Исследователи из Университета Коннектикута разработали очень прочный и легкий новый материал из молекул ДНК, которые самостоятельно собираются в каркас материала, а затем покрываются стеклом.
Инженеры использовали свойство ДНК самостоятельно собираться в запрограммированные структуры за счет связывания между комплементарными парами азотистых оснований (аденин — тимин и гуанин — цитозин). Эта особенность, например, используется в ДНК-оригами, и позволяет исследователям, программируя последовательность оснований, выстраивать фигуры заданной формы.
Инженеры разработали ДНК, которая была запрограммирована на самосборку в решетчатые формы, напоминающие арматуру бетонных конструкций. Эту основу покрыли стекловидным материалом, образующим слои толщиной всего в несколько сотен атомов. Готовый материал отличается прочностью из-за свойств ДНК и стекла и низкой плотностью (легким весом), потому что нити образуют каркас, который окружает в основном пустое пространство.
Иллюстрация формирования каркаса из ДНК и готовый материал под микроскопом. Изображение: Aaron Michelson et al., Cell Reports Physical Science
Кажется, что стекло легко разбить, но на самом деле хрупкость таким материалам придают трещины и дефекты. «Идеальное» стекло может выдерживать огромную нагрузку, проблема в том, что сложно создать материал без дефектов в большом масштабе. Но создать крошечные кусочки стекла без дефектов гораздо проще.
Тестирование показало, что стеклянные нанорешетчатые структуры обладают в четыре раза большей прочностью и одновременно в пять раз меньшей плотностью, чем сталь. Такое необычное сочетание легкости и прочности не было достигнуто ни в одном другом материале, отмечают авторы исследования.
