Tơ nhện

Huy Lâm

Từ nhiều ngàn năm trước, dân tộc Trung Hoa đã phát minh ra được kỹ thuật kéo sợi từ tơ tằm để dệt nên những tấm vải lụa mềm mại và mượt mà. Kỹ thuật này sau đó được truyền qua Nhật Bản, sang đến Trung Đông và cuối cùng lan tới Âu châu. Tuy nhiên, có một thứ tơ lụa khác con người cũng muốn dệt thành vải – một thứ vật liệu thiên nhiên có tính đàn hồi và bền bỉ nhất – nhưng đã gặp từ hết thất bại này đến thất bại khác sau nhiều thế kỷ thử nghiệm: tơ nhện. Nay nhờ có những kỹ thuật mới được áp dụng, ước mơ này dường như sắp trở thành sự thật.

Năm 1709, một vị quan trong triều đình Pháp có tên là François Xavier Bon de Saint Hilaire đã dâng lên cho vua Louis XIV một cặp vớ bằng lụa làm bằng tơ nhện có màu óng ánh bạc, được dệt một cách công phu bằng những sợi tơ mỏng manh kéo ra từ hàng trăm chiếc túi trứng nhện. Bon nói rằng để dệt được một tấm lụa nhện không khó, cái khó là làm sao kiếm cho đủ những cái túi trứng để kéo sợi. Cứ thử tưởng tượng một đôi vớ phải mất tới mấy trăm túi trứng thì một cái áo sẽ phải mất bao nhiêu túi trứng mới đủ. Hơn ba thế kỷ sau, người ta đã vượt qua được cái nỗi khó khăn đó của Bon, và lần đầu tiên, những ai có dư chút tiền và muốn thử vật lạ thì có thể mua được một vài món trang phục may bằng lụa nhện, chẳng hạn như chiếc cà vạt, nhuộm màu xanh và được sản xuất rất giới hạn chỉ có 50 cái bởi Bolt Threads, một công ty chuyên về kỹ thuật sinh học ở vùng vịnh San Francisco.

Nhện là một trong những giống vật xuất hiện đầu tiên trên thế giới và đã biết nhả tơ để đan thành những mạng nhện như chúng ta thấy ngày nay. Theo Paul Hillyard, nhà nghiên cứu về nhện, một số nhà khảo cổ đã tìm được phần thân phía sau của một con nhện hoá thạch nằm dưới lớp đá phiến ở tiểu bang New York có độ tuổi 380 triệu năm. Phần thân nhện này có hai mươi chiếc vòi, và qua những chiếc vòi này, con nhện tiền sử nhả ra những đoạn tơ thật mỏng trước khi đan lại thành một sợi duy nhất. Kể từ thời đó đến nay, loài nhện đã tiến hoá nhiều với những tuyến nhả tơ khác nhau và các chức năng khác nhau.

Mặc dù không biết cách kéo tơ nhện để dệt lụa nhưng con người từ thời xa xưa cũng đã biết lợi dụng tơ nhện cho một vài công dụng. Như người Hy Lạp cổ biết dùng những túi trứng nhện để băng bó vết thương, và nghe nói ngư dân New Guinea biết lấy một loại mạng nhện để đan lưới cá. Nhưng nói về trang phục thì từ trước tới nay chỉ có tơ tằm là được dùng để dệt lụa. Còn lụa làm bằng tơ nhện thì chỉ có đôi vớ duy nhất của Bon, lý do là vì nhện không thể nuôi theo kiểu công nghệ để có thể lấy tơ như tằm được. Bon đã thử nuôi trong nhà nhưng rồi luôn đưa tới một kết quả: chúng đánh nhau và sau đó ăn thịt lẫn nhau. Đây là điều đáng tiếc vì tơ nhện là một trong những vật liệu kỳ diệu của thiên nhiên. Nổi tiếng bền, có thể chắc hơn thép và khó rách còn hơn chất xơ Kevlar (dùng để làm áo chống đạn). Mặc dù để phá một mạng nhện tương đối rất dễ là vì tơ nhện rất mỏng – mỗi sợi tơ chỉ có đường kính là ba phần ngàn của một millimetre. Nhưng nếu cho sợi tơ đó dày lên thành một millimetre, thì một mạng nhện có đủ sức để bắt một chiếc trực thăng dễ dàng như bắt một con ruồi vậy. Mà tơ nhện lại vừa nhẹ vừa có sức đàn hồi rất tốt; một số loại có thể kéo dãn ra gấp năm lần chiều dài của nó mới bị đứt, và một sợi tơ nhện nếu đủ dài để nối thành một vòng tròn trái đất cũng chỉ cân nặng dưới nửa ký. Loài nhện còn là những nhà hoá học đại tài, vì tơ nhện không thấm nước và có tính kháng nấm.

Vì biết tơ nhện là loại vật liệu có nhiều đặc tính độc đáo nên đã có một vài nhà kinh doanh từng đi theo bước chân của Bon để thử thời vận nhưng đều gặp thất bại. Điển hình có bác sĩ Burt Green Wilder thời nội chiến Hoa Kỳ đã từng chế ra một máy kéo tơ nhện bé xíu bằng gỗ với một bên giữ đầu và chân con vật và một bên giữ chiếc bụng, và một cần quay bằng tay để kéo sợi. Tuy nhiên sau đó Wilder đã phải bỏ cuộc và kết luận rằng cách này không thực dụng vì để may một chiếc áo lụa bằng tơ nhện thì phải cần một số tơ từ năm ngàn con nhện mới đủ. Hơn một thế kỷ sau, khoa học vẫn không tiến bộ mấy trong ngành công nghệ tơ nhện. Năm 1982, một nhóm nhà nghiên cứu của Đại học North Carolina State đã cho xuất bản một tập sách nghiên cứu mô tả về “chiếc máy và kỹ thuật rút tơ nhện” – nhưng trên căn bản lý thuyết thì đây chỉ là một phiên bản mới hơn của chiếc máy kéo tơ nhện của Wilder, nghĩa là chiếc máy mới này có khả năng kéo tơ khoảng một chục con nhện một lúc.

Và rồi cuộc cách mạng khoa di truyền của thập niên 1990 đã đến, và với nó là khả năng của một số loài động vật có mang trong người một loại DNA thích hợp để làm ra tơ nhện. Nay thì người ta không cần đến những nông trại nuôi nhện nữa, mà chỉ cần những thứ như vi khuẩn E. coli, chất men, cây thuốc lá và thậm chí là loài dê – sau khi được biến hoá di truyền – là có thể làm được tơ nhện.
Theo lời kể của Dan Widmaier, giám đốc điều hành và cũng là đồng sáng nghiệp công ty Bolt Threds, vấn đề là ở chỗ mặc dù không còn cần đến nhện sống nữa nhưng tiến trình để làm tơ nhện vẫn còn là một thử thách lớn: bắt đầu là công đoạn lên men, rồi thành chất đạm, kế đến là tinh chế thành bột, rồi trộn chung với một chất dung môi để thành chất giống như cao su lỏng, và sau đó là kéo sợi. Công đoạn nào cũng khó khăn và dễ bị hư hỏng. Công ty đã phải thử đi thử lại nhiều lần để tìm cho được loại tơ tốt nhất, và kể từ khi được thành lập năm 2009, công ty đã thử tổng cộng khoảng 4,000 công thức mới có được thứ tơ nhện hiện nay.

Bolt Threds không hẳn là công ty duy nhất đang theo đuổi nghiên cứu và sản xuất tơ nhện nhân tạo. Năm ngoái, một công ty Nhật Bản có tên Spiber cũng đã làm ra một chiếc áo khoác cho công ty thời trang The North Face, và công ty giày thể thao Adidas đã hợp tác với AMSilk, một công ty vật liệu sinh học của Đức, để làm ra một đôi giày thể thao bằng tơ nhện. Tuy nhiên, công ty Bolt Threds hiện đang dẫn đầu cuộc đua trong việc sản xuất ra sản phẩm thương mại bằng vật liệu tơ nhện, mặc dù con số vẫn còn nhỏ và công ty phải chọn khách mua bằng cách rút thăm. Ngay lúc này đây, chiếc cà vạt bằng lụa tơ nhện của công ty không chắc như thép, không chắn được đạn, và không thể kéo giãn ra gấp năm lần như tơ nhện thật – và còn được công ty khuyên nên nhẹ nhàng khi sử dụng – nhưng, ở tại phòng thí nghiệm, công ty đang làm việc với một công ty thời trang thể thao khác là Patagonia trên một số sản phẩm nhiều tham vọng. Công ty cũng đang có gắng tránh bớt gây thiệt hại cho môi trường. Trước đây, ngành dệt vải gây ô nhiễm nước nặng nhất so với bất cứ ngành sản xuất nào khác, là vì dùng thuốc nhuộm, do đó công ty Bolt Threds đang nghiên cứu để tìm một loại men có thể vừa làm ra được tơ nhện lại vừa tự làm ra màu thì tránh khỏi phải qua công đoạn nhuộm.

Thị trường lụa truyền thống tiêu thụ khoảng từ $3 đến $5 tỷ mỗi năm, nghĩa là đủ lớn để cho nhiều công ty tham gia. Tuy nhiên, giá thành của tơ nhện hiện nay vẫn còn khá mắc, khoảng $37,000 một ký, và như vậy sẽ gặp khó khăn trong việc cạnh tranh với những loại lụa truyền thống. Nhưng trong tương lai, khi kỹ thuật được cải tiến thì chắc chắn giá thành sẽ thấp hơn và khách hàng của lụa tơ nhện sẽ không còn chỉ là những khác hàng giàu có nhiều tiền mà còn bao gồm loại khách hàng bình dân hơn, và đây mới là con số đông. Có người tiên đoán trong tương lai gần, một ký tơ nhện nhân tạo giá chỉ vào khoảng $150.

Tuy nhiên, việc sản xuất tơ nhện không chỉ dừng lại ở các loại trang phục bình thường mà sẽ còn tiến xa hơn trong những lãnh vực khác như dụng cụ cho quân đội. Do tơ nhện có độ bền và chắc, trong tương lai, nó có thể dùng để làm áo giáp bảo vệ cho binh lính ở ngoài các mặt trận để chống đạn và tránh những nguy hiểm khác.

Ngoài ra tơ nhện còn có những ứng dụng tiềm năng khác như để làm vải buồm, vải dù, vật liệu làm khinh khí cầu, và mũ an toàn cho xe đạp và ván trượt. Tơ nhện còn là loại vật liệu tương hợp sinh học, không làm hại đến cơ thể người nên có thể dùng làm chỉ khâu cho các ca phẫu thuật.

Nói chung, tơ nhện là loại vật liệu mang nhiều tính năng mà việc sản xuất lại không gây hại cho môi trường. Ở vào thời buổi càng ngày người ta càng coi trọng việc bảo vệ môi trường thì một vật liệu như tơ nhện nhân tạo sẽ còn được chú ý và sử dụng nhiều hơn nữa.
Huy Lâm

Tin tức khác...