Sự đổi mới thân thiện với môi trường này là một bước tiến lớn hướng tới sự bền vững và có thể tác động đến một số ngành công nghiệp. Nghiên cứu do Keiji Numata tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN ở Nhật Bản dẫn đầu. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Nổi tiếng với độ bền, tính linh hoạt và trọng lượng nhẹ, tơ nhện có độ bền kéo tương đương với thép có cùng đường kính và tỷ lệ cường độ trên trọng lượng là vô song. Thêm vào đó, nó có tính tương thích sinh học, nghĩa là nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng y tế cũng như có khả năng phân hủy sinh học. Vậy tại sao mọi thứ không được làm từ tơ nhện? Việc thu hoạch tơ nhện trên quy mô lớn đã được chứng minh là không thực tế vì nhiều lý do, khiến các nhà khoa học phải tìm cách sản xuất tơ trong phòng thí nghiệm.

Tơ nhện là một loại sợi polyme sinh học được làm từ các protein lớn có trình tự lặp đi lặp lại cao, có tên gọi là spidroin. Bên trong sợi tơ là các cấu trúc phân tử được gọi là tấm beta, chúng phải được sắp xếp hợp lý để sợi tơ có được các đặc tính cơ học độc đáo. Việc tái tạo cấu trúc phân tử phức tạp này đã khiến các nhà khoa học bối rối trong nhiều năm. Thay vì cố gắng nghĩ ra quy trình từ đầu, các nhà khoa học của RIKEN đã áp dụng phương pháp mô phỏng sinh học.

Thiết bị do các nhà nghiên cứu phát triển trông giống như một hộp hình chữ nhật nhỏ với các rãnh nhỏ được khoét bên trong. Dung dịch tiền chất spidroin được đặt ở một đầu và sau đó được kéo về phía đầu kia bằng áp suất âm.

Khi các spidroin chảy qua các kênh vi lỏng, chúng tiếp xúc với những thay đổi chính xác trong môi trường vật lý và hóa học, điều này có thể thực hiện được nhờ thiết kế của hệ thống vi lỏng. Trong điều kiện thích hợp, các protein tự tập hợp thành sợi tơ với cấu trúc phức tạp đặc trưng của chúng.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm để tìm ra những điều kiện chính xác và có thể tối ưu hóa sự tương tác giữa các vùng khác nhau của hệ thống vi lỏng. Ngoài ra, họ phát hiện ra việc sử dụng lực để đẩy protein đi qua không có tác dụng; chỉ khi họ sử dụng áp suất âm để kéo dung dịch spidroin thì các sợi tơ liên tục với sự căn chỉnh chính xác của các tấm beta mới có thể được lắp ráp.

Khả năng sản xuất sợi tơ nhân tạo bằng phương pháp này có thể mang lại nhiều lợi ích. Nó không chỉ có thể giúp giảm tác động tiêu cực mà hoạt động sản xuất dệt may hiện nay gây ra đối với môi trường mà bản chất có thể phân hủy sinh học và tương thích sinh học của tơ nhện khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng y sinh, chẳng hạn như chỉ khâu và dây chằng nhân tạo.