科学者たちは、鋼鉄よりも 5 倍軽く、4 倍強い新素材を作成しました。 • Mezha.Media

コネチカット大学の研究者らは、DNAを構造化し、それをガラスのナノ層でコーティングすることにより、非常に強力で軽量な材料を作成した。 得られた製品はナノ格子構造を持ち、強度と低密度のユニークな組み合わせを示し、多くの応用分野で役立つ可能性があるとSciTechDailyは書いている。

まず、科学者チームは、特定の長さと化学組成をもつ DNA の断片が材料の骨格に結合された自己集合 DNA の構造を作成しました。 次に、わずか数百原子の厚さのガラス状物質の非常に薄い層で DNA を覆いました。 ガラスはDNA鎖のみを覆い、体積の大部分は空のままになり、材料の密度、つまり将来的には既製品の塊を減らすのに役立ちます。

身近な家庭用ガラスは簡単に割れてしまうため、ガラスは超硬質素材としては非常に非合理的な選択のように思えるかもしれません。 しかし、これは、構造上の欠陥、亀裂、傷、空洞のない非常に大きなガラス片を作る方法がわからないためです。 小さなガラス片は完璧に作ることができますが、ナノピースはほとんどの場合、完璧な構造をしています。 しかし、このような完璧な立方センチメートルのガラスは、2023年6月にオーシャンゲート・タイタン潜水艦を破壊した圧力の3倍以上である10トンの圧力に耐えることができます。

完璧なガラスの極薄層で強化された DNA 骨格により、新しい素材は非常に強くなり、素材の体積の大部分を占める空隙により軽量になりました。 その結果、ガラスナノ格子構造は鋼鉄に比べて強度は 4 倍ですが、密度は 5 分の 1 です。 このような軽量と高強度の珍しい組み合わせは初めて観察されました。

「DNA を使用して設計された 3D フレームワークのナノ材料を作成し、それらを石化できる能力は、機械的特性を工学的に扱うための大きな機会を開きます。 しかし、それを技術として採用するには、まだ多くの研究作業が必要です」と、新素材の発明者の一人、オレグ・ギャング氏は言う。

現在、チームは同じ DNA 構造を使用して作業を行っていますが、ガラスをさらに強力な超硬セラミックに置き換えています。 彼らは、どの構造が材料を最も強力にするかを確認するために、さまざまな DNA 構造を実験する予定です。 この考え方に基づいた将来の材料は、強度と軽さが要求される自動車などの省エネルギー材料として大いに期待されています。 このプロジェクトのもう一人の科学者である Seok-Woo Lee 氏は、DNA 折り紙のナノアーキテクチャによって、これまで想像すらできなかった、より軽くてより強い新しい材料を作成する道が開かれると信じています。