Los materiales que son resistentes y livianos pueden mejorar todo, desde automóviles hasta aviones y equipos médicos. Ahora, los investigadores han creado un material extraordinariamente fuerte con muy baja densidad, utilizando dos bloques de construcción poco probables: ADN y vidrio.
«Para la densidad dada, nuestro material es el más fuerte conocido», según Seok-Woo Lee de la Universidad de Connecticut, quien se asoció con colegas de la Universidad de Columbia y el Laboratorio Nacional Brookhaven.
“Soy un gran admirador de las películas de Iron Man”, reflexiona el científico de nanomateriales Oleg Gang. “Siempre me he preguntado cómo crear una mejor armadura para Iron Man. Debe ser muy ligero para que vuele más rápido. Debe ser muy fuerte para protegerlo de los ataques de los enemigos».
«Nuestro nuevo material es cinco veces más ligero, pero cuatro veces más resistente que el acero«.
Algunos metales, como el titanio, son más fuertes y ligeros que el hierro. Ciertas aleaciones son incluso más fuertes, lo que permite fabricar chalecos antibalas livianos, mejores dispositivos médicos y automóviles y aviones más seguros y rápidos. Las técnicas metalúrgicas han llegado a un límite en los últimos años, hasta que los nanomateriales desataron oportunidades creativas.
Los colegas informaron en Cell Reports Physical Science que al construir una estructura a partir de ADN y luego recubrirla con vidrio, crearon un material muy fuerte con muy baja densidad. El vidrio puede parecer una elección sorprendente, ya que se rompe fácilmente. Sin embargo, el vidrio normalmente se rompe debido a un defecto (como una grieta, un rasguño o la falta de átomos) en su estructura. Un impecable centímetro cúbico de vidrio puede soportar 10 toneladas de presión, más de tres veces la presión que implosionó el sumergible Oceangate Titan cerca del Titanic este verano.
Según UCONN News, es muy difícil crear una pieza grande de vidrio sin defectos. Pero los investigadores sabían cómo hacer piezas muy pequeñas e impecables. Mientras el vidrio tenga menos de un micrómetro de espesor, casi siempre será impecable. Y dado que la densidad del vidrio es mucho menor que la de los metales y la cerámica, cualquier estructura hecha de vidrio nanométrico impecable debe ser fuerte y liviana.
El equipo creó una estructura de ADN autoensamblado. Casi como Magnatiles, piezas de ADN de longitudes y químicas específicas se unieron formando un esqueleto del material. Imagínese la estructura de una casa o edificio, pero hecha de ADN.
Gang y Aaron Mickelson de Columbia y el Centro de Nanomateriales Funcionales de Brookhaven recubrieron el ADN con una capa muy delgada de material similar al vidrio de solo unos pocos cientos de átomos de espesor. El vidrio apenas cubrió las hebras de ADN, dejando una gran parte del volumen material como espacio vacío, muy parecido a las habitaciones dentro de una casa o edificio. El esqueleto de ADN, como un andamio, reforzó la delgada e impecable capa de vidrio, lo que hizo que el material fuera muy resistente; los vacíos comprendían la mayor parte del volumen del material, lo que lo hizo liviano.
Como resultado, la estructura de nanored de vidrio creó una combinación de resistencia y ligereza que nunca antes se había logrado.
«La capacidad de crear nanomateriales estructurales 3D diseñados utilizando ADN y mineralizarlos abre enormes oportunidades para diseñar propiedades mecánicas», Gang explicó en un comunicado de UConn News.
Pero todavía se necesita mucho trabajo de investigación. El equipo está trabajando actualmente con la misma estructura de ADN, pero sustituyendo el vidrio por cerámicas de carburo aún más resistentes. Tienen planes de experimentar con diferentes estructuras de ADN para ver cuál hace que el material sea más fuerte.
Lee cree que la nanoarquitectura de origami de ADN abrirá un nuevo camino para crear materiales más ligeros y resistentes que nunca antes habíamos imaginado.
