Sản xuất được tơ nhện nhân tạo nhẹ hơn bông, bền hơn thép

Từ lâu, sợi tơ nhện đã gây ấn tượng mạnh vì tính chất mềm mại mà dai chắc của nó. Nhưng mãi cho tới nay các nhà khoa học mới thực hiện được việc tổng hợp thành công sợi tơ nhện nhân tạo.

Công việc này do một nhóm nghiên cứu tại Đại học Washington (Saint Louis, tiểu bang Missouri, Mỹ) thực hiện bằng cách sử dụng vi khuẩn để tổng hợp các protein của loại tơ nhện. Điều khó khăn nhất là các protein phải lớn, vì protein càng lớn thì sợi tơ mới càng dẻo dai và bền chắc. Theo Christopher Bowen, một thành viên trong nhóm nghiên cứu, để tạo nên sợi tơ này, cần phải có một phân tử DNA dài kết hợp bằng một chuỗi ngắn lặp lại hàng trăm lần.

Sợi tơ nhện tự nhiên có tính chất mềm mại nhưng bền chắc.

Nhưng lại có một loại vi khuẩn có xu hướng phân chia các chuỗi này. Theo giải thích của Fuzhong Zhang, người đứng đầu công trình, vì vậy điều cần thiết là phải “giới thiệu” cho protein của sợi tơ nhện một chuỗi nhỏ đã được đánh dấu và thông qua một phản ứng hóa học, chúng phản ứng bằng cách kết hợp với các protein khác có mang cùng dấu hiệu.

Kết quả, các nhà nghiên cứu đã thu được loại protein tơ nhện có kích thước lớn gấp hai lần loại protein trong các thí nghiệm trước đó, và do vậy đã có thể chuyển biến thành sợi với những phẩm chất của tơ nhện tự nhiên. Vì vậy, bước tiếp theo chỉ là đưa vào công nghiệp hóa quá trình.

Đặc điểm đầu tiên của loại tơ nhện nhân tạo này là bền chắc còn hơn cả kevlar, là nhãn hiệu đăng ký cho loại sợi tổng hợp para-aramid do DuPont phát triển vào năm 1965. Năm 1970, loại vật liệu cường độ cao này đã được sử dụng thay thế cho thép trong lốp xe đua và do có độ bền gấp 5 lần thép nhưng cũng rất dẻo dai nên thường được sử dụng làm vật liệu chế tạo áo giáp chống đạn.

Và đặc điểm kế tiếp là sợi tơ nhện nhân tạo này có tỷ trọng còn nhỏ hơn cả bông vải hoặc nylon, điều hấp dẫn nhất khi được dệt thành lụa.

Sợi tơ nhện nhân tạo của Đại học Washington.

Hai đặc điểm này vì vậy, đã gây nhiều thắc mắc cho giới khoa học. Do đó, TS. Frauke Gräter tại Viện Nghiên cứu lý thuyết Heidelberg (Đức) cùng các cộng sự đã làm sáng tỏ câu hỏi bằng cách phân tích cấu trúc phân tử của sợi tơ này.

Kết quả phân tích cho thấy, cấu trúc phân tử của sợi tơ đã được thay thế bằng các thành phần tinh thể làm cho nó bền chắc hơn cùng với các thành phần vô định hình làm cho nó mềm mại hơn. Vì vậy, việc tiếp theo chỉ là đưa vào công nghiệp hóa.