Tơ nhện- hệ vật liệu mới: thân thiện hơn với môi trường và vượt trội hơn về các tính năng cơ học.

Tơ nhện là chất liệu siêu bền: cứng hơn thép, dai hơn nylon, được cấu tạo từ protein và amino acid (axit amin).

Từ hơn 30 năm trước, sự kỳ diệu của tơ nhện đã được nhân loại biết đến. Tuy có độ dày chỉ bằng 10% so với độ dày của tóc người, song một sợi tơ nhện đủ sức cản tốc độ bay lên đến 32 km/h của những con côn trùng như ong, bướm, muỗi. 

(Nguồn: Internet)

Sợi tơ với độ dày 2 micromet này có thể chịu một vật nặng khoảng... 1g, tương đương với 1 sợi chỉ dày 1 - 2mm chịu một trong lượng nặng 65kg.

I. Bí mật về sức mạnh của tơ nhện

Theo một nghiên cứu từ các nhà khoa học khoa dân dụng và môi trường CEE (civil and environmental engineer) thuộc đại học MIT.

(Nguồn: CEE.mit.edu)

Sức bền của tơ nhện nằm ở cấu trúc hình học của các protein cấu tạo, với nhiều liên kết yếu giữa các nguyên tử hydro. Chính những liên kết này khi vật liệu chịu tải trọng đã giúp phân tán tải trọng và năng lượng.

Tuy độ bền của liên kết hydro không bằng các liên kết trong kim loại hay các liên kết cộng hóa trị trong sợi Kevlar (thường sử dụng trong gia cố áo chống đạn)

(Nguồn: Internet)

Nhưng với sự kết hợp từ ba đến bốn liên kết hydro trong chuỗi beta ngắn và gấp khúc đã tạo cho tơ nhện có sức bền cao hơn cả thép.

II. Sản xuất tơ nhện

Tuy tơ nhện có nhiều ưu điểm nhưng việc nuôi các con nhện để lấy tơ là việc khá khó khăn vì đặc tính ăn thịt lẫn nhau của chúng.

(Nguồn: Internet)

Vì thế, trên cơ sở cấu trúc của tơ nhện tự nhiên,các nhà phát triển vật liệu đã tìm ra giải pháp tổng hợp tơ nhên nhân tạo bằng nhiều biện pháp,điển hình là các nhà nghiên cứu thuộc Nexia, một công ty công nghệ sinh học Canada, với sự hợp tác của các nhà khoa học thuộc Công ty SBCCOM của quân đội Mỹ đã chế tạo thành công tơ nhện nhân tạo.

Jeffrey Turner, Chủ tịch kiêm Giám đốc Điều hành Nexia, tiết lộ bí mật công nghệ gen đã giúp biến giấc mơ sản xuất hàng loạt tơ nhện trở thành hiện thực. Nhóm của ông đã phân lập các mã gen tạo tơ nhện, sau đó bổ sung chúng vào tế bào động vật có vú, mà đầu tiên là thử nghiệm với tế bào của con dê.

(Nguồn: Internet)

Những con dê chuyển đổi gen này có thể tạo ra các protein giống hệt protein tạo nên tơ nhện.

III. Ứng dụng thực tiễn và triển vọng tương lai của tơ nhện

Trong y học, tơ nhện được sử dụng rộng rãi nhờ cấu tạo từ protein của nó,nó có thể được cơ thể người dung nhập mà không gây ra bất kì tác dụng phụ nào. Các ứng dụng như:

• Chỉ khâu phẫu thuật
• Dây chằng nhân tạo
• Da nhân tạo
• Băng vết thương

Bên cạnh đó,do đặc tính cơ học vượt trội cũng như tự phân hủy sinh học, tơ nhện đã và đang dần thay thế các vật liệu từ nhựa.Một nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học trường đại học Aalto(Phần Lan)_ được công bố vào tháng 05/09/2019 trên tờ Science Advances,  đã kết hợp sợi nano cellulose và protein tái tổ hợp tương tự tơ nhện để cho ra loại vật liệu mới ,với độ bền và độ đàn hồi cao như nhựa, nhưng lại có khả năng phân hủy sinh học cao và thân thiện môi trường.

(link bài báo: https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaaw2541)