Jaring Laba-laba Terkuat di Dunia: Lebih Kuat Dari Baja, Lebih Tangguh Dari Kevlar

Indonesains.id - Berbicara tentang jaring laba-laba, saya jadi teringat dengan Spider-Man, salah satu tokoh superhero Marvel yang paling saya kagumi. Pasalnya, saya sempat berpikir, benarkah jaring laba-laba memiliki kekuatan yang sekuat itu? Bahkan ia mampu menopang tubuh si pembuatnya sendiri dan menjebak mangsanya.

Bukan hanya saya, banyak ilmuwan bercita-cita mengungkap kemampuan luar biasa laba-laba dalam memintal benang sutra yang sangat kuat, ringan, dan fleksibel ini. Faktanya, pon demi pon, sutra laba-laba lebih kuat dari baja dan lebih tangguh dari Kevlar. Namun, belum ada yang mampu meniru karya laba-laba tersebut.

Jika kita berhasil mengembangkan bahan sintetis yang memiliki karakteristik seperti ini, kemungkinan besar akan terbuka: Sutra laba-laba tiruan yang dapat menggantikan bahan seperti Kevlar, poliester, dan serat karbon di industri dan digunakan, misalnya, untuk membuat rompi anti peluru yang ringan dan fleksibel.

Ahli biofisika Irina Iachina, Universitas Denmark Selatan, memegang serat sutra yang dihasilkan oleh laba-laba jaring bola emas. (Kredit: Anders Boe/University of Southern Denmark)

Postdoc dan ahli biofisika Irina Iachina dari Departemen Biokimia dan Biologi Molekuler, Universitas Southern Denmark (SDU), terlibat dalam perlombaan mengungkap resep sutra super. Dia telah terpesona dengan sutra laba-laba sejak menjadi mahasiswa master di SDU, dan saat ini, dia sedang meneliti topik tersebut di Massachusetts Institute of Technology di Boston dengan dukungan dari Villum Foundation.

Sebagai bagian dari penelitiannya, ia berkolaborasi dengan profesor dan ahli biofisika Jonathan Brewer di SDU, yang ahli dalam menggunakan berbagai jenis mikroskop untuk mengintip struktur biologis.

Baca Juga:

• Material Baru Ini Lima Kali Lebih Ringan dan Empat Kali Lebih Kuat dari Baja
• Terobosan Baru: Pengisian Daya Kendaraan Listrik Terisi Penuh Hanya dalam 6 Menit

Bersama-sama, untuk pertama kalinya, mereka mempelajari bagian dalam sutra laba-laba menggunakan mikroskop optik tanpa memotong atau membuka sutera dengan cara apa pun. Hasil studi mereka ini telah diterbitkan di jurnal Scientific Reports dan Scanning.

“Kami telah menggunakan beberapa teknik mikroskop canggih, dan kami juga telah mengembangkan jenis mikroskop optik baru yang memungkinkan kami melihat seluruh bagian serat dan melihat apa yang ada di dalamnya,” jelas Jonathan Brewer.

Sejauh ini, sutra laba-laba telah dianalisis menggunakan berbagai teknik, yang kesemuanya memberikan wawasan baru. Namun, teknik ini juga memiliki kelemahan, seperti yang ditunjukkan oleh Jonathan Brewer, karena teknik ini sering kali memerlukan pemotongan benang sutra (juga disebut serat) hingga terbuka untuk mendapatkan potongan melintang untuk pemeriksaan mikroskopis atau pembekuan sampel, yang dapat mengubah struktur serat sutra.

Laba-laba jaring bola emas menghasilkan sutranya dari ujung belakangnya. (Kredit: Anders Boe/University of Southern Denmark)

“Kami ingin mempelajari serat murni dan tidak dimanipulasi yang belum dipotong, dibekukan, atau dimanipulasi dengan cara apa pun,” kata Irina Iachina.

Untuk tujuan ini, duo peneliti ini menggunakan teknik yang kurang invasif seperti Hamburan Raman Anti-Stokes yang Koheren, Mikroskop Confocal, Mikroskop Deplesi Fluoresensi Refleksi Confocal Ultra-resolusi, Mikroskop Ion Helium Pemindaian, dan Sputtering Ion Helium.

Berbagai penelitian mengungkapkan bahwa serat sutra laba-laba terdiri dari setidaknya dua lapisan terluar lipid, yaitu lemak. Di belakangnya, di dalam serat, terdapat banyak fibril yang berjalan lurus dan tersusun rapat berdampingan (lihat ilustrasi). Fibril memiliki diameter berkisar antara 100 dan 150, yang berada di bawah batas yang dapat diukur dengan mikroskop cahaya biasa.

“Sutra ini tidak dipelintir, seperti yang mungkin dibayangkan, jadi sekarang kita tahu bahwa tidak perlu memelintirnya saat mencoba membuat sutra laba-laba sintetis,” kata Irina Iachina.

Iachina dan Brewer bekerja dengan serat sutra dari laba-laba jaring bola emas, Nephila Madagascariensis, yang menghasilkan dua jenis sutra berbeda: Satu, disebut MAS (Major Ampullate Silk fibers), digunakan untuk membuat jaring laba-laba, dan juga merupakan sutra yang digunakan laba-laba untuk bertahan. Irina Iachina menyebutnya sebagai garis hidup laba-laba; itu sangat kuat dan memiliki diameter sekitar 10 mikrometer.

Yang lainnya disebut MiS (Minor Ampullate Silk fiber), berfungsi sebagai bahan pembantu konstruksi. Ini lebih elastis dan biasanya memiliki diameter 5 mikrometer.

Menurut analisis keduanya, sutra MAS mengandung fibril dengan diameter sekitar 145 nanometer. Untuk MiS, ukurannya sekitar 116 nanometer. Setiap fibril terdiri dari protein, dan beberapa protein berbeda terlibat. Protein ini diproduksi oleh laba-laba saat membuat serat sutranya.

Memahami bagaimana mereka dapat menciptakan serat yang kuat adalah hal yang penting, namun serat juga merupakan tantangan untuk diproduksi. Oleh karena itu, para peneliti di bidang ini sering kali mengandalkan laba-laba untuk menghasilkan sutra bagi mereka.

Alternatifnya, mereka dapat beralih ke metode komputasi, seperti yang sedang dikerjakan Irina Iachina di MIT: “Saat ini, saya sedang melakukan simulasi komputer tentang bagaimana protein berubah menjadi sutra. Tujuannya tentu saja untuk mempelajari cara memproduksi sutra laba-laba buatan, namun saya juga tertarik untuk berkontribusi pada pemahaman yang lebih baik tentang dunia di sekitar kita,” pungkasnya.

*****