Giải mã 'thủ thuật' phân tử giúp tơ nhện bền hơn thép

2 giờ trướcBài gốc

Họ phát hiện ra các tương tác phân tử tí hon hoạt động như một loại "keo tự nhiên", giúp tơ chuyển hóa từ dạng lỏng sang những sợi tơ siêu bền. Khám phá này không chỉ mở đường cho các vật liệu thế hệ mới mà còn cung cấp manh mối quan trọng về các bệnh thoái hóa thần kinh.

Tính theo trọng lượng, tơ nhện bền hơn thép và dai hơn Kevlar - vật liệu dùng để chế tạo áo chống đạn. Ảnh: sciencedaily.com

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) bởi các nhóm khoa học từ King's College London (Anh) và Đại học San Diego State (Mỹ). Kết quả này vạch ra những nguyên lý thiết kế cơ bản có thể dẫn đến việc tạo ra các loại sợi thân thiện với môi trường và có hiệu suất cao, ứng dụng từ hàng không đến y tế.

Tơ nhện, cụ thể là loại tơ khung, từ lâu đã nổi tiếng với đặc tính cơ học phi thường. Tính theo trọng lượng, nó bền hơn thép và dai hơn Kevlar - vật liệu dùng để chế tạo áo chống đạn. Loài nhện tạo ra loại vật liệu này bên trong tuyến tơ, nơi các protein được lưu trữ dưới dạng một chất lỏng đặc gọi là "dịch tơ" (silk dope) trước khi bị kéo thành sợi rắn để xây dựng khung mạng lưới. Giới khoa học đã biết rằng các protein ban đầu tập hợp lại thành các giọt giống chất lỏng, nhưng các bước phân tử cụ thể liên kết quá trình này với độ bền cuối cùng của sợi tơ vẫn là một bí ẩn cho đến nay.

Để giải mã câu đố này, nhóm nghiên cứu đa ngành đã sử dụng hàng loạt kỹ thuật tiên tiến, bao gồm mô phỏng động lực học phân tử và mô hình cấu trúc AlphaFold3. Phân tích của họ chỉ ra rằng hai loại axit amin là arginine và tyrosine đã tương tác theo một cách đặc biệt, khiến các protein tơ kết tụ lại ngay từ những giai đoạn đầu tiên. Quan trọng hơn, các tương tác này không biến mất khi tơ đông đặc. Thay vào đó, chúng vẫn hoạt động khi sợi tơ hình thành, đóng vai trò như những "miếng dán" phân tử giúp xây dựng cấu trúc nano phức tạp, mang lại cho tơ nhện sức mạnh và độ linh hoạt đặc biệt.

Giáo sư Chris Lorenz từ King's College London nhấn mạnh rằng nghiên cứu này cung cấp lời giải thích ở cấp độ nguyên tử về cách các protein hỗn loạn có thể tự sắp xếp thành những cấu trúc trật tự cao. Ông cho biết tiềm năng ứng dụng là rất lớn, từ quần áo bảo hộ nhẹ, linh kiện máy bay, thiết bị y tế cấy ghép tự phân hủy sinh học, cho đến robot mềm đều có thể hưởng lợi từ các loại sợi được thiết kế dựa trên những nguyên lý tự nhiên này.

Đáng chú ý, Giáo sư Gregory Holland từ Đại học San Diego State bày tỏ sự ngạc nhiên về độ phức tạp hóa học của quá trình này. Ông cho rằng tơ nhện thực chất dựa vào một thủ thuật phân tử rất tinh vi, tương tự như cơ chế trong các thụ thể dẫn truyền thần kinh và tín hiệu hormone.

Chính vì sự tương đồng này, các nhà nghiên cứu tin rằng phát hiện mới có ý nghĩa vượt ra ngoài khoa học vật liệu. Cách các protein tơ trải qua quá trình tách pha và hình thành cấu trúc phản chiếu chính xác các cơ chế mà giới y học thấy trong các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer. Do đó, việc nghiên cứu tơ nhện cung cấp một hệ thống sạch và đã được tối ưu hóa qua tiến hóa để hiểu cách kiểm soát quá trình tách pha và hình thành mảng bám protein trong não bộ.

Thanh Tùng (TTXVN)

Nguồn Tin Tức TTXVN : https://baotintuc.vn/khoa-hoc-cong-nghe/giai-ma-thu-thuat-phan-tu-giup-to-nhen-ben-hon-thep-20260208083058149.htm