Tơ nhện ứng dụng cho cuộc sống tương lai

Áo giáp thân siêu nhân

Tháng 8/2011, các nhà nghiên cứu đã kết hợp tơ nhện và da người để tạo ra áo giáp thân tương tự như  siêu nhân! Để làm được điều đó, họ chiết xuất các prôtein tơ nhện từ sữa của những con dê biến đổi gene rồi sau đó tiến hành dệt những prôtein này thành sợi tơ nhân tạo. Sau khi ghép những sợi tơ nhân tạo với biểu bì người, lớp da này có khả năng chống được viên đạn bắn ra từ khẩu súng 22 caliber.

Vật liệu nhân tạo không có khả năng chống đạn ở tốc độ viên đạn bình thường, bởi vì nhóm nhà nghiên cứu chỉ sử dụng 4 lớp vật liệu trong khi áo giáp chống đạn làm bằng Kevlar có đến 33 lớp. Nếu áo giáp thân được tăng thêm nhiều lớp vật liệu da có kết hợp tơ nhân tạo, nó sẽ mạnh hơn áo giáp Kevlar gấp 3 lần.

Da nhân tạo

Phát triển da nhân tạo để cứu chữa những nạn nhân bỏng là nhiệm vụ hết sức khó khăn cho các nhà khoa học. Để làm được điều đó, người ta cần đến một loại vật liệu đặc biệt để làm nền cho mô da khỏe mạnh có thể ghép vào thân người. Collagen hay sợi tổng hợp là vật liệu tiêu biểu được sử dụng để làm nền phát triển mô da nhân tạo, song loại vật liệu này yếu và không phân hủy sinh học đủ nhanh để chữa lành vết thương do bỏng - theo nhóm nhà nghiên cứu ở Đại học Y khoa Hannover, Đức.

Tuy nhiên, trong một thí nghiệm được tiến hành vào cuối năm 2011, nhóm nghiên cứu đã thu thập được tơ từ loài nhện gọi là orb weaver có kiểu dệt lưới mạng rất phức tạp và dệt những sợi này thành mạng lưới chéo trên một khung thép. Sau khi nuôi mạng lưới bằng các tế bào tạo da và dưỡng chất, nhóm nhà nghiên cứu có được một lớp da hình thành trên mạng lưới (như trong ảnh). Nhóm nhà khoa học Đức giải thích, sức mạnh, độ dẻo dai và tính phân hủy sinh học của loại tơ này rất lý tưởng để phát triển da nhân tạo chữa lành vết thương do bỏng.

Băng vết thương hiệu quả hơn

Tơ nhện được sử dụng làm băng vết thương qua nhiều thế kỷ. Ngoài việc cung cấp khung nền tốt để phát triển da nhân tạo, tơ nhện còn giúp tái tạo các mô khác, như là các neuron (tế bào thần kinh) và mạch máu. Thậm chí một số loại tơ nhện còn có tính năng chống vi trùng hữu hiệu giúp chữa lành vết thương nhanh hơn.

Túi khí chống va đập ít gây sốc hơn

Giáo sư Randy Lewis ở Đại học bang Utah (Mỹ) cho biết, hiện nay đã có một vài công ty bày tỏ mối quan tâm nghiên cứu chế tạo túi khí từ vật liệu composite tạo ra từ tơ nhện. Giáo sư Lewis giải thích: "Tơ nhện có khả năng hấp thu lực. Không giống như loại túi khí bình thường, túi khí bằng tơ nhện sẽ bao bọc thân người tài xế tương tự như mạng nhện".

Dây chằng đàn hồi cao

Bong gân mắt cá chân không đến nỗi gì, song những vết rách trầm trọng hơn - như trường hợp dây chằng chữ thập trước (ACL) bị xé rách - đòi hỏi phải phẫu thuật để thay thế dây chằng bằng gân cắt ra từ phần khác của cơ thể. Giáo sư Lewis cho rằng, tơ nhện có thể là một giải pháp lựa chọn khả thi. Trong thời gian  tới, nhóm nhà nghiên cứu của Giáo sư Lewis hy vọng sẽ dệt các protein tơ nhện lấy từ sữa dê biến đổi gene thành dây chằng nhân tạo.

Chỉ khâu phẫu thuật

Phần đông bác sĩ phẫu thuật sử dụng chỉ y khoa hay tơ tằm để khâu vết thương, nhưng người ta nhìn thấy triển vọng loại chỉ khâu bằng tơ nhện hiệu quả hơn và có ưu điểm là mảnh hơn rất nhiều. Lewis giải thích: điều cực kỳ quan trọng đối với phẫu thuật mắt hay thần kinh, đó là bác sĩ rất cần loại chỉ khâu cực kỳ mảnh. Tơ nhện đáp ứng được yêu cầu này.

Nuôi tằm nhả... tơ nhện

Giáo sư Randy Lewis cho rằng: "Hầu như không ai có đủ một lượng tơ nhện đáng kể để thực hiện cuộc thử nghiệm quy mô về các sản phẩm ứng dụng". Lý do khiến người ta khó có thể thu thập đủ số tơ nhện cần thiết để phục vụ cho nghiên cứu vì loài nhện có xu hướng giết chết và ăn thịt lẫn nhau cho nên gần như không thể nuôi nhện để lấy tơ. Nếu thu thập tơ nhện trong tự nhiên thì chúng ta sẽ phải mất nhiều thời gian. Để làm thay đổi hoàn toàn điều đó, mới đây một nhóm nhà khoa học Mỹ đã quyết định sử dụng con tằm để tạo ra... tơ nhện.

Nhóm nghiên cứu đã đưa các gene sản xuất ra prôtein tơ nhện vào ADN của con tằm, và sinh vật biến đổi gene này sau đó sẽ sản sinh những prôtein của nhện thành tơ của chính nó. Bước tiếp theo, các nhà khoa học gặp rất nhiều khó khăn trong việc chế tạo ra thiết bị đặc biệt thực hiện chức năng se những phân tử cực nhỏ thành sợi.

Với nghiên cứu trên con tằm biến đổi gene, những sản phẩm ứng dụng từ tơ nhện hy vọng sẽ được sản xuất hàng loạt trong tương lai. Những sợi tơ thu được sẽ mạnh và dẻo dai hơn tơ tằm gấp hai lần. Do loài tằm không sát hại lẫn nhau nên chúng có thể được nuôi công nghiệp để lấy tơ. Nếu nghiên cứu thành công và được ứng dụng trong thực tiễn, một ngày nào đó con người sẽ nhìn thấy tận mắt những sản phẩm kỳ diệu ứng dụng từ tơ nhện