Wissenschaftler nutzen DNA, um Material zu konstruieren, das leichter und stärker als Stahl ist

Mithilfe einer unorthodoxen Fusion von DNA und Glas haben Forscher ein beeindruckendes Material synthetisiert, das zwar derzeit unpraktisch ist, ihrer Meinung nach aber sowohl stärker als auch leichter als Stahl ist.

„Für die gegebene Dichte ist unser Material das stärkste bekannte“, sagte Seok-Woo Lee, Materialwissenschaftler an der University of Connecticut und Mitautor einer daraus resultierenden Studie, die in der Zeitschrift Cell Reports Physical Science veröffentlicht wurde, in einer Erklärung.

Diese unglaublich starke Kreation ist eine sogenannte Glas-Nanogitterstruktur, und Lee glaubt, dass die Ergebnisse den Grundstein für noch stärkere Materialien in der Zukunft legen werden, die eine ähnliche Architektur verwenden.

Um ein Material zu schaffen, das stark und leicht ist, müssen Wissenschaftler über den Tellerrand hinausschauen. Auch gängige Materialien wie Eisen, das in der Regel einem Druck von sieben Tonnen pro Quadratzentimeter standhält, sind enorm schwer. Ein Kubikfuß davon wiegt über 400 Pfund.

Stahl ist eine bemerkenswerte Verbesserung, da Eisen mit Kohlenstoff kombiniert wird, um ein noch stärkeres Metall bei ungefähr demselben Gewicht zu schaffen. Aber was ist, wenn Sie etwas weitaus Leichteres wollen – wie zum Beispiel die Hauptschutzweste aus Kevlar, die fünfmal stärker ist als Stahl?

Dabei nutzten die Forscher eine hochmoderne Technik, bei der sich selbstorganisierende DNA nutzt, die sich zu einem chemischen Skelett zusammenfügt. Dann umhüllten sie diese DNA-Architektur mit einer Schicht aus einem glasähnlichen Material, das nur Hunderte von Atomen dick war – mit anderen Worten, unmerklich dünn.

Es mag kontraintuitiv erscheinen, für diesen Zweck ein zerbrechliches Material wie Glas zu verwenden, aber die Forscher sagen, dass der Hauptgrund dafür, dass Glas leicht zerbricht, Fehler in seiner Struktur, wie etwa Risse, sind.

Durch die Verwendung des DNA-Skeletts in kleinem Maßstab können die Forscher diese Mängel jedoch praktisch beseitigen, was zu einer Glas-Nanogitterstruktur führt, die nicht nur bemerkenswert stark, sondern auch robust ist.

In Zahlen ausgedrückt sagen sie, dass es viermal so fest ist wie Stahl und eine fünfmal geringere Dichte hat, eine Leistung, die den Forschern zufolge nie erreicht wurde.

Bevor diese Erkenntnisse eine Ära neuer Supermaterialien einläuten, müssen diese Techniken drastisch erweitert werden, sodass sie nicht mehr in Atomen gemessen werden können.

„Die Möglichkeit, mithilfe von DNA entworfene 3D-Gerüst-Nanomaterialien zu erstellen und diese zu mineralisieren, eröffnet enorme Möglichkeiten für die Entwicklung mechanischer Eigenschaften“, sagte Oleg Gang, ein Nanomaterialwissenschaftler an der Columbia University, der an der Forschung gearbeitet hat, in der Erklärung. „Aber es ist noch viel Forschungsarbeit nötig, bevor wir es als Technologie einsetzen können.“

Als nächstes steht auf der To-Do-Liste des Teams die Wiederholung des gleichen Kunststücks durch den Aufbau der DNA-Architektur, die sie gerade innoviert haben, aber durch die Verwendung stärkerer Keramik anstelle von Glas.

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