จีนสร้างเส้นใยไหมสุดแกร่งกว่าเคฟลาร์ 6 เท่า

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้สังเคราะห์เส้นใยไหมแมงมุมที่สมบูรณ์เป็นครั้งแรกจากหนอนไหมที่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรม ซึ่งแข็งแรงกว่า "เส้นใยจากธรรมชาติและสังเคราะห์ส่วนใหญ่" เช่น เคฟลาร์

ไหมแมงมุมที่ผลิตจากหนอนไหมที่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรม ภาพโดย: มิ จุนเผิง — ไหมแมงมุมที่ผลิตจากหนอนไหมที่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรม ภาพโดย: *มิ จุนเผิง*

ในการศึกษาวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 20 กันยายนในวารสาร Matter นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Donghua ในเซี่ยงไฮ้กล่าวว่าไหมแมงมุมมีทั้งความแข็งแรงแรงดึงสูงและมีความเหนียวเป็นพิเศษ ไหมแมงมุมมีความยืดหยุ่นมากกว่าเคฟลาร์ถึง 6 เท่า และมีความแข็งแรงในการดึง (ความสามารถในการทนต่อแรงดึงเมื่อถูกยืด) ที่สูงกว่าไนลอน หมี่จุนเผิง หัวหน้าคณะผู้จัดทำผลการศึกษา กล่าวว่าเส้นใยชนิดใหม่นี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย เช่น เป็นไหมเย็บแผล เสื้อผ้ากันกระสุน วัสดุอัจฉริยะ และเทคโนโลยีการบินและอวกาศ

ทีมวิจัยได้ใช้เครื่องมือตัดต่อยีน CRISPR-Cas9 เพื่อดัดแปลงพันธุกรรมไข่หนอนไหมด้วยการเพิ่มยีนโปรตีนไหมของแมงมุม การปรับเปลี่ยนนี้ทำให้ดวงตาของหนอนไหมเรืองแสงภายใต้กล้องจุลทรรศน์เรืองแสง เพื่อให้แน่ใจว่าหนอนไหมที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมผลิตโปรตีนจากแมงมุม นักวิจัยจำเป็นต้องทำความเข้าใจโครงสร้างของไหมให้ดีขึ้นเสียก่อน โดยได้ใช้แบบจำลองโครงสร้างไหมซึ่งผ่านการทดสอบจนประสบความสำเร็จ

ตามที่ Mi กล่าว หนึ่งในความท้าทายใหญ่คือการคิดหาวิธีที่จะ "ระบุตำแหน่ง" ของโปรตีนแมงมุมเพื่อให้พวกมันสามารถโต้ตอบกับโปรตีนของหนอนไหมได้ การสร้างแบบจำลองช่วยให้พวกเขาเข้าใจได้ดีขึ้นว่าจำเป็นต้องปรับปรุงอะไรบ้างเพื่อให้บูรณาการได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ มิยังกล่าวอีกว่า การรวบรวมหนอนไหมที่แปลงพันธุ์สำเร็จก็ถือเป็นความท้าทายเช่นกัน เนื่องจากต้องใช้ไข่มากถึง 100 ฟองจึงจะได้หนอนไหมดัดแปลงพันธุกรรมเพียงไม่กี่ตัว หนอนไหมก็ต้องดูแลเป็นประจำเช่นกัน เพราะว่ามัน “กินหลายครั้งต่อวัน”

ไหมแมงมุมนั้นเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีความแข็งแรงและยืดหยุ่นมากกว่าใยสังเคราะห์ เช่น ไนลอนและเคฟลาร์ ซึ่งต้องใช้พลังงานสูงในระหว่างการผลิตและก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ไหมแมงมุมยังแข็งแรงและเปราะน้อยกว่าไหมธรรมชาติที่ผลิตโดยหนอนไหม แต่การผลิตไหมแมงมุมในปริมาณมากเป็นเรื่องยาก เนื่องจากแมงมุมเป็นสัตว์ที่กินเนื้อคนกันเองและไม่สามารถเลี้ยงไว้ด้วยกันเป็นจำนวนมากได้

ไหมแมงมุมเทียมไม่เหมาะอย่างยิ่ง เนื่องจากแม้แต่วิธีการผลิตที่ก้าวหน้าที่สุดก็ไม่สามารถเลียนแบบโครงสร้างธรรมชาติได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากนักวิจัยยังไม่เข้าใจกลไกการปั่นไหมเป็นอย่างดี ไหมมีชั้นเคลือบปกป้องตามธรรมชาติที่ไม่สามารถทำเลียนแบบได้ ต่อมในหนอนไหมและแมงมุมก็มีลักษณะคล้ายกัน ดังนั้นไหมที่ผลิตโดยวิธีการของทีมวิจัยจึงยังคงคุณสมบัติเชิงโครงสร้างและการป้องกันไว้ได้

ในอนาคต Mi และเพื่อนร่วมงานของเขาจะใช้กรดอะมิโนสังเคราะห์เพื่อปรับเปลี่ยนไหมและผลิตเวอร์ชันที่ทนทานมากขึ้น

อัน คัง (ตาม SCMP )

ผ้าไหมถูกประดิษฐ์ขึ้นมาได้อย่างไร? , ฮาร์ดไดร์ฟทำจากผ้าไหม

ลิงค์ที่มา