תרכובת פשוטה למניעת קיפאון

התגלית מספקת יתרונות רבים, לרבות עלויות ייצור נמוכות, יציבות ושימוש קל בתרכובת, יתרונות שיסללו את הדרך ליישומים תעשייתיים.

תרכובת כימית המשמשת לייצוב חלקיקים בתרחיף הוכחה ככזאת המסוגלת לשלוט בצמיחה של גבישי קרח. במפתיע, התרכובת הנדונה היא מולקולה פשוטה והיא שונה לחלוטין ממקרומולקולות הידועות כיום כמונעות-קיפאון. התגלית מספקת יתרונות רבים, לרבות עלויות ייצור נמוכות, יציבות ושימוש קל בתרכובת, יתרונות שיסללו את הדרך ליישומים תעשייתיים.

ממצאי המחקר, שפורסמו בכתב-העת המדעי PLoS ONE מספקים גם רמזים חדשים עבור פיתוח חיקויים סינתטיים של חלבונים מונעי-קיפאון, שונים מאלו הקיימים היום בשוק.

ההיווצרות של גבישי קרח עלולה לגרום לנזקים רבים, לעיתים אף הרסניים, כגון התפרקות התא באורגניזמים חיים, נזק לקרקע ולדרכים בתנאי מזג-אוויר קפואים, היווצרות גבישי קרח בגלידות ועוד. כל אלו הינן דוגמאות למצבים בהם השליטה על היווצרות הקרח מועילה ושימושית. אורגניזמים ויצורים רבים החיים בסביבות קרות התאימו את עצמם במהלך ההיסטוריה ומסוגלים לשלוט בהיווצרות קרח. השרידות שלהם בטמפרטורות נמוכות תלויה בנוכחות של חלבונים מונעי-קיפאון, שכולם מורכבים משרשראות אורגניות ארוכות מאוד בעלות מבנה אמפיפילי [amphiphilic, מורכב הן מקבוצות נמסות במים (הידרופיליות) והן מקבוצות שאינן נמסות במים (הידרופוביות)]. כיצד חלבונים אלו מגיבים עם גבישי קרח? חוקרים מנסים לזהות ולהסביר את המנגנון המאפשר לחלבונים מונעי-קיפאון לזהות את הגבישים הללו, אולם התופעה עדיין לא מובנת במלואה. בנוסף, מאחר ועלות הפקתם של חלבונים אלו גבוהה במיוחד, הפתרון המועדף הוא להכין חיקויים סינתטיים בעלי השראה מתוך מבנים טבעיים. כל החלבונים הידועים היום בזכות תכונותיהם מונעות-הקיפאון הינם מקרומולקולות (כגון גליקו-חלבונים, רב-סוכרים, ועוד.).

חוקרים צרפתיים ממכון המחקר CNRS גילו כי זירקוניום אצטאט (zirconium acetate), תרכובת כימית שבאופן רגיל משמשת לשם הייצוב של חלקיקים בתרחיף, מסוגלת לשלוט בהיווצרות של גבישי קרח. התרכובת מכתיבה את המבנה של גבישי הקרח המתקבלים במהלך הקפאת תמיסה המכילה מים. הגבישים המתקבלים בעקבות הוספת הזירקוניום אצטאט אחידים מאוד, בעוד שאלו המתקבלים בהעדרה חסרי-צורה.

ממצאים אלו די מפתיעים, זאת לאור העובדה כי זירקוניום אצטאט הינו מלח – תרכובת פשוטה השונה באופן קיצוני מהמקרומולקולות הידועות בתכונותיהן מונעות-הקיפאון. עד היום, תרכובת זו לא הייתה ידועה כחומר המסוגל לשלוט בהיווצרות של גבישי קרח. שליטה זו ניתנת לביצוע במספר אופנים: ע”י הפחתת מהירות צמיחת הגבישים (לשם הפחתת היווצרותם), ע”י הקטנת נקודת הקיפאון (לשם השהיית היווצרותם), או ע”י שליטה במבנה שלהם, כפי שמתרחש במקרה זה. מכיוון שממצא זה מרמז על תגובה ישירה עם גבישי הקרח, החוקרים הופתעו למצוא כי מולקולות כה שונות כזירקוניום אצטאט וחלבונים מסוגלות להשפיע על היווצרות גבישים.

תרכובת זו מספקת יתרונות משמעותיים בהשוואה לחומרים מקבילים קיימים, בין אם טבעיים ובין אם סינתטיים. התרכובת זולה לייצור, יציבה, “פשוטה”, וקלה לשימוש, מאפיינים המבשרים טובות ליישומים תעשייתיים עתידיים. בנוסף, מאחר ותרכובת זו שונה לחלוטין מכל החומרים שזוהו ו/או פותחו בעבר לשימוש זה, מחקר נוסף עשוי להוביל לפיתוחן של מולקולות אחרות בעלות תכונות מונעות-קיפאון. מחקר זה התאפשר בזכות השימוש בטכניקות מתקדמות של השתברות קרני-רנטגן ושיטות דימות.

הידיעה על המחקר