Các cuộc nghiên cứu về mạng nhện đã tiết lộ những bí mật đằng sau kết cấu phi thường của loại tơ tự nhiên vốn là vũ khí lợi hại của loài đa nhãn.

Tơ nhện là một trong những vật liệu dẻo dai nhất của tự nhiên - (Ảnh: Jeffery Yarger)

Sử dụng kỹ thuật ánh sáng laser, các nhà khoa học thuộc Đại học Arizona (Mỹ) đã xác định được một loạt các thành phần tạo ra đặc tính đàn hồi trong tơ của một số mạng nhện còn nguyên vẹn.

“Tơ nhện là sự kết hợp độc nhất vô nhị của sức mạnh cơ khí và độ co giãn, biến nó thành một trong những vật liệu chắc chắn nhất mà chúng ta từng biết”, theo trang tin Science Daily dẫn lời giáo sư hóa học và sinh hóa Jeffery Yarger.

Theo ông Jeffery Yarger, cuộc nghiên cứu trên đã cung cấp một sự hiểu biết toàn diện nhất về đặc tính cơ khí bí ẩn của mạng nhện.

Tơ nhện là một dạng polymer sinh học, có liên hệ với collagen ở da và xương, nhưng phức tạp hơn nhiều về mặt cấu trúc. Các chuyên gia phát hiện sợi tơ mỏng manh như vậy dai ít nhất gấp 5 lần dây đàn piano, nếu so về trọng lượng.

Các nhà khoa học hy vọng kết quả nghiên cứu này sẽ dẫn đến việc chế tạo những vật liệu siêu bền, từ áo chống đạn đến dây chằng nhân tạo.

Tơ nhện vốn đã cứng và nhẹ hơn thép, song giờ đây các nhà khoa học lại tìm ra cách tăng độ cứng của nó lên ba lần bằng cách cho thêm một lượng nhỏ kim loại. 

Ảnh: wikimedia

Kỹ thuật này có thể giúp chúng ta tạo ra loại sợi siêu cứng và các vật liệu cao cấp trong lĩnh vực y tế (xương và gân nhân tạo). 

“Nó cũng giúp chúng tôi sản xuất chỉ siêu bền dành cho các ca phẫu thuật”, Seung-Mo Lee, một chuyên gia của Viện nghiên cứu Max Planck về cấu trúc vật lý vi mô (Đức), phát biểu. 

Lee và cộng sự phát hiện ra rằng việc bổ sung kẽm, titan và nhôm vào tơ nhện sẽ giúp nó tăng độ cứng và khả năng dát mỏng. Nhóm nghiên cứu phủ một lớp kim loại cực mỏng bên ngoài sợi tơ nhện và tạo điều kiện để một số ion kim loại xâm nhập vào sợi. Sau khi lọt vào bên trong, ion kim loại sẽ tương tác với cấu trúc protein của tơ. 

Lee cho biết ông sẽ thử cho thêm một số chất khác như Teflon (một loại polymer nhân tạo), để xem chúng có giúp tơ nhện cứng và dai hơn hay không. Trước đó, một số nghiên cứu cho thấy phân tử kim loại tồn tại trong những phần cứng nhất trên cơ thể vài loài côn trùng. Chẳng hạn, hàm của châu chấu và kiến xén lá đều chứa nhiều kẽm. Kim loại này giúp hàm của chúng cứng và dai. 

Giới khoa học đã chú ý tới tơ nhện từ lâu song sản xuất nó ở quy mô lớn không phải việc dễ dàng, vì nhện có xu hướng ăn thịt nhau nếu sống trong điều kiện nuôi nhốt. Do đó, nhiều chuyên gia vật liệu đã tìm kiếm cách chế tạo tơ mà không cần nhện bằng cách bắt chước kỹ thuật xe tơ của chúng.