Osservata al microscopio, ricorda un’impalcatura in miniatura: pilastri sottilissimi, ampi spazi vuoti e una struttura tridimensionale capace, una volta compressa, di sostenere carichi notevoli. Per realizzarla, gli scienziati hanno attinto a un materiale che di solito non associamo affatto all’ingegneria dei materiali: il DNA. Lo hanno impiegato come base per costruire un reticolo, poi ricoperto di silice, l’elemento fondamentale del vetro. Il risultato è una struttura su scala nanometrica che, secondo i test pubblicati su Cell Reports Physical Science, presenta un rapporto tra peso e robustezza davvero notevole.
Il confronto che ha fatto rapidamente il giro dei media è quello con l’acciaio. Stando ai ricercatori dell’Università del Connecticut, della Columbia University e del Brookhaven National Laboratory, queste nanostrutture vantano una resistenza circa quattro volte maggiore e una densità circa cinque volte inferiore rispetto all’acciaio. Se avete letto in giro cifre invertite, si trattava semplicemente di un errore di trascrizione dei dati.
E sì, in questa vicenda c’entra pure Iron Man. Oleg Gang, uno degli autori della ricerca, ha raccontato di aver pensato proprio all’armatura del celebre supereroe: abbastanza leggera da consentirgli di volare, ma abbastanza solida da non ridurlo a una lattina ammaccata al primo impatto. L’armatura vera e propria dovrà però attendere ancora: per ora il materiale esiste solo su scale di pochi micrometri.
Perché questo vetro non si comporta come quello che conosciamo
La parte più curiosa riguarda proprio il materiale apparentemente meno indicato allo scopo. Il vetro che usiamo tutti i giorni si frantuma con facilità perché crepe e microscopici difetti concentrano le tensioni fino a provocare la rottura. Ma riducendo drasticamente le dimensioni, tutto cambia: elementi di silice spessi appena pochi nanometri hanno molte meno probabilità di contenere imperfezioni critiche e possono avvicinarsi alla resistenza teorica del materiale stesso. La vera sfida, semmai, sta nel costruire geometrie complesse partendo da componenti così minuscoli.
Per questo motivo, il team ha utilizzato la tecnica del DNA origami, che permette di ottenere strutture capaci di autoassemblarsi seguendo una geometria predefinita. Una sorta di impalcatura molecolare, con un livello di precisione che le tecniche convenzionali di stampa tridimensionale faticano a raggiungere al di sotto di alcune decine di nanometri. Su questo scheletro è stato poi fatto crescere un rivestimento sottilissimo di silice. Nello studio del 2023, gli elementi strutturali ottenuti presentavano spessori compresi tra 4 e 20 nanometri.
Buona parte del merito va alla geometria. Il reticolo racchiude moltissimo spazio vuoto e quindi pochissima materia, mentre le sottili travi di silice sfruttano l’elevata resistenza tipica della scala nanometrica. È uno di quei casi paradossali in cui rimuovere materiale, se fatto nei punti giusti, rende la struttura molto più performante.
Prima di sottoporre le strutture ai test meccanici, i ricercatori del primo studio le hanno trattate termicamente. In questo caso il DNA ha svolto essenzialmente il ruolo di stampo programmabile per definire l’architettura della silice, senza contribuire direttamente alle proprietà finali del reticolo testato.
Nel secondo studio il DNA smette di essere un semplice stampo
La ricerca, però, non si è fermata al lavoro pubblicato nel 2023. Nel 2024 un altro gruppo di scienziati ha costruito reticoli ottagonali e allungati di DNA, rivestendoli con strati di silice sottilissimi, fino a circa 1,65 nanometri. In questo caso il DNA è rimasto all’interno delle strutture finali. Le simulazioni molecolari hanno rivelato un dettaglio interessante: il nucleo di DNA sembra in grado di ritardare il collasso delle minuscole travi, riducendone l’instabilità e permettendo alla struttura di assorbire più energia prima di cedere definitivamente. La ricerca è stata pubblicata su Matter.
Il DNA, dunque, può fare molto di più che disegnare un’impalcatura temporanea per poi scomparire. In alcune configurazioni specifiche, può restare all’interno del materiale e contribuire attivamente al suo comportamento meccanico.
Sempre nel 2024, il gruppo guidato da Gang ha ampliato ulteriormente il campo di applicazione. In uno studio pubblicato su Science Advances, le strutture programmate tramite DNA sono state impiegate per ottenere architetture tridimensionali contenenti metalli, ossidi metallici e semiconduttori, tra cui rame, zinco, alluminio, tungsteno, indio, stagno e platino. Il DNA comincia così a somigliare sempre più a una piattaforma costruttiva, capace di posizionare con precisione materiali molto diversi tra loro, un risultato difficile da ottenere con le lavorazioni tradizionali.
La sfida ora è portare tutto su scala industriale
Tra un reticolo largo qualche micrometro e la portiera di un’automobile esiste una distanza produttiva piuttosto evidente. Costi elevati, grandi quantità di DNA necessarie, tempi di assemblaggio lunghi e la difficoltà di integrazione con i processi industriali standard restano ostacoli concreti. Lo stesso Gang, al momento della presentazione del primo studio, aveva sottolineato quanta ricerca sarebbe stata ancora necessaria prima di trasformare questo metodo in una vera tecnologia applicabile su larga scala.
Un passo nella direzione giusta, comunque, è stato compiuto. Nel 2025 il team ha dimostrato, in uno studio pubblicato su Nature Communications, come sia possibile far crescere reticoli tridimensionali programmati dal DNA esclusivamente nelle aree desiderate di wafer di silicio e di superfici rivestite con diversi ossidi metallici. Le strutture sono state organizzate secondo motivi larghi decine di micrometri, su superfici complessive di circa 10 millimetri quadrati.
I ricercatori sono riusciti persino a disporre queste strutture secondo forme predefinite e a incorporare nanoparticelle d’oro e proteine in punti specifici dell’architettura. L’obiettivo, in questo caso, si sposta dalla semplice dimostrazione di un materiale eccezionalmente resistente verso la possibilità concreta di integrare queste architetture in dispositivi ottici, componenti elettronici e sensori avanzati.
Nessuna armatura da supereroe pronta all’uso nei laboratori, almeno per il momento. Tuttavia, l’aspetto meno spettacolare è probabilmente quello scientificamente più promettente: il DNA si sta trasformando in uno strumento per costruire nuovi materiali, aprendo la strada a geometrie progettate su scale dove frese, stampanti tridimensionali e lavorazioni convenzionali risultano ormai troppo grossolane.