Các nhà khoa học vừa khám phá ra bí mật phân tử khiến tơ nhện chắc hơn thép và bền hơn Kevlar (loại sợi chống đạn nổi tiếng).
Sợi tơ nhện là vật liệu sinh học bền chắc nhất mà con người biết đến. Ảnh: Factsite
Phát hiện quan trọng này mở ra con đường chế tạo vật liệu lấy cảm hứng từ sinh học mới nhẹ hơn, bền hơn trong ngành hàng không, quần áo bảo hộ và các ứng dụng y tế... thậm chí còn giúp nâng cao hiểu biết của chúng ta về các bệnh lý thần kinh như bệnh Alzheimer, trường King's College London thông tin ngày 5/2/2026.
Giải mã thành công bí mật "bền hơn áo chống đạn" của tơ nhện
Sợi tơ nhện mạnh hơn thép xét về trọng lượng và bền hơn cả Kevlar - vật liệu được sử dụng để chế tạo áo chống đạn.
Các nhà nghiên cứu toàn cầu từ lâu đã tìm cách tái tạo các đặc tính độc đáo của nó. Và cơ chế phân tử liên kết của tơ nhện vẫn chưa rõ ràng cho đến khi các nhà khoa học Anh và Mỹ bắt tay thực hiện.
Ảnh cận cảnh một con nhện giăng tơ đang xây tổ. Nguồn: Antoniocarlosforever/Dreamstime.com
Cụ thể, nhóm nghiên cứu từ King's College London (Anh) và Đại học Bang San Diego (Mỹ) đã lần đầu tiên giải mã được "keo phân tử" – chính là hai axit amin arginine và tyrosine – đóng vai trò như chất kết dính siêu nhỏ, giúp các protein trong tơ nhện gắn kết lại.
Khi nhện kéo tơ, protein ban đầu ở dạng lỏng đặc (gọi là silk dope) ngưng tụ thành giọt, rồi chuyển thành sợi rắn siêu bền. Chính sự tương tác giữa arginine và tyrosine kích hoạt quá trình các protein tụ lại thành cụm, tạo nền tảng nano cấu trúc mang lại sức mạnh vượt trội. Những tương tác này vẫn duy trì ngay cả khi sợi đã cứng lại.
Sử dụng loạt công nghệ hiện đại để giải mã
Để tìm ra cơ chế này, các nhà khoa học đã sử dụng kết hợp mô hình AlphaFold3, mô phỏng phân tử và quang phổ quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân – những công cụ công nghệ cao hiện đại.
Điều thú vị là "mánh khóe" phân tử mà nhện dùng để dệt tơ lại rất giống với cách các thụ thể thần kinh và hormone hoạt động trong cơ thể người.
Vì vậy, tơ nhện không chỉ là nguồn cảm hứng cho vật liệu mới mà còn là mô hình tự nhiên tối ưu để nghiên cứu các quá trình sinh học phức tạp. Quá trình protein chuyển từ trạng thái lỏng sang dạng đặc, có cấu trúc (như β-sheet) ở nhện tạo ra sợi bền nhất thế giới, nhưng ở người, nếu mất kiểm soát thì lại dẫn đến các mảng beta-sheet gây hại não bộ, như trong bệnh Alzheimer.
Nhờ nghiên cứu này, chúng ta có thể học cách kiểm soát quá trình tách pha và hình thành beta-sheet một cách chính xác hơn, từ đó phát triển sợi nhân tạo bền vững, hiệu suất cao thay thế cho vật liệu truyền thống nặng nề.
Trong tương lai, những sợi lấy cảm hứng từ tơ nhện có thể giúp chế tạo máy bay nhẹ hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, hoặc các bộ phận máy bay, quần áo bảo hộ siêu nhẹ mà cực kỳ chắc chắn.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.
