Tính chất kỳ lạ của tơ nhện được chế biến tinh xảo đã tạo ra một siêu chất được ứng dụng trong đời sống và công nghệ.
Sợi tơ do nhện tạo ra đã ban tặng cho chúng ta một hợp chất với những tính năng vượt bực so với tất cả những chất liệu do con người chế tạo ra. Hợp chất này cứng như thép, dẻo như nylon, siêu nhẹ (sợi siêu tơ này với chiều dài bao quanh trái đất mà chỉ nặng có 500g); ngoài ra, nó còn có tính chất tự hủy sinh học cũng như tương thích sinh học cao (không gây đáp ứng miễn dịch trong cơ thể con người). Từ thời cổ đại, người Hy Lạp và người La Mã đã biết dùng sợi tơ nhện để làm chỉ khâu. Dân bản xứ đã dùng sợi tơ nhện để làm lưới đánh cá. Ngày nay, trong những lĩnh vực thuộc về công nghệ, người ta đã nhắm sợi siêu tơ nhện này vào mục tiêu thể thao, mỹ phẩm, ô tô…
Để chế tạo siêu tơ nhện, phải biến đổi gien
Bằng cách nào để có thể sản xuất siêu tơ nhện với số lượng lớn? Đó là trở ngại lớn nhất đối với các nhà khoa học. Thật vậy, không thể nào nuôi nhện như là nuôi tằm được.
Để tạo ra chất sinh học này, các nhà khoa học phải chuyển hướng về công nghệ gien: họ đã cấy ghép những gien tạo ra loại protein, gọi là fibroin, của nhện vào trong cơ thể khác bao gồm thảo mộc và động vật. Vào cuối năm 1990, nhà sinh vật học Randy Lewis, giáo sư thuộc Đại học Utah của Hoa Kỳ, đã ghép gien nhện vào những con dê cái, sẽ tạo ra protein trong sữa và ghép vào trong cây cỏ linh lăng, tiết protein ra trong lá. Sau 20 năm nghiên cứu, ông đã tìm ra 2 phương pháp để có thể sản xuất quy mô lớn.
Phương pháp trước tiên dùng những con vi khuẩn đã biến đổi gien để tạo ra protein này. Phương pháp này được công ty Spiber của Nhật Bản áp dụng để nuôi cấy vi khuẩn và hy vọng sẽ tạo ra được 100 kg bột fibroin mỗi tháng để chế tạo ra phim, gel hoặc sợi.
Công ty Hoa Kỳ Kraig Biocraft lại chọn phương pháp thứ hai: họ nuôi tằm đã biến đổi gien để tạo ra sợi tơ chứa khoảng 10% protein của tơ nhện. Để tăng gấp đôi sản phẩm, dự án nuôi trồng 2000 cây dâu tằm ở Hoa Kỳ và ở Việt Nam để nuôi dưỡng gần 1 triệu con tằm có khả năng cung cấp mỗi quý khoảng 250kg sợi chứa protein tơ nhện.
Bất chấp những nỗ lực của các nhà khoa học, những kỹ thuật mới này cũng không thể nào tạo ra được một nguyên liệu sánh bằng với sợi tơ thiên nhiên đã được trau chuốt trong hơn 380 triệu năm tiến triển. Tuy nhiên, kỳ công của sợi tổng hợp đã mở ra một chân trời rộng lớn trong môi trường ứng dụng.
Ghế ngồi ô tô siêu tiện nghi
Có thể nói rằng đây là một phép biến hóa của Người Nhện. Chỗ ngồi do các kỹ sư thuộc công ty Lexus tưởng tượng ra tái tạo một mô hình của một mạng nhện thực sự. 24 sợi dây cáp bằng tơ nhện tổng hợp đi vào bên trong của lưng ghế, được củng cố bằng cao su. Mẫu thiết kế này rất hợp lý, vừa khít với thân hình và có khả năng làm giảm các rung chuyển trong khi lái xe khiến cho việc lái xe trở nên dễ chịu hơn.
– Các bộ phận của ô tô nhẹ hơn, ít hao xăng hơn
Các sợi tơ tổng hợp được dùng để tạo ra cấu trúc của mạng nhện do công ty Spiber chế tạo. Công ty Nhật Bản này cũng làm việc chung với nhà cung cấp Toyota. Mục tiêu của tổ hợp này là chế tạo một vật liệu tổng hợp bao gồm cả sợi tơ nhện để tạo ra những bộ phận ô tô nhẹ hơn để giảm lượng tiêu thụ xăng.
Loại nguyên liệu tổng hợp này cũng thích hợp với công nghiệp hàng không để làm nhẹ các khoang chở hành khách.
Thuốc xóa vết nhăn
Kể từ năm 2013, protein của sợi tơ nhện được công ty Đức AMSilk đưa vào trong các mỹ phẩm đưa ra bán ở thị trường châu Âu, châu Á và Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất tương tự như kem A’some của Hàn Quốc hay huyết thanh Spider Silk của hãng bào chế Thụy Sĩ Locherber. Các protein này hiện diện dưới dạng vi thể có tác dụng làm mềm da và khuếch tán ánh sáng, tạo ra hiệu ứng xóa vết nhăn của da. Nếu dùng dầu gội đầu có chứa protein của tơ nhện thì sẽ hòa nhập với keratin làm cho tóc mượt mà hơn.
Chất hỗ trợ cho y khoa phục hồi chức năng
Liệu pháp này bao gồm sửa chữa và thay thế các mô tế bào bị thương tổn (da, sụn, dây thần kinh…) từ tế bào của bệnh nhân, mở ra một chân trời mới từ sợi tơ nhện. Do đặc tính tương thích sinh học, liệu pháp này có thể giúp cho hướng tăng trưởng của tế bào: một cấu trúc mà trên đó các tế bào có thể nhân bản để hình thành một mô tế bào chức năng mới. Sự tăng trưởng tế bào này có thể thực hiện trong phòng thí nghiệm hay trực tiếp trên người sống. Độ đàn hồi và dẻo dai của tơ nhện khiến cho nó đặc biệt thích hợp với sự tái tạo gân và dây chằng. Thử nghiệm cấy ghép một sợi dây gân đầu tiên trên chuột đã cho kết quả khả quan: một sợi có cơ bản là tơ nhện được cấy ghép vào thân động vật. Tức thì nó tập trung các tế bào rồi tự thoái hóa sinh học dần dần cho đến khi biến mất thì lúc đó mô tế bào được tái tạo. Chất hỗ trợ này dựa trên chất protein của tơ nhện có khả năng cải thiện độ dính của các tế bào để tránh sự tạo thành sẹo, đồng thời kích thích hệ miễn dịch, làm giảm nguy cơ nhiễm trùng.
Các vật cấy ghép (implant) tương thích sinh học
Tại Pháp, giữa những năm 2010 và 2012, có 1.769 trường hợp tai biến xảy ra liên quan đến cấy ghép túi silicone trong nâng sửa ngực, trong đó 3% liên quan đến nhiễm trùng và 13% do hình thành các mô sợi bao quanh các mảnh cấy ghép. Các tai biến này gây ra đau đớn khiến cho bệnh nhân phải lên bàn mỗ lần nữa.
+ Bọc Implant được thương mại hóa vào năm 2017
Bọc Implant do công ty AMSilk của Đức chế tạo có thể tránh được sự xuất hiện của phản ứng phụ. Màng bọc (phim) trong suốt bao phủ toàn bộ implant bao gồm một lớp mỏng bằng sợi tổng hợp. Màng này có xuất xứ từ một loại nhện vườn châu Âu. Công ty Đức thực sự tiến hành các thử nghiệm lâm sàng sau cùng. Chất liệu mà các nhà nghiên cứu đã phát triển hoàn toàn tương thích sinh học. Chất này có khả năng ức chế phản ứng thải trừ, làm giảm phản ứng viêm của mô tế bào và sự tạo thành nang.
Bằng cách tự tiêu hủy dần dần, nó dành thời gian cho tế bào làm quen với implant. Loại bọc này được thương mại hóa vào năm 2017 và có thể bao phủ các loại implant khác,thí dụ như tấm lưới để giữ thoát vị cũng như các stent.
Sợi quang học và đầu thu tín hiệu
Để quay phim hay chụp hình bên trong cơ thể, người ta thường sử dụng máy nội soi với một sợi cáp quang có đường kính khoảng 1-12mm. Được bao bọc và trang bị một máy quay, sợi tơ nhện có khả năng thực hiện việc khám nghiệm y khoa ít xâm lấn nhất vì đường kính của nó nhỏ hơn sợi tóc đên 25 lần, tức là chỉ khoảng 5 micron. Đây là điều khả thi bởi vì sợi tơ của loài nhện tơ vàng có tính chất dẫn truyền ánh sáng rất tốt. Đó là khẳng định của nhà nữ vật lý học Nolwenn Huby tuộc Viện Vật lý Rennes. Sợi tơ hình trụ hoàn hảo, vừa dẻo dai, vừa chắc cứng, trong suốt, nhẵn bóng và tương thích sinh học. Tính nhạy cảm đặc biệt của sợi tơ tự nhiên có thể được dùng như là một đầu thu tuyệt vời có khả năng phát hiện những dấu vết của những phân tử rất nhỏ. Khi tiếp xúc, những vòng xoắn ốc của sợi tơ cuộn lại hoặc duỗi ra sẽ làm thay đổi tần số của ánh sáng đi xuyên qua nó. Sợi tơ đã được xử lý để phản ứng với một phân tử đặc thù. Như vậy, nó có khả năng nhận biết một phân tử giữa một triệu phân tử khác. GS Luc Thevenaz, thuộc Đại học Công nghiệp Lausanne, nhấn mạnh như vậy. Kỹ thuật này được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
