Trong 4 loại sợi sau đây sợi nào bền nhất nếu cùng tiết diện và độ dài?

Theo tiết lộ mới được công bố bởi các nhà nghiên cứu tại Học viện công nghệ Massachusetts thì sức bền của vật liệu sinh học như tơ nhện nằm ở đặc trưng cấu trúc hình học của các protein, gồm nhiều mối liên kết yếu giữa các các nguyên tử hydrogen (hyđrô) cùng phối hợp với nhau để chịu đựng những tác động như sức căng và sức nặng, chứa đựng sức bền tiềm tàng.

Cấu trúc này làm cho vật chất tự nhiên tuy nhẹ nhưng vững chắc như thép ngay cả khi liên kết hydrogen giữa các sợi tơ với nhau là rất yếu, yếu hơn từ 100 đến 1000 lần so với liên kết trong tinh thể kim loại hoặc ngang bằng với liên kết cộng hóa trị trong sợi nhân tạo Kevlar 3

Dựa trên lý thuyết dựng mô hình mô phỏng các đại phân tử được thực hiện nhờ máy điện toán siêu mạnh, nhóm nghiên cứu đã đưa ra những hiểu biết mới và chính xác về cách cấu trúc protein làm tăng sức bền của vật liệu, giúp các kỹ sư sáng tạo ra những vật liệu mới bắt chước được những sợi tơ nhện mỏng manh nhưng rất bền chắc. Điều này cũng ảnh hưởng đến nghiên cứu trên các sợi mô ở tế bào và cấu trúc sợi amyloid 4trong mô não.

“Chúng tôi hy vọng từ những thấu hiểu về cơ chế của vật liệu ở mức phân tử, sẽ có thể giúp chúng tôi sáng tạo ra một nguyên lý hướng dẫn tổng hợp ra những vật liệu mới”, giáo sư Markus Buehler, người dẫn dắt nhóm nghiên cứu cho biết. Trong bài báo xuất bản ngày 13 tháng 2 trên tờ Nano Letters trực tuyến, Buehler và nghiên cứu sinh Sinan Keten đã miêu tả về cách họ dùng mô hình phân tử để giải thích cho 3 hoặc 4 cụm liên kết hydrogen kết nối với các cụm sợi beta ngắn và chồng chất nhau trong một đoạn cấu trúc protein khi đặt dưới một lực ép cơ học 5. Kiểu cấu trúc này cho phép protein chịu được những lực lớn hơn khi sợi beta chỉ có 1 hoặc 2 liên kết. Điều kỳ quặc là những bó nhỏ lại chịu đựng được sức nặng lâu hơn những sợi beta với rất nhiều liên kết hydrogen.