Giống như nhiều kỳ quan của tự nhiên, tơ nhện có những tính chất đặc thù khiến nó vượt trội hơn so với các loại tơ nhân tạo cho đến tận ngày nay: sợi tơ nhện có độ bền kéo (giá trị lực kéo tối đa một loại vật liệu có thể chịu được trước khi bị đứt) tương tự như thép, nhưng có độ dày đặc chỉ bằng 1/6.
Tơ nhện có rất nhiều ứng dụng tiềm năng, đặc biệt trong lĩnh vực y học, nhưng loài nhện không thể được chăn nuôi như tằm tơ. Tuy nhiên, các bác sĩ phẫu thuật sẽ không còn phải than phiền về thực tế này lâu hơn nữa, bởi vì gần đây các nhà khoa học đã có thể tạo ra tơ nhện nhân tạo sử dụng vi khuẩn biến đổi gien.
Trong số ra mới nhất của tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu giải thích quy trình hai bước tạo ra tơ nhện nhân tạo. Đầu tiên, họ biến đổi vi khuẩn để chúng có thể sản xuất các protein sinh ra tơ nhện, sau đó họ đưa vật liệu đó vào các kênh dẫn vi lưu mô phỏng theo spinneret – cơ quan nhả tơ của nhện.
Cao Hoa Kiện, Giáo sư kỹ thuật tại Đại học Brown, người không tham gia cuộc nghiên cứu này, đã chia sẻ trong một thông cáo báo chí: “Đây là một thành tích đáng kinh ngạc. Điều này có thể dẫn đến một bước đột phá, cho phép chúng ta khai thác trực tiếp các ứng dụng kỹ thuật của các chất liệu giống tơ”.
Tính chất rắn chắc nhưng mềm dẻo của tơ nhện nhân tạo khiến nó trở thành một ứng cử viên tự nhiên để ứng dụng trong phẫu thuật, cho dù để khâu vết thương ngoài da hay làm khung vật liệu trong cấy ghép nội tạng.
Sức mạnh của tơ nhện tổng hợp đến từ các liên kết phân tử hình thành khi protein được sắp hàng một cách phù hợp. Protein kỵ nước và ưa nước đều được hòa tan trong nước và sau đó đẩy qua các lỗ mở ở cuối các kênh dẫn của bộ phận nhả tơ nhân tạo, với cường độ sức mạnh lớn hơn nhiều lúc ban đầu.
Việc chế tạo protein phải mất vài tháng, trong thời gian đó các nhà nghiên cứu sẽ cho chạy mô phỏng trên máy tính với các hợp chất phân tử khác nhau cho tới khi họ tìm thấy vật liệu có độ cứng đáp ứng nhu cầu.
Hiện tại, tơ nhện nhân tạo vẫn có độ bền yếu hơn so với phiên bản tự nhiên của nó, nhưng các nhà nghiên cứu tự tin cho rằng phiên bản tơ nhân tạo của họ rốt cuộc sẽ vượt trội hơn tơ nhện tự nhiên trên mọi khía cạnh.
Ngoài y học, chúng ta có thể tìm thấy ứng dụng của tơ nhện nhân tạo trong ngành kỹ thuật và hàng không vũ trụ, nơi “trọng lượng nhẹ là điều cần thiết,” Giáo sư Cao cho hay.
Tác giả: Jonathan Zhou, Đại Kỷ Nguyên tiếng Anh
Đọc bản gốc ở đây.
Ngọc Mai biên dịch