Các nhà khoa học vừa làm sáng tỏ cơ chế ở cấp độ phân tử khiến tơ nhện có độ bền đáng kinh ngạc, vượt thép theo trọng lượng và thậm chí bền hơn Kevlar – loại sợi nổi tiếng dùng trong áo chống đạn.

Tơ nhện từ lâu được xem là vật liệu sinh học bền chắc nhất mà con người từng biết đến. Phát hiện lần này mở ra triển vọng phát triển các vật liệu lấy cảm hứng từ tự nhiên, nhẹ hơn và bền hơn cho ngành hàng không, đồ bảo hộ và y sinh, đồng thời giúp mở rộng hiểu biết về những rối loạn thần kinh như Alzheimer, theo thông tin từ King’s College London ngày 5/2/2026.

Giải mã cơ chế tạo nên sức bền vượt trội của tơ nhện

Xét theo trọng lượng, tơ nhện mạnh hơn thép và có khả năng chịu lực vượt Kevlar. Tuy vậy, việc tái tạo những đặc tính độc đáo này trong phòng thí nghiệm luôn là thách thức lớn, do cơ chế liên kết phân tử của tơ nhện vẫn chưa được hiểu rõ.

Bước ngoặt đến từ sự hợp tác giữa các nhà khoa học Anh và Mỹ. Nhóm nghiên cứu của King’s College London và Đại học Bang San Diego lần đầu tiên xác định được “keo phân tử” then chốt trong tơ nhện: hai axit amin arginine và tyrosine. Chúng hoạt động như chất kết dính siêu nhỏ, giúp các protein trong tơ liên kết chặt chẽ với nhau.

Khi nhện kéo tơ, các protein ban đầu tồn tại dưới dạng lỏng đặc (silk dope), sau đó ngưng tụ thành các giọt nhỏ rồi chuyển dần thành sợi rắn cực kỳ bền. Sự tương tác giữa arginine và tyrosine kích hoạt quá trình protein tụ cụm, hình thành cấu trúc nano nền tảng cho độ bền vượt trội. Đáng chú ý, các liên kết này vẫn được duy trì ngay cả khi sợi đã cứng hoàn toàn.

Công nghệ hiện đại hé lộ “mánh khóe” của tự nhiên

Để làm rõ cơ chế trên, nhóm nghiên cứu đã kết hợp nhiều công cụ tiên tiến như mô hình AlphaFold3, mô phỏng phân tử và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Nhờ đó, cấu trúc và động lực phân tử của tơ nhện được quan sát chi tiết hơn bao giờ hết.

Điểm thú vị là cơ chế phân tử mà nhện sử dụng để dệt tơ lại tương đồng với cách các thụ thể thần kinh và hormone vận hành trong cơ thể người. Vì thế, tơ nhện không chỉ là nguồn cảm hứng cho vật liệu mới mà còn là mô hình tự nhiên quan trọng để nghiên cứu các quá trình sinh học phức tạp.

Ở nhện, quá trình protein chuyển từ trạng thái lỏng sang dạng rắn có cấu trúc (như β-sheet) tạo ra sợi bền nhất thế giới. Trong khi đó, ở con người, nếu quá trình này mất kiểm soát, nó có thể dẫn đến sự hình thành các mảng beta-sheet gây tổn hại não bộ, điển hình như trong bệnh Alzheimer.

Nhờ hiểu rõ cơ chế này, các nhà khoa học có thể học cách kiểm soát quá trình tách pha và hình thành beta-sheet chính xác hơn, từ đó phát triển sợi nhân tạo bền vững, hiệu suất cao, thay thế cho những vật liệu truyền thống nặng nề.

Trong tương lai, các vật liệu lấy cảm hứng từ tơ nhện có thể giúp chế tạo máy bay nhẹ hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, cùng các bộ phận hàng không, quần áo bảo hộ siêu nhẹ nhưng vẫn đảm bảo độ bền và an toàn cao.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.