Giải mã thành công bí mật siêu phàm "bền hơn áo chống đạn" của tơ nhện
Một phát hiện khoa học đột phá đang làm dậy sóng ngành công nghiệp toàn cầu, đặc biệt là lĩnh vực hàng không và vật liệu tiên tiến. Các nhà nghiên cứu từ King's College London (Anh) và Đại học Bang San Diego (Mỹ) đã thành công trong việc giải mã bí mật phân tử đằng sau sức mạnh siêu việt của tơ nhện – loại vật liệu sinh học được biết đến là bền chắc nhất hành tinh, thậm chí vượt trội hơn cả thép và Kevlar, chất liệu chính trong áo chống đạn.
Khám phá "keo phân tử" độc đáo
Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã lần đầu tiên xác định được hai axit amin arginine và tyrosine đóng vai trò như một loại "keo phân tử" siêu nhỏ. Chính sự tương tác giữa hai thành phần này đã kích hoạt quá trình các protein trong tơ nhện kết tụ lại, tạo nên cấu trúc nano vững chắc mang lại độ bền vượt trội. Khi nhện kéo tơ, protein ban đầu ở dạng lỏng đặc (silk dope) ngưng tụ thành giọt và chuyển hóa thành sợi rắn siêu bền. Điều đáng chú ý là những tương tác phân tử này vẫn được duy trì ngay cả khi sợi tơ đã hoàn toàn cứng lại.
Ứng dụng công nghệ cao trong nghiên cứu
Để đạt được khám phá quan trọng này, các nhà khoa học đã sử dụng kết hợp hàng loạt công nghệ hiện đại, bao gồm mô hình AlphaFold3, mô phỏng phân tử và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Những công cụ tiên tiến này cho phép họ phân tích sâu sắc cơ chế hoạt động ở cấp độ phân tử, từ đó hé lộ bí mật đằng sau sức mạnh của tơ nhện.
Ý nghĩa vượt xa ngành vật liệu
Phát hiện không chỉ mở ra con đường chế tạo vật liệu lấy cảm hứng từ sinh học với tính năng siêu nhẹ và siêu bền, ứng dụng trong ngành hàng không, quần áo bảo hộ và y tế, mà còn mang ý nghĩa sâu sắc trong nghiên cứu y học. Điều thú vị là cơ chế phân tử mà nhện sử dụng để dệt tơ lại rất giống với cách các thụ thể thần kinh và hormone hoạt động trong cơ thể người. Quá trình protein chuyển từ trạng thái lỏng sang dạng đặc, tạo cấu trúc beta-sheet ở nhện sản sinh ra sợi bền nhất thế giới, nhưng ở con người, nếu mất kiểm soát, nó có thể dẫn đến sự hình thành các mảng beta-sheet gây hại, liên quan đến bệnh Alzheimer.
Nhờ nghiên cứu này, giới khoa học có thể học cách kiểm soát quá trình tách pha và hình thành beta-sheet một cách chính xác hơn, từ đó phát triển các sợi nhân tạo bền vững và hiệu suất cao, thay thế cho vật liệu truyền thống nặng nề. Trong tương lai gần, những vật liệu lấy cảm hứng từ tơ nhện có thể giúp chế tạo máy bay nhẹ hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, hoặc các bộ phận máy bay và quần áo bảo hộ siêu nhẹ nhưng cực kỳ chắc chắn.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc hiểu rõ và khai thác tiềm năng của vật liệu sinh học cho tương lai.
