Едно от най-хубавите неща в научната фантастика е, че тя може да вдъхнови истинската наука и иновациите. Книгата на Жул Верн "20 000 левги под водата" окуражи подводните изследвания. Neuromancer на Уилям Гибсън повлия на развитието на интернет, а Snow Crash на Нийл Стивънсън популяризира концепцията за метавселената. "Пътеводителят на галактическия стопаджия" на Дъглас Адамс въведе идеята за електронните книги - освен че ни даде отговор на въпросите за живота, вселената и всичко останало.

Кой знае какви други реални постижения ще вдъхнови научната фантастика? Летящи автомобили? Космически градове? Костюми на Железния човек?

Всъщност последното вече е предизвикало поне един научен пробив. Изследователи от Колумбийския университет, Националната лаборатория "Брукхейвън" и Университета на Кънектикът наскоро събраха екип, за да проверят дали могат да създадат материал, достоен за Тони Старк. Те разработиха материал, който е четири пъти по-здрав от стоманата и пет пъти по-лек. И го направиха, използвайки само стъкло... и ДНК.

Леките материали са търсени от инженерите заради способността им да намаляват производствените разходи, като същевременно подобряват производителността и ефективността. Здравите материали също се ценят, защото издържат на механичните натоварвания.

Намирането на материали, които балансират тези качества, може да даде възможност за широк спектър от приложения и подобрения. Един по-лек автомобил например може да измине по-голямо разстояние и да изразходва по-малко гориво от по-тежкия, но все пак трябва да е достатъчно здрав, за да е безопасен. За съжаление здравината и лекотата често са в противоречие. По-силните материали обикновено са по-тежки, а по-леките - по-малко издръжливи.

Проблемът се усложнява и от производството. Мащабното производство може да внесе дефекти и несъвършенства в материали със сложна молекулярна структура. Стъклото е идеален пример за това. Смятаме, че стъклото е крехко, защото се чупи много лесно; това обаче се дължи на дефекти и примеси като микропукнатини или липсващи атоми. Изследователите отбелязват, че един безупречен кубичен сантиметър стъкло може да "издържи 10 тона налягане".

За да гарантира по-малко дефекти, екипът решава да конструира новия си материал в наномащаб. По този начин те могат да имат по-голям контрол върху деликатното молекулярно подреждане. Но първо, те се нуждаеха от рамка, върху която да подредят молекулите, а избраното от тях скеле беше ДНК.

ДНК има няколко предимства за конструиране в този малък мащаб. Първо, тя вече съществува в природата и е широко достъпна. Освен това тя е полимер, съставен от мономери (наречени нуклеотиди). Това прави ДНК устойчив и еластичен материал - подобно на ежедневните синтетични полимери каучук и полиестер. Тези свойства я правят стабилна рамка за изграждане на наноструктури.

За да конструира рамките, екипът използва техника, известна като "ДНК оригами", кръстена на японското изкуство за сгъване на хартия. Те комбинират големи нишки ДНК (наречени "нишки за скеле") с къси нишки (наречени "основни нишки") в течен разтвор. Тези щапелни нишки се свързват със скелетните нишки на определени места. След като се свържат, те сгъват нишката на скелето и подобно на артистичния си съименник, тези гънки в крайна сметка се добавят към желаната форма. В този случай това е октаедър (триизмерна форма, подобна на две пирамиди, залепени една за друга). Октаедрите допълнително се свързват помежду си в своите точки, за да създадат повтарящ се модел, известен като решетка.

След това изследователите покриват ДНК решетките с тънък слой силициево стъкло. Стъкленият слой е тънък само около 5 нанометра или - в зависимост от това как го разглеждате - няколкостотин атома. За да запазят материала свръхлек, те са решили да не запълват вътрешните пространства на решетките.

Разбира се, в този мащаб е невъзможно да се тестват свойствата на новия материал чрез конвенционални методи като универсална машина за изпитване. Вместо това изследователите са избрали техника, наречена наноидентация. По същество малка сонда оказва натиск върху материала от ДНК стъкло, а електронен микроскоп позволява на изследователите да измерят поведението му. Тестовете им показаха, че материалът може да достигне граница на провлачване между 1 и 5 гигапаскала (единица за налягане, равна на един милиард паскала). За сравнение гигапаскалите обикновено се използват от геолозите за измерване на огромното налягане в земната мантия.

Въпреки това може да мине известно време, преди да можем да сътворим костюма на Железния човек от този материал. Изследователите са установили, че по-големите решетки са по-предразположени към дефекти. Най-често срещаните от тях са били празноти и ваканции в структурите, които са довели до загуба на здравина. Освен това буферните разтвори, използвани за поддържане на стабилността на ДНК, са имали потенциала да добавят примеси като въглерод, фосфор и азот в сместа.

Снимка: Unsplash/Michelson et al. / Cell Reports Physical Science

Виж още: Интерактивна карта показва къде на Земята бихте излезли, ако копаете точно под вас