Hòa tan tơ tằm và tái tạo lại trong dung dịch đường, kim loại và ion kim loại, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra loại tơ bền vững và chịu lực kéo mạnh hơn tơ nhện, vật liệu dẻo dai và chắc nhất của tự nhiên.
Có nhiều phương pháp khác nhau để tạo ra tơ nhện, một số phương
pháp bao gồm việc hòa tan tơ tằm, vật liệu có độ bền yếu hơn nhưng dễ sản xuất
hơn cùng với các phụ gia, nhưng kết quả vật liệu thường không mang những đặc
tính đặc biệt bất thường của những sợi lên mạng nhện và rất khó sản xuất với
quy mô lớn.
Trong một nghiên cứu mới, GS TS Lin Zhi thuộc Trường Khoa học
Đời sống, Đại học Thiên Tân, Trung Quốc cùng các đồng nghiệp phát triển một
phương pháp nhằm tăng cường sức mạnh cho tơ tằm bằng phương pháp, hòa tan tơ tằm
trong natri cacbonat hoặc papain, một loại enzyme từ đu đủ, sau đó ủ nguyên liệu
thu được trong bồn nước chứa đường, etanol, kẽm và các ion sắt và tái tạo lại sợi
tơ.
GS Lin nói: “Phát hiện của chúng tôi đảo ngược nhận thức trước
đây cho rằng, tơ tằm không thể cạnh tranh với tơ nhện về hiệu suất cơ học. Phát
hiện này mở ra một phương pháp đầy hứa hẹn sản xuất lụa nhân tạo bền vững có hiệu
suất kinh tế cao”.
Những loại tơ tạo thành, tùy thuộc vào phương pháp hòa tan,
có những đặc tính vượt trội hơn so với các loại tơ nhện tự nhiên. Các nhà
nghiên cứu phát hiện thấy lực trung bình mà tơ nhân tạo có thể chịu được mà
không bị kéo giãn (lên đến 2 gigapascal), cao hơn 70% so với giá trị trung bình
từ tơ nhện tự nhiên (0,9 đến 1,4 GPa). Mô-đun Young của vật liệu, thước đo về mức
độ dễ dàng kéo giãn cao hơn bất kỳ loại lụa tự nhiên nào, có nghĩa là vật liệu
rất chắc, gần như không co giãn.
Theo GS Lin, những đặc tính về độ cứng và độ bền của sợi tơ
nhân tạo tốt hơn rất nhiều so với hầu hết những loại tơ nhện tự nhiên và đây là
loại tơ nhân tạo đầu tiên đạt được bước ngoặt đó.
Giáo sư Fritz Vollrath thuộc Khoa sinh học tại Đại học
Oxford cho biết, nếu so sánh những đặc tính của loại tơ nhân tạo này với mức
trung bình của các loại tơ nhện tự nhiên sẽ có một số điểm khác biệt, ví dụ như
của nhện tơ vàng (Nephila clavipes). “Tôi nghĩ rằng nếu thỏa thuận là tơ của
Nephila, loại tốt nhất nếu lấy được đúng cách, chắc chắn hơn một chút so với những
gì các nhà khoa học Trung Quốc đạt được.” Loại tơ tự nhiên này được chứng minh có
độ bền kéo lên đến 2,9 GPa .
Vollrath cho biết, tơ nhân tạo không thể hiện sự kết hợp những
đặc tính bất thường giống như tơ tự nhiên, như khả năng kéo dài hoặc số lượng vật
liệu kết tinh thay đổi (được gọi là độ kết tinh).
Theo ông, một con nhện có thể kéo tơ đến độ tinh thể cần thiết
theo cách sinh vật muốn hoặc cần cho một mục đích cụ thể, ví dụ như bắt các con
mồi to, khỏe. Điều đó làm thay đổi các đặc tính cơ học đặc biệt của vật liệu và
không đồng nhất, GS Vollrath nhận xét: “Những gì nhóm nghiên cứu của GS Lin đạt
được rất ấn tượng và từ nghiên cứu này, có thể mở ra một hướng mới sản xuất các
loại tơ bền vững với những tính chất tùy chỉnh, dù vẫn chưa đến thời điểm để
tuyên bố, chúng ta đã tạo ra một loại tơ tốt hơn nhện”.