Khám phá mới về tơ nhện và tơ tằm

Khám phá mới về tơ nhện và tơ tằm
Viết bởi Hóa Học Ngày Nay
Thứ tư, 21 Tháng 12 2011 23:24 - Lần cập nhật cuối Chủ nhật, 16 Tháng 6 2013 14:03
(H2N2)-Trong quá khứ, dựa trên nhiều phương pháp đo đạc khác nhau, giới khoa học đã biết
đến tơ nhện như một loại vật liệu vô cùng đặc biệt, có những ưu điểm vượt trội so với các loại
tơ, sợi thông thường. Tuy nhiên, liệu tơ nhện có thật sự đặc biệt như thế?. Nhóm nghiên cứu
đến từ phòng thí nghiệm Động học tương tác và hoạt tính, Đại học Pierre et Marie Curie
(LADIR, Université de Pierre et Marie Curie/CNRS-Pháp) đã tiến hành khảo sát các tính chất cơ
học của tơ nhện từ cấp độ vi mô của sợi đến các liên kết hóa học hình thành. Họ nhận thấy
những tính chất của tơ nhện thật ra, rất giống với tính chất của một số loại sợi tơ tằm, vốn tương
đối dễ sản xuất và ứng dụng hơn so với tơ nhện. Nghiên cứu này đã được báo cáo trong ba bài
báo liên tiếp trên tạp chí Journal of Raman Spectroscopy.

Nổi tiếng với độ bền cơ học tuyệt hảo, tơ nhện từ lâu đã được xem là một vật liệu triển vọng cho
tương lai.Tuy nhiên, có 3 yếu tố khiến cho tơ nhện cho đến nay vẫn không được ứng dụng vào
thực tế: thứ nhất, tơ nhện thông thường quá ngắn, chỉ khoảng 20 – 30 cm, so với độ dài trung
bình 1000 m của tơ tằm; thứ hai, để có thể có được tơ nhện, cần phải có những quá trình tách
tơ đặc biệt, thường là thủ công; và cuối cùng, loài nhện sản xuất loại tơ có chất lượng tốt nhất
vốn là giống nhện ăn thịt, rất khó nuôi và gần như không thể nuôi theo bầy.

1 / 3
Khám phá mới về tơ nhện và tơ tằm
Viết bởi Hóa Học Ngày Nay
Thứ tư, 21 Tháng 12 2011 23:24 - Lần cập nhật cuối Chủ nhật, 16 Tháng 6 2013 14:03

Hình 1: Mạng nhện của loài nhện Nephila Madagasca, còn được gọi là tơ vàng nhờ màu sắcvàng óng của nó

Vì vậy sản xuất một loại tơ khác, như tơ tằm hay tơ tổng hợp có được những tính chất cơ học ưuviệt của tơ nhện luôn là thách thức lớn đối với các nhà khoa học hiện nay. Gần đây, những kếtquả trong suốt 5 năm nghiên cứu trên cơ sở so sánh tơ nhện với tơ tằm dưới khía cạnh cơ họcvĩ mô và nano đã cho phép các nhà khoa học đến từ phòng thí nghiệm LADIR kết hợp với Cơsở nuôi tằm quốc gia Pháp INRA (Rhone), Trung tâm vật liệu học-Viện mỏ Paris (Evry) và Đạihọc Pretoria (Nam Phi), hiểu sâu hơn về khả năng biến đổi các tính chất cơ học của sợi tơ tằm,so sánh và liên hệ với các tính chất đặc biệt của tơ nhện.

Tơ của một số chủng loại tằm và nhện khác nhau đã lần lượt được nghiên cứu dưới kính hiển vihồng ngoại, kính hiển vi Raman, phân tích nhiệt vi sai, nhiễu xạ tia X, quang phổ hồng ngoại vàquang phổ Raman ghép với các quá trình phân tích kéo giãn đồng trục sợi tơ dưới nhiều điềukiện khác nhau như tốc độ của dòng điện và mức độ kéo dài. Kỹ thuật cuối này vốn được pháttriển cho việc nghiên cứu các loại tơ sợi tổng hợp với tính chất cơ lý rất tốt (được ưa chuộngtrong công nghệ quân sự, thành phần khung sườn trong xe hơi), tuy nhiên đây là lần đầu tiên,nhóm nghiên cứu LADIR sử dụng chúng trên những tơ sợi tự nhiên.

Hình 2: So sánh giữa tơ tằm hoang dã Gonometa postica Namibie (đường kính 20 μm) và tơnhện Nephila Madagasca (đường kính 8 μm): tơ nhện thể hiện sự ổn định về hình thái vượt trộiso với tơ tằm

Kết quả nghiên cứu cho thấy tơ của loài nhện Nephila Madagasca có đường kính tương đối nhỏ(5 – 8 μm), chỉ bằng một nửa so với tơ tằm. Tơ nhện sở hữu một độ ổn định về hình dạng vượttrội hơn mọi loại tơ tằm. Các đại phân tử cấu tạo nên tơ nhện được sắp xếp thẳng hàng dọctheo sợi tơ với các liên kết hydro rất mạnh. Tuy nhiên những tính chất cơ học của chúng, nhưđộ bền kéo giãn lại không có gì khác biệt so với những sợi tơ tốt nhất của loại tằm Bombyxmori, một loại tằm nuôi hoặc loại tằm Gonometa postica Namibie, tằm hoang dã. Phát hiện nàyđã phản biện lại những ý kiến trước nay cho rằng tơ nhện có những đặc điểm cơ học ưu việthơn so với các loại tơ tằm.

2 / 3
Khám phá mới về tơ nhện và tơ tằm
Viết bởi Hóa Học Ngày Nay
Thứ tư, 21 Tháng 12 2011 23:24 - Lần cập nhật cuối Chủ nhật, 16 Tháng 6 2013 14:03

Hình 3: Quá trình khảo sát tính chất cơ học của sợi tơ bằng quang phổ Raman kết hợp với hệthống kéo giãn đồng trục (fibre: sợi, mors fixe: kiềm cố định, mors mobile: kiềm di động,spectromètre Raman: quang phổ Raman)

Từ đó, nhóm nghiên cứu cũng tìm ra được lý do vì sao khi đưa vào sử dụng, tơ tằm lại không cóđược những tính chất cơ học tốt như tơ nhện. Hai nhược điểm lớn nhất của tơ tằm khiến chongày nay, nó dần bị thay thế bởi sợi tổng hợp: sự không ổn định về hình dạng và tính chất (mộtđặc tính có thể tìm thấy ở hầu hết các sản phẩm tự nhiên) và sự tồn tại của một lớp vỏ bọcprotein, tên gọi sericine, một dạng sáp có nhiệm vụ bao phủ những sợi tơ để tạo nên cái kéncho tằm. Lớp vỏ bọc này, trong quy trình chế biến tơ tằm, sẽ bị loại bỏ nhằm giúp cho các phẩmnhuộm, dùng để tạo màu cho sợi tơ, dễ cố định trên bề mặt tơ. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứucủa phòng thí nghiệm LADIR lại nhận thấy, chính lớp vỏ bọc sericine này là yếu tố chính tạocho tơ tằm những tính chất cơ học như tơ nhện.Như vậy, trong quá trình chế biến, con ngườiđã vô tình làm suy giảm khả năng cơ học của tơ tằm.

Nghiên cứu này không chỉ đem lại những hiểu biết mới về các loại tơ sợi thiên nhiên, mà cònhứa hẹn mở ra những khám phá mới về y học, chằng hạn như các tính chất của dây chằng,cũng như cơ chế sinh học của một số các mô sống trong cơ thể người.

Lê Tiến Khoa

Hoahocngaynay.com

Tài liệu tham khảo:

[1] Ph. Colomban, H.M. Dinh, A. Bunsell, B. Mauchamp, Origin of the variability of themechanical properties of silk fibres: I, The relationship between disorder, hydration andstress/strain behaviour, J. Raman Spectroscopy 2011.

[2] Ph. Colomban, H.M. Dinh, Origin of the variability of the mechanical properties of silk fibres:II, the nanomechanics of single silkworm and spider fibres, J. Raman Spectroscopy 2011.

[3] Ph. Colomban, A. Tournie, H.M. Dinh, V. Jauzein, Origin of the variability of the mechanicalproperties of silk fibres: III, order and macromolecule orientation in Bombyx mori bave,hand-stretched strings and Nephila madagascarensis spider fibres, J. Raman Spectroscopy2011.

CNRS :
/>
3 / 3