شارك
الرئيسية
يمكن أن تكون إحدى أقوى البنى في العالم واحدة من أصغرها. طوَّر متعاونون من جامعة كونيتيكت وجامعة كولومبيا ومختبر بروكهيفن الوطني مادة نانوية جديدة تتألف من خيوط الحمض النووي المطلية بزجاج خالٍ من العيوب. يمكن أن تمثِّل هذه البُنى الشبكيّة الصغيرة الأقوى بأربع مرات من الفولاذ والأخف منه بخمس مرات نموذجاً لموجة جديدة من المركبات والدروع الواقية للجسم الشديدة التحمل والخفيفة الوزن، بالإضافة إلى منتجات أخرى لا حصر لها.
مادة نانوية من الزجاج والحمض النووي
وفقاً لدراسة جديدة نُشرت في مجلة سيل ريبورتس فيزيكال ساينس (Cell Reports Physical Science)، وصّل الباحثون أولاً أجزاء متعددة من الحمض النووي الذاتي التجميع لتشكيل هيكل نانويّ إنشائي يشبه عوارض دعم المباني. بعد ذلك، طلى الباحثون خيوط الحمض النووي المتصلة بمادة شبيهة بالزجاج بسماكة بضع مئات من الذرات فقط، تاركين فراغات كبيرة نسبياً تشبه غرف المنازل. تتيح هذه الفراغات للمادة النانوية الناتجة أن تظل خفيفة الوزن للغاية، بينما يعزّز الزجاج متانتها.
اقرأ أيضاً: بتركيبة معادن جديدة: باحثون في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية يصممون عوادم سيارات صديقة للبيئة
قال عالم المواد النانوية والمؤلف المشارك للدراسة الجديدة، أوليغ غانغ، في إعلان أصدرته جامعة كونيتيكت: "توفّر القدرة على صنع مواد نانوية مصممة ذات إطار إنشائي ثلاثي الأبعاد باستخدام الحمض النووي ومعدنتها فرصاً كثيرة لتصميم الخصائص الميكانيكية".
قد لا يكون الزجاج المادة الأولى التي تتبادر إلى الذهن عند التفكير بالمواد القوية والمرنة، ولكن يعود ذلك إلى أن البنى الزجاجية ضعيفة بنيوياً في معظم المقاييس الملموسة بسبب تراكم العيوب البسيطة بمرور الوقت. يمكن أن يتسبب كل من التشظّي وتشكّل الشقوق والخدوش بتحطم الزجاج في النهاية، ولكن الزجاج الخالي تماماً من العيوب مختلف تماماً. وفقاً للإعلان السابق الذكر، يستطيع سنتيمتر مكعب واحد من الزجاج الخالي من العيوب تحمّل 10 أطنان من الضغط.
الزجاج الخالي من العيوب
الحصول على سنتيمتر مكعب من الزجاج خالٍ من العيوب ليس سهلاً، ولكن عندما تكون سماكة قطع الزجاج أقل من ميكرومتر واحد، فهي تكون خالية من العيوب دائماً تقريباً. لذلك، فإن بنى الحمض النووي النانوية تتناسب مع هذه الطلاءات الزجاجية التي تحافظ على متانتها منقطعة النظير تقريباً. إذا وُسِّع نطاق إنتاج خيوط الحمض النووي الفائقة هذه، فسنتمكن في النهاية من تصنيع مواد ذات تطبيقات واعدة للغاية. على سبيل المثال، استخدام هذه المواد أجدى بكثير لصناعة السيارات الكهربائية الأخف وزناً والأقوى، لأنها ستتيح التركيز على الهيكل الخارجي بدلاً من محاولة جعل البطاريات القابلة لإعادة الشحن أصغر أو أكثر كفاءة.
اقرأ أيضاً: كيف يمكن أن يكون صدأ المعادن وسيلة لتخزين الطاقة الكهربائية؟
يخطط الفريق لتجربة طلاءات كربيد السيراميك في المستقبل بدلاً من الزجاج لصنع بنى نانوية أقوى. وفي الوقت نفسه، يأمل الباحثون أيضاً تجربة أشكال مختلفة من الحمض النووي لمعرفة الأفضل منها لصناعة هذه المواد. في النهاية، يمكن لهذه البنى المحسّنة أن تستخدم على أنها أساس لبعض من أخف المنتجات في العالم وأقواها. وهذا ليس غريباً بالنسبة لمادة "خالية من العيوب".