Phát hiện vật liệu có thể làm quần áo chống đạn, dùng cho công nghệ hàng không vũ trụ: Độ bền kéo vượt trội hơn nylon, đặc biệt dẻo dai

Theo báo cáo trên Tạp chí Matter, các nhà khoa học Trung Quốc đã đạt được một bước đột phá quan trọng khi tổng hợp thành công sợi tơ nhện hoàn chỉnh từ tằm biến đổi gen. Sợi tơ này có độ bền vượt trội so với nhiều loại sợi công nghiệp hiện nay, bao gồm cả sợi Kevlar nổi tiếng. Được biết, tơ nhện nhân tạo có độ dẻo dai cao gấp 6 lần sợi Kevlar và độ bền kéo (khả năng chịu sức căng khi kéo giãn ra) vượt trội hơn nylon. Vì thế, các nhà khoa học đang đặt nhiều kỳ vọng vào loại vật liệu đặc biệt này.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ CRISPR-Cas9 tiên tiến để chỉnh sửa gen trong trứng tằm, tạo ra những con tằm phát sáng dưới kính hiển vi huỳnh quang. Điều này không chỉ giúp theo dõi quá trình biến đổi gen mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất tơ nhện nhân tạo. Để đạt được mục tiêu này, các nhà khoa học đã xây dựng một mô hình cấu trúc tơ chi tiết và kiểm chứng qua thực nghiệm, tạo nền tảng vững chắc cho việc sản xuất tơ nhện với các đặc tính mong muốn.

Nhà khoa học Mi Junpeng - tác giả chính của nghiên cứu cho biết nhóm của ông đã gặp phải nhiều thách thức trong quá trình tổng hợp sợi tơ nhện. Một trong những thách thức lớn nhất là tìm ra phương pháp hiệu quả để kết hợp protein nhện và protein tằm. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình chi tiết về cấu trúc protein, từ đó xác định các vị trí thích hợp để thực hiện chỉnh sửa gen.

Ngoài ra, quá trình nuôi dưỡng tằm biến đổi gen cũng rất phức tạp và tốn kém. Với tỷ lệ nở trứng thấp (100 quả trứng chỉ thu được vài con tằm chuyển gen) và nhu cầu chăm sóc đặc biệt, việc thu thập tằm là một thách thức không nhỏ.

Tơ nhện tự nhiên có những đặc tính vượt trội như độ bền cao và độ dẻo dai, nhưng sản xuất chúng trên quy mô lớn lại gặp phải nhiều trở ngại. Nhện có xu hướng ăn thịt đồng loại khiến việc nuôi nhện cùng nhau trở nên khó khăn. Hơn nữa, cấu trúc phức tạp của tơ nhện và cơ chế se tơ vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, gây cản trở cho việc sản xuất tơ nhện nhân tạo.

Theo ông Mi Junpeng, với những đặc tính vượt trội, loại sợi mới này hứa hẹn sẽ tạo ra cuộc cách mạng trong nhiều ngành công nghiệp. Từ việc ứng dụng trong y tế như chỉ khâu phẫu thuật đến việc sản xuất các sản phẩm cao cấp như áo chống đạn, vật liệu thông minh và thiết bị hàng không vũ trụ, sợi tơ nhện nhân tạo đều thể hiện những ưu điểm vượt trội.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu của ông Mi dự kiến sẽ mở rộng nghiên cứu, sử dụng axit amin tổng hợp để tạo ra nhiều loại tơ nhện nhân tạo có độ bền cao hơn, đáp ứng các nhu cầu đa dạng của ngành công nghiệp.

>> Phát hiện vật liệu quen thuộc cứng hơn cả kim cương, bền hơn thép 200 lần, nhẹ hơn nhôm 5 lần