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Jul 05, 2023

科学者が鋼鉄よりも5倍軽く4倍強い新素材を開発

コネチカット大学著 2023年7月31日 コネチカット大学と同僚の研究者らは、DNAを構造化し、それをコーティングすることにより、耐久性に優れた軽量素材を作成した。

コネチカット大学より 2023 年 7 月 31 日

コネチカット大学と同僚の研究者らは、DNAを構造化し、それをガラスでコーティングすることにより、耐久性が高く軽量な材料を作成した。 ナノ格子構造を特徴とする得られた製品は、強度と低密度のユニークな組み合わせを示し、車両製造や防弾チョッキなどの用途に役立つ可能性があります。 （作者のコンセプトです。）

Materials possessing both strength and lightness have the potential to enhance everything from automobiles to body armor. But usually, the two qualities are mutually exclusive. However, researchers at the University of Connecticut, along with their collaborators, have now crafted an incredibly strong yet lightweight material. Surprisingly, they achieved this using two unexpected building blocks: DNADNA, or deoxyribonucleic acid, is a molecule composed of two long strands of nucleotides that coil around each other to form a double helix. It is the hereditary material in humans and almost all other organisms that carries genetic instructions for development, functioning, growth, and reproduction. Nearly every cell in a person’s body has the same DNA. Most DNA is located in the cell nucleus (where it is called nuclear DNA), but a small amount of DNA can also be found in the mitochondria (where it is called mitochondrial DNA or mtDNA)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">DNAとガラス。

“For the given density, our material is the strongest known,” says Seok-Woo Lee, a materials scientist at UConn. Lee and colleagues from UConn, Columbia University, and Brookhaven National Lab report the details on July 19 in Cell Reports<em>Cell Reports</em> is a peer-reviewed scientific journal that published research papers that report new biological insight across a broad range of disciplines within the life sciences. Established in 2012, it is the first open access journal published by Cell Press, an imprint of Elsevier." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Cell Reports 物理科学。

強さは相対的なものです。 たとえば、鉄は1平方センチメートルあたり7トンの圧力を受ける可能性があります。 しかし、非常に密度が高く重く、重さは 7.8 グラム/立方センチメートルです。 チタンなどの他の金属は鉄よりも強くて軽いです。 また、複数の元素を組み合わせた特定の合金はさらに強度が高くなります。 強力で軽量な素材により、軽量の防弾チョッキやより優れた医療機器が可能になり、より安全で高速な車や飛行機が実現しました。

UConn とブルックヘブン国立研究所の材料科学者は、DNA とガラスから非常に強力で軽量な材料を構築しました。 上部の一連の画像 (A) は、構造の骨格がどのように DNA で組み立てられ、その後ガラスでコーティングされるかを示しています。 (B) は材料の透過型電子顕微鏡画像を示し、(C) はその材料の走査型電子顕微鏡画像を示します。右側の 2 つのパネルは異なるスケールで特徴を拡大しています。 クレジット: コネチカット大学

たとえば、電気自動車の航続距離を延ばす最も簡単な方法は、バッテリーを大きくするのではなく、安全性と寿命を犠牲にすることなく車両自体を軽量化することです。 しかし、近年伝統的な冶金技術は限界に達しており、材料科学者は新しい軽量高強度材料を開発するためにさらに創造性を発揮する必要がありました。

今回、Lee らは、DNA から構造を構築し、それをガラスでコーティングすることにより、非常に低密度で非常に強力な材料を作成したと報告しています。 ガラスは割れやすいため、意外な選択に思えるかもしれません。 しかし、ガラスは通常、その構造上の亀裂、傷、原子の欠落などの欠陥が原因で粉々になります。 完璧な立方センチメートルのガラスは 10 トンの圧力に耐えることができますが、これは先月タイタニック号の近くで潜水艦オーシャンゲート タイタンが爆縮した圧力の 3 倍以上です。