Đây là lý do vì sao tơ nhện mỏng manh mà bền gấp 5 lần thép

Tơ nhện bền, chắc khỏe và dai gấp 5 lần thép. Nhưng nguyên nhân của sự bền ấy thì không phải ai cũng biết.

Tơ nhện từ lâu đã nổi tiếng là loại vật liệu tự nhiên có độ bền kinh khủng bậc nhất. Thậm chí, có những loài nhện nhả ra tơ chắc khỏe gấp 5 lần thép - như nhện nâu Loxosceles reclusa chẳng hạn.

Nhưng cũng cần phải tự hỏi là tại sao tơ nhện nhìn mỏng manh thế mà lại có độ bền quá khủng như vậy? Thực chất, đây cũng là câu hỏi khiến các nhà khoa học phải đau đầu, và gần đây họ mới tìm ra được câu trả lời.

Ở cấp độ phân tử, mỗi sợi tơ được ghép lại bởi hàng ngàn sợi nano cực mỏng song song với nhau.

Cụ thể, các chuyên gia từ ĐH William and Mary (Virginia, Mỹ) đã phân tích những sợi tơ của loài nhện nâu L. reclusa bằng công nghệ tiên tiến nhất. Kết quả thì ở cấp độ phân tử, mỗi sợi tơ được ghép lại bởi hàng ngàn sợi nano cực mỏng song song với nhau.

Mỗi sợi nano được làm từ protein, với độ dày nhỏ hơn 1 phần triệu centimet - nghĩa là mỏng hơn tóc người đến cả trăm ngàn lần.

"Chúng tôi đã nghĩ các sợi tơ chỉ là một thực thể" - trích lời Hannes Schiniepp, thành viên nhóm nghiên cứu. "Nhưng những gì tìm được thì tơ nhện cũng giống như sợi cáp, được làm từ nhiều sợi nhỏ hơn bện lại".

Trên thực tế, ý tưởng về việc tơ nhện được cấu tạo từ các sợi nano đã từng được đề cập trong các nghiên cứu trước kia, nhưng đây là lần đầu tiên khoa học thực sự xác nhận được điều đó, đồng thời tìm ra cơ chế của nó nữa. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu chọn loài nhện nâu là bởi sợi tơ của nó phẳng chứ không tròn như nhện thường.

Tuy nhiên, không phải tơ nhện nào cũng được cấu tạo giống như vậy. Tùy vào cách bắt mồi, mỗi loài nhện sẽ có tơ khác nhau.

Sợi tơ của nhện nâu bền gấp 5 lần thép.

Chúng ta có thể áp dụng các sợi nano vào một công nghệ mới, để từ đó tạo ra một dạng vật liệu có khả năng chịu lực gấp 5 lần thép. Schiniepp cho biết, họ đã phát triển thành công mô hình cấu tạo dựa trên những gì đã tìm ra, và từ đó giúp con người tự tạo ra một loại vật liệu của riêng mình, với độ chắc khỏe y như tơ nhện.

Trước kia, đã từng có nhiều nghiên cứu tìm cách tạo ra tơ nhện nhân tạo và ứng dựng nó - từ mũ bảo hiểm cho đến áo chống đạn. Nhưng với nghiên cứu tìm ra cấu tạo của tơ nhện ở cấp độ nano, ứng dụng của nó sẽ là cực lớn.

"Kết quả nghiên cứu cho thấy tự nhiên thực sự có thể tạo ra những loại vật liệu đáng kinh ngạc" - Mohan Srinivasarao từ Quỹ khoa học Quốc gia, người tài trợ cho nghiên cứu cho biết.

"Việc hiểu được thành phần tơ nhện ở cấp độ phân tử sẽ cho chúng ta hiểu hơn về bản chất của nó, đồng thời đưa ra được các thiết kế mới cho những vật liệu tổng hợp nhân tạo trong tương lai".

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Macro Letters.

• Chế tạo tơ nhện nhân tạo: nhiều ứng dụng ích lợi trong tương lai
• Tơ nhện nhân tạo thế hệ mới: bền hơn thép và 98% làm từ nước