Vì sao tơ nhện chắc hơn thép?

Các nhà khoa học Mỹ và Anh đã giải mã được bí mật phân tử của sợi tơ nhện, mở đường cho một loại vật liệu đột phá trong lĩnh vực y tế, quốc phòng...

Theo SciTech Daily, nhóm tác giả từ Đại học bang San Diego (Mỹ) và King's College London (KCL - Anh) đã khám phá các tương tác phân tử tạo nên những đặc tính đáng kinh ngạc của tơ nhện.

Công bố phát hiện trên tạp chí khoa học PNAS, các tác giả cho biết sợi tơ nhện được tạo thành từ protein, những chuỗi dài được cấu tạo từ các axit amin. Bên trong các protein này, một số axit amin tương tác với nhau theo cách hoạt động như những "miếng dán" phân tử.

Những liên kết lặp đi lặp lại và có thể đảo ngược này giúp các protein tập hợp, sắp xếp và cuối cùng khóa chặt vào một cấu trúc có thể chịu được sự kéo giãn và tải trọng nặng.

Để đi đến phát hiện này, nhóm tác giả đã kết hợp giữa các công cụ tính toán và thực nghiệm tiên tiến bao gồm mô phỏng động lực học phân tử, mô hình cấu trúc AlphaFold3 và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Phương pháp này đã chứng minh rằng các axit amin arginine và tyrosine trong tơ nhện tương tác với nhau nhằm kích hoạt sự tập hợp ban đầu của các protein.

Điều quan trọng là những tương tác này vẫn tiếp tục diễn ra trong suốt quá trình hình thành sợi tơ, giúp tạo nên cấu trúc nano phức tạp chịu trách nhiệm cho hiệu suất cơ học vượt trội.

“Nghiên cứu này cung cấp lời giải thích ở cấp độ nguyên tử về cách các protein không có cấu trúc xác định lắp ráp thành các cấu trúc có trật tự cao và hiệu suất cao” - giáo sư Chris Lorenz từ KCL cho biết.

Cũng theo giáo sư Lorenz, kết quả trên cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng lớn của tơ nhện trong các lĩnh vực như sản xuất quần áo bảo hộ nhẹ, linh kiện máy bay, cấy ghép y tế phân hủy sinh học, robot mềm...