Spiber làm ra chiếc áo khoác thương mại đầu tiên với chất liệu được mô phỏng theo tơ nhện

Lớp bên ngoài của áo gió Moon Parka được làm từ tơ nhện tổng hợp biến đổi gen

Công ty sinh học khởi nghiệp Spiber và nhà phân phối Nhật Bản của The North Face, Goldwin đã tạo ra chiếc áo khoác làm từ tơ nhện tổng hợp và lên kế hoạch sản xuất hàng loạt ngay lần đầu tiên công bố sản phẩm.

Tổng cộng, 50 chiếc áo gió Moon Parkas đã được sản xuất từ tơ nhện mô phỏng – một vật liệu nhân tạo dựa trên DNA của tơ nhện – mà những khách hàng có hứng thú có thể mua thông qua hình thức “lottery” (hình thức người mua đăng ký trước và phải đợi may mắn mới được cơ hội sỡ hữu).

Các sản phẩm may mặc trước đây được làm bằng tơ nhện được tạo ra trong phòng thí nghiệm, bao gồm cả phiên bản 2015 của Moon Parka và váy tennis Biofoven Adidas x Stella McCartney, và 2 cái tên đề cập được tạo ra dưới dạng nguyên mẫu, và có nghĩa là chúng không được sản xuất ở quy mô và có sẵn để mua.

Mặt trong của áo Moon Parkas được đắp nổi hình ảnh Trái đất nhìn từ không gian

Các đặc tính tự nhiên vô song của tơ nhện được ứng dụng như là làm mạng nhện hay kén, và đó là lý do mà nhiều công ty vật liệu sinh học đã cố gắng nhân tạo trong nhiều năm qua.

“Tơ nhện là một loại sợi protein, và từ lâu đã được xem như là “chén thánh” đối với các nhà khoa học vật liệu vì khả năng độc đáo. Đó là việc kết hợp cả độ bền và khả năng mở rộng trong một sợi”, theo lời Daniel Meyer, người đứng đầu kế hoạch toàn cầu của Spiber cho biết.

“Người ta nói rằng một mạng nhện với đường kính một centimet có thể ngăn chặn một máy bay phản lực khổng lồ khi bay”, ông nói.

Đây là một triển vọng đặc biệt hấp dẫn đối với ngành công nghiệp áo khoác chất lượng, vốn thường dựa vào các vật liệu làm từ dầu mỏ như nylon để tạo ra quần áo đủ bền để chịu được các điều kiện khắc nghiệt.

Spiber sử dụng công nghệ độc quyền để đưa các protein tổng hợp
qua một vòi phun và quay chúng thành sợi

Tuy nhiên, do bản năng ăn thịt đồng loại của nhện, người ta không thể sản xuất hàng loạt tơ nhện theo cách tương tự như các sản phẩm từ động vật khác.

Giải pháp của Spiber là tạo lại các phân tử của vật liệu từ đầu. “Chúng tôi tập trung vào quá trình lên men vi sinh như là 1 phương pháp sản xuất protein tơ nhện”, Meyer nói.

“Về bản chất, chúng tôi sẽ tạo ra DNA của riêng mình dựa trên loại DNA có khả năng sản xuất tơ nhện, kết hợp nó vào vi sinh vật, sau đó nuôi trong các bể lớn chứa dinh dưỡng để chúng có thể nhân lên và tạo ra protein có lợi”.

Sợi sau đó được dệt thành vải bởi Goldwin

Một phiên bản mở rộng của quy trình này, sử dụng thiết bị sản xuất đại trà để biến protein thành sợi, đã được sử dụng cho nguyên mẫu Moon Parka đầu tiên. Tuy nhiên, đối với đời parka mới nhất, một phiên bản nâng cao của protein đã được tạo ra.

“Chúng tôi nhanh chóng nhận ra rằng tơ nhện tự nhiên có thể tuyệt vời cho một số ứng dụng, nhưng không phù hợp 1 số ứng dụng khác”, Meyer nhớ lại.

Ví dụ, nó có một đặc tính gọi là siêu dẫn, trong đó nước được hấp thụ và trong vài giây, tơ sẽ co lại tới 50%. Chúng tôi đã biết về đặc tính này, nhưng chúng tôi không chắc chắn làm thế nào hoặc trong quy trình sản xuất nó có thành vải dệt được hay không. Hóa ra là nó hoàn toàn làm được.”

Sau hơn bốn năm nghiên cứu, Spiber và Goldwin đã có thể tối ưu hóa sản phẩm dệt bằng protein để vẫn giữ hình dạng kể cả khi ướt, và đồng thời giúp sản xuất ở quy mô lớn dễ dàng hơn và với mức giá thấp hơn.

Màu của áo Moon Parka giống với màu của mạng nhện
được tạo ra bởi những con nhện vàng

Điểm cực kỳ quan trọng cần chú ý là phiên bản mới nhất của parka không dựa vào sự sao chép một-một của protein tơ nhện. Thay vào đó, chúng được thiết kế lại bằng cách sử dụng các kỹ thuật chỉnh sửa gen để chỉ cung cấp các thuộc tính mong muốn, cụ thể là độ bền và khả năng co giãn của nó.

“Chúng tôi bắt đầu bằng cách phân tích thông tin về những gen chịu trách nhiệm trong việc sản xuất protein trong tự nhiên”, Meyer giải thích. “Một khi chúng tôi đã thiết kế một chuỗi DNA đáp ứng được các thuộc tính mong muốn, chúng tôi sẽ kết hợp chuỗi DNA này với vi sinh vật.”

Từ đây, quá trình này vẫn rất giống với nguyên mẫu ban đầu, trong đó các sinh vật được cung cấp đường và khoáng chất để chúng có thể phát triển và sản xuất protein được thiết kế.

Quy trình sản xuất của Spiber có thể sản xuất
một loạt các vật liệu khác nhau bao gồm sợi, sợi tơ và màng nhựa

“Sau khi quá trình lên men hoàn tất, chúng tôi tách protein có chất lượng cao khỏi các vi sinh vật và sấy khô thành dạng viên hoặc bột mà chúng tôi gọi là Brewed Protein (Ủ Protein),” Meyer tiếp tục. ” Sau đó các protein được xử lý thành nhiều loại vật liệu. Trong trường hợp sợi, bột protein được hòa tan vào một dung dịch gọi là “dope”, sau đó được đúc ép ra từ một vòi phun, và bước tiếp theo là làm cứng thành sợi.”

Đối với áo Moon Parka, Spiber quay các protein thành đa sợi, sau đó Goldwin dệt thành sợi dệt và may thành lớp áo ngoài. Lớp áo ngoài này có cùng màu với mạng nhện của nhện vàng và vẫn giữ được khả năng phân hủy sinh học, chống thấm và đủ bền để chịu được các bài kiểm tra chất lượng theo yêu cầu của Goldwin với tiêu chuẩn là tất cả các áo khoác với các nguyên liệu được làm từ dầu mỏ phải có.

Tuy nhiên, lớp áo giữa được làm bằng một lớp laminate thoáng khí và một lớp giữ nhiệt bên trong và sử dụng loại 900 như dòng sản phẩm thám hiểm của The North Face được dùng trong hội nghị thượng định, nhưng lại không thể phân hủy được.

Trong tương lai, các protein tổng hợp cho Moon Parka có thể sẽ được sản xuất hàng loạt tại nhà máy của Spiber ở Thái Lan, dự kiến hoàn thành vào năm 2021 với hơn 35 triệu bảng được tài trợ. Nhà máy này ước tính lớn hơn 100 lần so với nhà máy thí điểm của Spiber tại Nhật Bản và dự kiến sẽ là cơ sở lên men cấu trúc protein lớn nhất thế giới, có khả năng sản xuất vài trăm tấn mỗi năm.