Pričao mi je moj stric, koji je zbog posla (jer je bio geometar) viđao sve i sva, kako je prolazeći kroz neko imotsko selo vidio mještane kako lijevaju terasu. Lijepo. No kada je pozdravio radnike („Jeste li se umorili?“), a oni njega pozvali na čašu vina, vidje i što rade. Izrezali su betonsko željezo (žicu) na oko pola metra duge komade pa ih pobacali u svježi, još nestvrdnuti beton. Što da im kaže? Da im kaže da sami sruše terasu, jer je to sada najlakše učiniti, a i sigurnije je – jer će betonska ploča kad-tad puknuti, a strop se na njih srušiti.

Tako se to ne radi. Dakako. Od betonskog željeza treba napraviti mrežu (nekoć se takva mreža nije kupovala nego se u kalupu plela od žice) te je postaviti na dno ili oko budućeg betonskog bloka. Koliko žica treba biti debela? Ako me sjećanje ne vara, žica za armiranje betona mora biti deset puta tanja od bloka: ako je terasa debela deset centimetara, onda se armira deseticom, žicom promjera deset milimetara.

Dotle seže moje znanje građevinarstva. Tanja ploča, tanja armatura. No što činiti ako je ploča debela tek nekoliko mikrometara? Čime je armirati? Možda zlatnom žicom, jer je zlato jedini metal od kojeg se mogu izvući žice tanje od stotinke milimetra. Zlato je međutim skupo, a po čvrstoći je, zna se, jako daleko i od najslabijeg čelika. 

Rješenje tog problema našli su američki i kineski znanstvenici s više američkih i kineskih sveučilišta. Ono povezuje nanotehnologiju s biokemijom i znanošću o materijalima. Naslov njihova znanstvenog rada, objavljenog u časopisu Matter, kratak je i jasan: „DNA-silica nanolattices as mechanical metamaterials“.

Što su dakle napravili kineski i američki znanstvenici? Prvo su napravili „oktaedarski DNA-origami“, to jest složili su molekule DNA (izolirane iz bakterijskog virusa, bakteriofaga) u oblik oktaedra. Najprije su biokemijskim metodama priredili prečke (bridove) oktaedra, a onda su grijanjem potakli da se po 12 prečaka udruže u zadani oblik. Svaka se prečka sastojala od šest paralelnih molekula DNA, te je bila promjera šest, a duljine 28,6 nm. Međusobno povezane, one čine oktaedar visine (širine i dubine) 50 nm.

Na kraju prečaka nalazila se sekvencija DNA koja se mogla, po načelu sparivanja baza, povezati s komplementarnom sekvencijom. Stoga su priredili dvije vrste oktaedara koji su se, upravo tim mehanizmom, složili u trodimenzijsku mrežu. To bi bila armatura.

Beton koji je potom poliven po toj sićušnoj armaturi nije se, poput betona za terase, sastojao od smjese kalcijevih i aluminijevih silikata (da ne spominjemo silikatni pijesak i karbonatni šljunak), nego od čistog silicijevog dioksida, SiO₂, čiji spomen vidimo već u naslovu rečenoga rada (silica). On je nanesen tako da se, prvo, „armaturi“ dodao N-trimetoksisililpropil-N,N,N-trimetilamonijev klorid (TMAPS). Čovjeku vičnom čitanju kemijskim imena i formula, odmah je jasno da je riječ o kvaternoj amonijevoj soli, čiju formulu možemo pojednostavljeno napisati kao R(CH₃)₃N⁺ Cl^-. Prvi dio formule očito je kation, koji će se vezati za negativno nabijene ostatke fosforne kiseline molekule DNA. (Iako DNA zovemo kiselinom, ona se nalazi poglavito u disociranom, ionskom stanju – kao magnezijeva sol.) Nakon toga se doda drugi reagens, tetraetil-ortosilikat (TEOS), (C₂H₅O)₄Si. Reakcijom dvaju reagensa dolazi do taloženja silicijeva dioksida oko prečki od molekula DNA, od kojih su izgrađeni oktaedri.

Prednost ove metode je očit, jer za nju ne treba činiti drugo nego baratati kemikalijama. To govorim zato što drugi postupci za izradu nanomreža (nanolattices) iziskuju komplicirane i spore metode laserskog 3D-printinga. Najdulji proces u čitavom postupku je proces postepenog hlađenja, kaljenja ili opuštanja (annealing) potrebnog za formiranje trodimenzijske mreže. Iako se temperatura snižava za samo 30 ^oC, sa 50 na 20 ^oC, proces traje punih 150 sati. Toliko je potrebno, više od šest dana, da se stvore „ciglice“, mikrokristali manji od stotinke milimetra (2-8 μm).

No sada najvažnije: mehanička svojstva. DNA-SiO₂ ima tlačnu čvrstoću usporedivu s drugim materijalima od silicijava dioksida, ali mu je iznos elastičnog modula (0,5 – 5 GPa) manji od modula kremena (oko 72 GPa). Koja je onda prednost novog materijala?

Prednost mu je što može apsorbirati mnogo više tlačne energije prije pucanja – čak 270 MJ/m³, što je 15 puta više od kremena (oko 18 MJ/m³). Riječ je dakle o tvari vrlo otpornoj na mehanički stres, pa će – vjerujem – od laboratorijskog kuriozita postati dio kakvog čudesnog stroja, za kojeg će svi znati, ali nitko neće znati što je u njemu.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su  „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i "Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti"..