت‌هاست که خواص منحصر به فرد خز خرس قطبی را تشخیص داده و از آن در ابزار و لباس استفاده می‌کنند.
مرز جدیدی در فناوری ضد یخ
دکتر ساچی افزود:
یافته‌های ما قدرت همکاری بین رشته‌ای را برجسته می‌کند. ما شواهد تجربی، شیمی محاسباتی و بینش‌های بومی قطب شمال را برای کشف یک مکانیسم دفاعی طبیعی جذاب ترکیب کردیم – که می‌تواند نحوه مبارزه ما با یخ را در همه چیز از هوانوردی گرفته تا انرژی‌های تجدیدپذیر متحول کند.
تیم محاسباتی دکتر ساچی در سوری شامل دکتر نوبی اف. خاویر جونیور و آدام پستانا موتالا بود که مدل‌سازی مولکولی را انجام دادند که مبنای نتیجه‌گیری‌های این مطالعه است.
منبع: Scitechdaily
