Вчені використовують ДНК для створення матеріалу легше та міцніше сталі

Склозавод

Використовуючи незвичайний сплав ДНК і скла, дослідники синтезували дивовижний матеріал, який, хоч і непрактичний на цей час, є міцнішим і легшим за сталь.

"Для цієї щільності наш матеріал є найміцнішим із відомих", — заявив Сок-Ву Лі, матеріалознавець з Університету Коннектикуту і співавтор дослідження, опублікованого в журналі Cell Reports Physical Science.

Це надзвичайно міцний витвір відомий як скляна нанорешітчаста структура, і Лі вважає, що отримані результати закладуть основу для створення в майбутньому ще міцніших матеріалів з аналогічною архітектурою.

Каркас ДНК

Щоб створити міцний та легкий матеріал, вчені мають мислити нестандартно. Звичайні матеріали, такі як залізо, яке зазвичай може витримувати тиск сім тонн на квадратний сантиметр, також надзвичайно важкі. Кубічний фут матеріалу важить понад 400 фунтів.

Сталь — помітне вдосконалення: залізо поєднується з вуглецем, що дозволяє отримати ще міцніший метал приблизно тієї ж ваги. Але що, якщо ви хочете щось набагато легше, наприклад, основу бронежилета з кевлару, який у п'ять разів міцніше стали?

Тут дослідники використовували передовий метод, який використовує самоскладану ДНК, яка засувається, утворюючи хімічний скелет. Потім вони помістили цю архітектуру ДНК у шар склоподібного матеріалу завтовшки всього в сотні атомів — іншими словами непомітно тонкого.

Використання для цієї мети такого крихкого матеріалу, як скло, може здатися нелогічним, але дослідники кажуть, що основна причина, через яку скло легко розбивається, пов'язана з дефектами його структури, такими як тріщини.

Але, використовуючи скелет ДНК у невеликому масштабі, дослідники можуть практично усунути ці недоліки, внаслідок чого структура скляної нанорешітки буде не тільки напрочуд міцною, а й надійною.

Вони стверджують, що в цифрах міцність стали вчетверо вищою, а щільність у п'ять разів меншою. Дослідники стверджують, що такого подвигу ніколи не було досягнуто.

Маленькі кроки

Перш ніж ці результати ознаменують початок ери нових суперматеріалів, ці методи необхідно буде значно розширити, а не вимірювати в атомах.

"Можливість створювати тривимірні каркасні наноматеріали з використанням ДНК та їх мінералізація відкриває величезні можливості для розробки механічних властивостей", — каже Олег Ганг, учений-наноматеріаліст з Колумбійського університету, який брав участь у дослідженні. «Але перш ніж ми зможемо використовувати його як технологію, потрібно ще багато дослідницької роботи».

Наступним у списку завдань команди є повторення того ж подвигу шляхом створення архітектури ДНК, яку вони щойно винайшли, але з використанням міцнішої кераміки замість скла.

Джерела: University of Connecticut