Ученые покрыли ДНК стеклом и она оказалась крепче стали

Первые результаты поразили авторов работы: созданная структура выдерживает давление на уровне 5 гигапаскалей, что в четыре раза больше, чем возможности стали.

Смотрите также Наука ошибалась относительно того, как начиналась жизнь на Земле

Детали открытия

Молекулы ДНК в процессе эволюции приобрели способность самостоятельно собираться в заданные формы, сжиматься и растягиваться с сохранением своей структуры. Стекло же по своей сути невероятно крепкое, но из-за микроскопических дефектов при отливе больших фрагментов оно покрывается трещинами и становится хрупким. Чем меньше кусок стекла, тем ниже риски, но и практическая польза от крошечных фрагментов невелика. Идеальный кубический сантиметр стекла может выдержать 10 тонн давления.

• Американские ученые изменили ДНК, заставив ее собираться в трехмерные решетчатые формы вместо привычной двойной спирали.
• Затем их покрыли стеклянным слоем толщиной в одну-две сотни атомов.
• Получился предельно легкий и крепкий пустотелый объект (с низкой плотностью), претендующий на титул самого прочного синтетического материала в истории.

Схематическое и реальное изображение ДНК, покрытой стеклом / Фото Университета Коннектикута

Для данной плотности наш материал является самым прочным из известных,
– говорит Сок-Ву Ли, материаловед из Университета штата Коннектикут

Прочность, конечно, относительное понятие. И когда мы о ней говорим в контексте практического применения, то не можем не обращать внимания на вес. К примеру, железо может выдержать 7 тонн давления на квадратный сантиметр. Но оно также очень плотное и потому тяжелое. Другие металлы, такие как титан, прочнее и легче железа. А определенные сплавы, объединяющие несколько элементов, еще прочнее. Прочные, легкие материалы позволили создать легкие бронежилеты, лучшие медицинские приборы и сделать более безопасные и быстрые автомобили и самолеты. Например, самый простой способ увеличить запас хода электромобиля – не увеличение емкости аккумулятора, а сделать сам автомобиль более легким, не жертвуя при этом безопасностью и сроком эксплуатации. Но традиционные металлургические технологии в последние годы достигли предела и материаловедам пришлось проявить еще большую изобретательность, чтобы разработать новые легкие высокопрочные материалы.

Ученые таким образом создали очень прочный материал с очень низкой плотностью, а значит и меньшим весом. Пока это только промежуточный вариант технологии, сейчас ученые работают над новым составом ДНК и хотят заменить стекло еще более крепкой карбидной керамикой. В перспективе это позволит создавать наноматериалы со сверхпрочным покрытием и другими полезными свойствами.