Sutra laba-laba yang sederhana memiliki beberapa sifat yang cukup mengesankan. Ini adalah salah satu bahan terkuat yang ditemukan di alam, lebih kuat dari baja dan lebih keras dari Kevlar. Itu bisa diregangkan beberapa kali panjangnya sebelum pecah. Untuk alasan ini, mereplikasi sutra laba-laba di laboratorium telah menjadi semacam obsesi di antara para ilmuwan material selama beberapa dekade.
Konten terkait
- Gigi Siput Mengalahkan Sutra Laba-laba Sebagai Bahan Terkuat Alam
- Bisakah Spider Silk Menghentikan Kereta yang Bergerak?
Sekarang, para peneliti di Universitas Cambridge telah menciptakan bahan baru yang meniru kekuatan, daya regang, dan kemampuan menyerap energi laba-laba. Bahan ini menawarkan kemungkinan untuk meningkatkan produk dari helm sepeda ke parasut ke jaket antipeluru ke sayap pesawat. Mungkin properti yang paling mengesankan? Ini 98 persen air.
"Laba-laba adalah model yang menarik karena mereka dapat menghasilkan serat sutera yang luar biasa ini pada suhu kamar menggunakan air sebagai pelarut, " kata Darshil Shah, seorang insinyur di Pusat Inovasi Bahan Alam Cambridge. "Proses ini laba-laba telah berkembang selama ratusan juta tahun, tetapi kami belum dapat menyalinnya sejauh ini."
Serat buatan laboratorium dibuat dari bahan yang disebut hidrogel, yang merupakan 98 persen air dan 2 persen silika dan selulosa, dua yang terakhir disatukan oleh cucurbituril, molekul yang berfungsi sebagai "borgol." Silika dan serat selulosa dapat ditarik dari hidrogel. Setelah sekitar 30 detik, air menguap, hanya menyisakan benang yang kuat dan elastis.
Seratnya sangat kuat - meskipun tidak sekuat sutera laba-laba terkuat - dan, secara signifikan, mereka dapat dibuat pada suhu kamar tanpa pelarut kimia. Ini berarti bahwa jika mereka dapat diproduksi pada skala, mereka memiliki keunggulan dibandingkan serat sintetis lainnya seperti nilon, yang membutuhkan suhu yang sangat tinggi untuk pemintalan, membuat produksi tekstil menjadi salah satu industri paling kotor di dunia. Sutra laba-laba buatan juga sepenuhnya dapat terurai secara hayati. Dan karena terbuat dari bahan yang umum dan mudah diakses - terutama air, silika, dan selulosa - bahan ini berpotensi terjangkau.
Karena bahannya dapat menyerap begitu banyak energi, bahan itu berpotensi digunakan sebagai kain pelindung.
"Laba-laba membutuhkan kapasitas penyerapan itu karena ketika seekor burung atau seekor lalat menyentuh jaring mereka, ia harus mampu menyerapnya, jika tidak ia akan hancur, " kata Shah. "Jadi hal-hal seperti tahan pecahan peluru atau pakaian militer pelindung lainnya, itu akan menjadi aplikasi yang menarik."
Aplikasi potensial lainnya termasuk kain layar, kain parasut, bahan balon udara panas, dan helm sepeda atau skateboard. Bahan ini biokompatibel, yang berarti dapat digunakan di dalam tubuh manusia untuk hal-hal seperti jahitan.
Serat juga bisa dimodifikasi dengan sejumlah cara menarik, kata Shah. Mengganti selulosa dengan berbagai polimer dapat mengubah sutra menjadi bahan yang sama sekali berbeda. Metode dasar dapat direplikasi untuk menghasilkan versi banyak kain yang rendah panas, tanpa bahan kimia-pelarut.
"Ini adalah metode umum untuk membuat semua serat, untuk membuat segala bentuk serat hijau [buatan], " kata Shah.
Shah dan timnya jauh dari satu-satunya ilmuwan yang bekerja untuk menciptakan sutra laba-laba buatan. Tidak seperti ulat sutera, yang bisa diternak untuk sutranya, laba-laba adalah kanibal yang tidak akan mentolerir jarak dekat yang diperlukan untuk bertani, jadi beralih ke lab adalah satu-satunya cara untuk mendapatkan jumlah materi yang signifikan. Setiap beberapa tahun membawa berita utama tentang terobosan baru dalam proses. Sebuah tim Jerman telah memodifikasi bakteri E-coli untuk menghasilkan molekul sutra laba-laba. Para ilmuwan di Utah State University membiakkan "laba-laba kambing" yang dimodifikasi secara genetik untuk menghasilkan protein sutera dalam susu mereka. Tentara AS sedang menguji "sutra naga" yang diproduksi melalui ulat sutra yang dimodifikasi untuk digunakan dalam rompi anti peluru. Awal tahun ini, para peneliti di Karolinska Institute di Swedia menerbitkan sebuah makalah tentang metode baru untuk menggunakan bakteri untuk menghasilkan protein sutera laba-laba dengan cara yang berpotensi berkelanjutan dan dapat diskalakan. Dan pada musim semi ini, startup Bolt Threads yang berbasis di California memulai debutnya dasi sutra laba-laba rekayasa hayati di festival SXSW. Produk mereka dibuat melalui proses fermentasi ragi yang menghasilkan protein sutera, yang kemudian melalui proses ekstrusi menjadi serat. Cukup menjanjikan untuk menghasilkan kemitraan dengan produsen luar ruangan Patagonia.
Tetapi, seperti yang ditunjukkan oleh cerita Wired tahun 2015, "sejauh ini, setiap kelompok yang berupaya menghasilkan cukup banyak barang untuk membawanya ke pasar massal, dari peneliti hingga perusahaan raksasa, telah cukup banyak gagal."
Ini adalah tantangan yang Shah dan timnya hadapi saat ini.
"Saat ini kami membuat sekitar beberapa miligram bahan-bahan ini dan kemudian menarik serat dari mereka, " katanya. "Tapi kami ingin mencoba dan melakukan ini pada skala yang jauh lebih besar."
Untuk melakukannya, tim sedang mengerjakan perangkat robot untuk menarik dan memutar serat lebih cepat dan dalam skala yang lebih besar dari sebelumnya. Mereka telah beberapa keberhasilan, kata Shah, dan terus mengeksplorasi prosesnya.
"Kami masih dalam tahap awal penelitian, " katanya.
Temuan tim baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Proceedings of National Academy of Sciences .
