Tạo ra siêu vật liệu mới từ vi khuẩn có thể thay thế nhựa, bền chắc và phân hủy sinh học

[Hoàng Khang]

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Mỹ vừa phát triển thành công một phương pháp sáng tạo để tạo ra một loại vật liệu mới từ cellulose vi khuẩn, có độ bền cao và khả năng ứng dụng đa dạng, hứa hẹn có thể thay thế nhựa trong nhiều lĩnh vực. Phát minh này mở ra một hướng đi mới cho việc sản xuất các vật liệu bền vững, thân thiện với môi trường.

Cellulose vi khuẩn và giải pháp "lai"​

Trong bối cảnh mối lo ngại về tác động của rác thải nhựa ngày càng tăng, việc tìm kiếm các vật liệu thay thế bền vững đã trở thành một ưu tiên hàng đầu. Cellulose vi khuẩn, một loại polymer tự nhiên dồi dào và có khả năng phân hủy sinh học, từ lâu đã được xem là một ứng cử viên tiềm năng.

Tuy nhiên, ở dạng tự nhiên, vật liệu này chưa đủ bền chắc để có thể thay thế nhựa trong nhiều ứng dụng. Để giải quyết vấn đề này, một nhóm nghiên cứu do ông Maksud Rahman, trợ lý giáo sư tại Đại học Houston, dẫn đầu đã tìm ra một giải pháp đột phá. Công trình của họ vừa được công bố trên tạp chí uy tín Nature Communications.

Thay vì chỉ sử dụng cellulose vi khuẩn thông thường, nhóm nghiên cứu đã đưa các tấm nano boron nitride – một vật liệu siêu bền – vào dung dịch nuôi cấy vi khuẩn. Kết quả là họ đã tạo ra một tấm vật liệu lai giữa cellulose vi khuẩn và boron nitride, với những đặc tính cơ học và nhiệt vượt trội.

Khi vi khuẩn được "chỉ huy" để tạo ra vật liệu​

Điểm độc đáo của phương pháp này nằm ở chỗ các nhà khoa học đã "chỉ huy" cho các con vi khuẩn hoạt động một cách có mục đích. Thay vì để chúng di chuyển ngẫu nhiên, họ đã sử dụng một thiết bị nuôi cấy quay được thiết kế riêng. Thiết bị này tạo ra một dòng chất lỏng có hướng, buộc các vi khuẩn phải di chuyển theo một hướng nhất quán.

Hành vi có kiểm soát này đã cho phép các sợi cellulose do vi khuẩn tạo ra được sắp xếp một cách có tổ chức, kết hợp với các tấm nano boron nitride, tạo thành một cấu trúc vừa bền chắc vừa đa chức năng.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, vật liệu mới có độ bền kéo lên tới 553 MPa (megapascal), một con số rất ấn tượng. Đồng thời, khả năng xử lý nhiệt của nó cũng tốt hơn, với tốc độ phân tán nhiệt nhanh gấp 3 lần so với các mẫu cellulose thông thường.

Tiềm năng ứng dụng rộng rãi​

Theo ông Rahman, phương pháp chế tạo sinh học một bước này mở đường cho hàng loạt các ứng dụng trong tương lai. Vật liệu mới này có thể được dùng để tạo ra các sản phẩm hàng ngày như chai nước dùng một lần, các loại bao bì thân thiện với môi trường, gạc băng bó vết thương, và thậm chí là các linh kiện trong ngành dệt may, điện tử xanh và lưu trữ năng lượng.

"Những tấm cellulose vi khuẩn bền chắc, đa chức năng và thân thiện với môi trường sẽ trở nên phổ biến, thay thế nhựa trong nhiều ngành công nghiệp, giúp giảm thiểu tác động tới môi trường," nhóm nghiên cứu cho biết.

Hiện tại, nhóm sẽ tiếp tục hoàn thiện vật liệu này trước khi tiến tới giai đoạn sản xuất ở quy mô thương mại. Thành công của nghiên cứu này không chỉ là một đột phá về khoa học vật liệu, mà còn là một minh chứng cho thấy tiềm năng to lớn của việc kết hợp giữa sinh học và kỹ thuật để tạo ra những giải pháp bền vững cho tương lai.