Bất ngờ với tơ ong: Mỏng, bền, kháng khuẩn và phân hủy sinh học

Ong thợ hồ xanh (Osmia lignaria) - Ảnh: INATURALIST

Trong nhiều năm, tơ nhện được xem là "ứng viên vàng" nhờ độ bền vượt trội. Tuy nhiên, việc sản xuất tơ nhện nhân tạo ở quy mô lớn vẫn gặp nhiều khó khăn.

Một hướng đi mới đang thu hút sự chú ý là tơ của ong - loại vật liệu tự nhiên mà ít người biết đến, theo trang ScienceAlert ngày 12-7.

Theo tiến sĩ sinh học phân tử Oran Wasserman, hiện công tác tại Đại học Bang Utah (Mỹ), khả năng tạo tơ trong tự nhiên phổ biến hơn nhiều so với suy nghĩ của con người.

Nhóm nghiên cứu của ông Wasserman trở thành những người đầu tiên tạo ra thành công một màng vật liệu từ protein tơ của ong thợ hồ xanh (Osmia lignaria), đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc khai thác loại vật liệu đầy tiềm năng này.

Các giai đoạn khác nhau của ấu trùng ong thợ hồ xanh và kén của chúng - Ảnh: PLOS ONE

Khoảng 75% các loài ong trên thế giới là ong sống đơn độc. Ấu trùng của chúng tiết ra tơ để dệt kén bao bọc cơ thể trong suốt quá trình phát triển.

Không giống tằm tạo kén từ một sợi tơ liên tục, ấu trùng ong xây dựng chiếc kén như một công trình kiến trúc thu nhỏ: chúng liên tục cố định các sợi tơ vào thành tổ, kéo căng rồi chồng nhiều lớp lên nhau.

Kết quả là một lớp kén mỏng nhưng có khả năng cân bằng giữa trao đổi khí, giữ độ ẩm, chống vi khuẩn và đặc biệt là chống đâm xuyên rất hiệu quả.

Chính sự kết hợp giữa độ bền, tính linh hoạt, khả năng kháng khuẩn và độ thoáng khí khiến tơ ong trở thành ứng viên hấp dẫn cho các vật liệu y sinh thế hệ mới, chẳng hạn chỉ khâu phẫu thuật, giá đỡ nuôi cấy mô hoặc các loại vải kỹ thuật.

Thách thức lớn nhất là làm thế nào thu được tơ mà không làm tổn hại đến ấu trùng ong. Nhóm nghiên cứu phát triển một hệ thống nuôi ấu trùng bằng thiết bị in 3D mô phỏng tổ tự nhiên. 

Nhóm theo dõi ấu trùng hằng ngày và thu lấy những sợi tơ đầu tiên ngay khi quá trình dệt kén bắt đầu. Phương pháp này gần như không ảnh hưởng đến sự phát triển của ong bởi ấu trùng vẫn hoàn thành chiếc kén bình thường sau khi lấy mẫu.

Từ các sợi tơ thu được, nhóm nghiên cứu xác định gene tạo protein tơ, sau đó đưa gene này vào vi sinh vật biến đổi gene để sản xuất protein trong phòng thí nghiệm. Những protein này được tinh sạch và chế tạo thành các màng vật liệu trong suốt, tự đứng vững.

Hiện vật liệu mới vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu song kỹ thuật này mở ra cơ hội khảo sát nhiều loại tơ ong khác nhau.

Nghiên cứu đăng trên tạp chí PLOS ONE và SynBio.