Το επικαλυμμένο με γυαλί DNA είναι ισχυρότερο από τον χάλυβα

Μία από τις ισχυρότερες δομές του κόσμου θα μπορούσε να είναι μία από τις μικρότερες: Συνεργάτες από το Πανεπιστήμιο του Κονέκτικατ, το Πανεπιστήμιο Κολούμπια και το Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven ανέπτυξαν ένα νέο νανοϋλικό που αποτελείται από κλώνους DNA επικαλυμμένους με άψογο γυαλί. Αναλογικά τέσσερις φορές ισχυρότερες και πέντε φορές ελαφρύτερες από τον χάλυβα, οι μικροσκοπικές δομές δικτυωτού πλέγματος θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα πρότυπο για ένα νέο κύμα εξαιρετικά ανθεκτικών και ελαφρών οχημάτων, θωράκισης σώματος και αμέτρητων άλλων προϊόντων.

Όπως αναλύθηκε πρόσφατα στο

Cell Reports Physical Science

, η ομάδα συνέδεσε αρχικά πολλαπλά τμήματα αυτοσυναρμολογούμενου DNA για να σχηματίσει ένα πλαίσιο νανοδομής παρόμοιο με τις δοκούς στήριξης ενός κτιρίου. Στη συνέχεια επικάλυψαν τους ενωμένους κλώνους DNA με ένα υλικό που μοιάζει με γυαλί, πάχους μόνο μερικών εκατοντάδων ατόμων, αφήνοντας σχετικά μεγάλους κενούς χώρους παρόμοιους με δωμάτια ενός σπιτιού. Αυτοί οι χώροι επέτρεψαν στο νανοϋλικό που προέκυψε να παραμείνει εξαιρετικά ελαφρύ, ενώ το γυαλί ενίσχυσε την αντοχή του.

[Related: Microscopic mesh could be the key to lighter, stronger body armor.]

«Η ικανότητα δημιουργίας σχεδιασμένων τρισδιάστατων νανοϋλικών πλαισίου με χρήση DNA και ανοργανοποίησης τους ανοίγει τεράστιες ευκαιρίες για μηχανικές μηχανικές ιδιότητες», εξηγεί ο επιστήμονας νανοϋλικών Oleg Gang και ο συν-συγγραφέας του χαρτιού.

Η ανακοίνωση της UConn

.

Το γυαλί μπορεί να μην είναι το πρώτο υλικό που μας έρχεται στο μυαλό όταν φανταζόμαστε κάτι ισχυρό και ανθεκτικό, αλλά αυτό συμβαίνει επειδή οι γυάλινες δομές, το πολύ χειροπιαστές κλίμακες, διακυβεύονται δομικά με ελάχιστους τρόπους που προστίθενται με την πάροδο του χρόνου. Τα τσιπς, οι ρωγμές και οι γρατσουνιές μπορούν όλα να προκαλέσουν τη θραύση του γυαλιού – αλλά το εντελώς άψογο γυαλί είναι μια εντελώς άλλη ιστορία. Όπως σημειώνει η ανακοίνωση της UConn, ένα άψογο κυβικό εκατοστό γυαλιού είναι ικανό να αντέξει 10 τόνους πίεσης.

Η εύρεση ενός αψεγάδιαστου κυβικού εκατοστού γυαλιού είναι πιο εύκολο να ειπωθεί παρά να γίνει, αλλά όταν ένα κομμάτι γυαλιού έχει πάχος μικρότερο από ένα μικρόμετρο, είναι σχεδόν πάντα άψογο. Επομένως, οι νανοδομές του DNA προσφέρονται σε αυτές τις γυάλινες επικαλύψεις που διατηρούν τη σχεδόν απαράμιλλη αντοχή τους. Κλιμακώστε αυτά τα υπερκλώνια DNA και θα μπορούσατε τελικά να δείτε υλικό με εξαιρετικά υποσχόμενες εφαρμογές – είναι πολύ πιο εφικτό, για παράδειγμα, να φτιάξετε ένα ελαφρύτερο και ισχυρότερο ηλεκτρικό όχημα εστιάζοντας στο εξωτερικό του πλαίσιο αντί να προσπαθείτε να κάνετε την επαναφορτιζόμενη μπαταρία του μικρότερη ή μεγαλύτερη ισχυρός.

Προχωρώντας προς τα εμπρός, η ομάδα σχεδιάζει να πειραματιστεί με κεραμικές επικαλύψεις καρβιδίου αντί του γυαλιού για να δημιουργήσει δυνητικά ακόμη ισχυρότερες νανοδομές. Εν τω μεταξύ, ελπίζουν επίσης να δοκιμάσουν διαφορετικά σχήματα DNA για να δουν ποιο λειτουργεί καλύτερα για ένα τέτοιο υλικό. Τελικά, αυτές οι βελτιστοποιημένες δομές θα μπορούσαν να υποστούν μερικά από τα ελαφρύτερα, ισχυρότερα προϊόντα στον κόσμο. Αλλά τι άλλο θα περίμενες από κάτι τόσο «άψογο;»