Các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN của Nhật Bản và Cụm nghiên cứu tiên phong RIKEN đã đạt được kỳ tích bằng cách thực hiện một cách tiếp cận mới, xây dựng một tuyến tơ nhân tạo được thiết kế để phản ánh những thay đổi vật lý và hóa học xảy ra trong con nhện. Và điều đó thật không dễ dàng.

Khó khăn trong việc tái tạo các quá trình sinh học phức tạp này đã khiến việc tạo ra tơ nhện nhân tạo trở nên vô cùng khó khăn. Sợi polyme sinh học được tạo thành từ các protein lớn với trình tự lặp đi lặp lại cao được gọi là spidroin. Các tấm beta, cấu trúc phân tử trong các sợi tơ, sau đó phải được căn chỉnh để tạo cho tơ các đặc tính ấn tượng của nó.

Trên hết, tuyến nhân tạo đòi hỏi các cơ chế vi lỏng chính xác để các protein tự lắp ráp thành các sợi tơ không chỉ trông mà còn hoạt động như thật.

"Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã cố gắng bắt chước việc sản xuất tơ nhện tự nhiên bằng cách sử dụng vi lỏng, liên quan đến dòng chảy và thao tác của một lượng nhỏ chất lỏng thông qua các kênh hẹp", Keiji Numata, người đứng đầu nghiên cứu tại RIKEN cho biết. "Thật vậy, người ta có thể nói rằng tuyến tơ của nhện hoạt động như một loại thiết bị vi lỏng tự nhiên."

Sinh trắc học kéo sợi thông qua thiết bị này có tiềm năng mở rộng sản xuất tơ nhện

Tuyến nhân tạo, giống như một hộp hình chữ nhật không đặc trưng với các kênh thụt vào chạy dọc theo chiều dài của nó, là kết quả của nhiều thử nghiệm và sai sót trong việc tạo ra môi trường thích hợp cho các quá trình phức tạp hoạt động như trong tự nhiên. Một trong những lỗi đó là sử dụng vũ lực để đẩy các protein qua hệ thống vi lỏng; Nó kêu gọi áp suất âm để kéo dung dịch Spidroin qua thiết bị.

Tuy nhiên, một khi nhóm nghiên cứu đã vượt qua rào cản này, họ đã có thể tạo ra các sợi tơ liên tục với các tấm beta được căn chỉnh, tạo cho vật liệu các đặc điểm giống như tự nhiên của nó.

"Thật đáng ngạc nhiên khi hệ thống vi lỏng mạnh mẽ như thế nào, một khi các điều kiện khác nhau được thiết lập và tối ưu hóa", nhà khoa học cao cấp Ali Malay, đồng tác giả nghiên cứu cho biết. "Việc lắp ráp sợi là tự phát, cực kỳ nhanh chóng và có khả năng tái tạo cao. Điều quan trọng, các sợi thể hiện cấu trúc phân cấp riêng biệt được tìm thấy trong sợi tơ tự nhiên. "

"Khả năng tái tạo cao" là một thuộc tính quan trọng; Các bản sao thành công đã có vấn đề về khả năng mở rộng và nhện nuôi là tất cả nhưng không thể vì lý do hậu cần và sinh học. Sản xuất lụa không tốn kém và hiệu quả có thể cách mạng hóa ngành dệt may gây hại cho môi trường, và khả năng tương thích sinh học của nó làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho các mục đích sử dụng y tế đa dạng, bao gồm chỉ khâu, dây chằng nhân tạo và phẫu thuật liên kết.

"Lý tưởng nhất là chúng tôi muốn có tác động trong thế giới thực", Numata nói. "Để điều này xảy ra, chúng tôi sẽ cần mở rộng quy mô phương pháp sản xuất sợi và biến nó thành một quá trình liên tục. Chúng tôi cũng sẽ đánh giá chất lượng tơ nhện nhân tạo của chúng tôi bằng cách sử dụng một số số liệu và cải tiến hơn nữa từ đó."

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications.