Tơ nhện đã lâu đã nổi tiếng là loại vật liệu tự nhiên có độ bền kinh khủng bậc nhất. Thậm chí, có những loài nhện nhả ra tơ chắc khỏe gấp 5 lần thép như nhện nâu Loxosceles reclusa.
Tuy vậy, câu hỏi vì sao tơ nhện nhìn mỏng manh nhưng lại có độ bền ấn tượng là một điều khiến các nhà khoa học đau đầu. Gần đây, họ đã tìm ra câu trả lời.
Theo các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Khoa học ứng dụng, Đại học William và Mary (Mỹ), tơ nhện có một cấu trúc độc lạ. Được quan sát bằng kính hiển vi lực nguyên tử, họ phát hiện ra rằng mỗi sợi tơ nhện mỏng hơn cả sợi tóc người, được tạo thành từ hàng nghìn sợi nano khác nhau. Sợi tơ nhện này có đường kính chỉ bằng 20 nm và dài khoảng 1 μm.
Tơ nhện có cấu tạo rất bền, thậm chí bền hơn cả những dây thép.
Sợi nano này có thể kéo giãn hơn 50 lần kích thước ban đầu, điều này khiến tơ nhện trở nên rất dai và chắc chắn. Tơ nhện có sức mạnh và độ bền lớn hơn 1 thanh thép cùng kích thước tới 5 lần.
Kết quả này bổ sung thêm vào nghiên cứu năm 2017 của nhóm, chứng minh cách thức nhện nâu ẩn dật củng cố sức mạnh sợi tơ bằng kỹ thuật tạo vòng lặp đặc biệt. Nhện nâu ẩn dật dệt khoảng 20 sợi nano trên mỗi mm tơ nó đẩy ra để tăng cường độ chắc chắn của sợi tơ, giúp nó không bị đứt.
Tơ nhện có thể kéo giãn gấp 50 lần kích thước ban đầu.
Một điểm đáng chú ý là nhiều chuyên gia cơ học phân tử đã kiểm tra mạng của những loài nhện khác nhau và nhận thấy rằng mỗi sợi tơ có thể bị “hy sinh” để duy trì cấu trúc tổng thể. Khi một sợi tơ bị kéo, cấu trúc phân tử của nó trải rộng ra và sợi tơ trải qua các giai đoạn giãn, hấp thụ lực tác động lớn nhất và cứng. Trước khi sợi tơ đứt, các protein gắn với nhau bằng liên kết hydro dính, tạo nên độ bền của mạng nhện.
Sợi tơ nhện chỉ đứt khi nó muốn duy trì tổng thể cấu trúc.
Tìm hiểu về cấu trúc và tính chất đặc biệt của tơ nhện sẽ giúp hiểu rõ hơn về độ bền kỳ diệu của chúng, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng lớn trong công nghệ và khoa học vật liệu.
