※Ảnh nguồn: Wyss Institute
Đối với nhiều người, “nhựa” là một từ mà cứ nghe đến là người ta liên tưởng đến ô nhiễm môi trường. Lý do đơn giản là vì nhựa được làm từ dầu hỏa, một nguyên liệu quý hiếm, và thường cần đến hàng thế kỷ để có thể tự phân hủy.
Do đó, đứng trên góc độ môi trường, việc phát hiện một vật liệu thay thế tin cậy cho nhựa truyền thống, nhưng vẫn nhẹ, bền và giá rẻ là một vấn đề rất cấp thiết. Chỉ riêng tại Mỹ, theo các nhà nghiên cứu tại Đại Học Columbia, có khoảng 34 triệu tấn rác nhựa được thải ra mỗi năm, và chỉ có ít hơn 7% trong số đó được tái chế.
Thêm vào đó, nhựa được chôn vào đất cũng cần đến 1000 năm để có thể phần hủy. Lượng nhựa bị thải vào biển và đại dương hiện đã gần đạt 100 triệu tấn, và cứ trôi theo các dòng chảy của đại dương đi khắp thế giới, gây ra những hiểm họa khó lường với sinh vật.
Trong những năm gần đây con người đã phát hiện một đối tượng thay thế ưu việt khác với tên gọi “nhựa sinh học” (bioplastic)- một vật chất bền được làm từ cellulose tái chế, một loại polysaccharide từ thực vật. Tuy vậy, xoay quanh vật chất này vẫn còn rất nhiều vấn đề tồn đọng. Ví dụ, nhựa sinh học hiện nay vẫn không thể phân hủy hoàn toàn trong tự nhiên. Các ứng dụng của chúng vẫn còn rất giới hạn trong việc đóng gói vật liệu hay làm các hộp đựng thức ăn, đồ uống…do giới hạn về khả năng sản xuất các chi tiết phức tạp và hàng loạt.
Mới đây, các nhà nghiên cứu tại khoa Cơ khí Sinh Học (Biologically Inspired Engineering),Viện Wyss của Đại Học Harvard đã giới thiệu một loại nhựa sinh học mới từ vỏ tôm. Về thành phần hóa học, nhựa sinh học này được làm từ chitosan, một dạng thù hình của chitin, và là vật liệu hữu cơ có độ phong phú cao thứ hai trên Trái Đất.
Chitin là một polysaccharide bền, vật liệu chính trong lớp vỏ cứng của động vật giáp xác, lớp da cứng như áo giáp của côn trùng, và thậm chí là cánh của bươm bướm.
Từ chitin trong vỏ tôm và các sợi protein trong tơ lụa, các nhà khoa học tại Viện Wyss đã tạo ra một loại vật liệu với tên gọi là “Shrilk”. Đây là một loại vật liệu mới có khả năng phân hủy sinh học, nhưng vẫn nhẹ, trong suốt và bền như nhôm, với trọng lượng chỉ bằng một nửa. Shrilk có thể dễ dàng được sản xuất với chi phí thấp nhờ một phương pháp mới cho phép giữ lại các đặc điểm cơ học bền của chitosan sau khi xử lý.
Và đây là lần đầu tiên, loại vật liệu tái sinh này được sử dụng để tạo ra một vật thể ba chiều cỡ lớn có hình dạng phức tạp bằng cách sử dụng phương pháp đúc truyền thống và kỹ thuật phun đúc. Điều đó cho thấy các vật thể làm từ Shrilk cũng có thể được sản xuất hàng loạt và đảm bảo độ bền như các vật dụng bằng nhựa vẫn hiện hữu hàng ngày (đồ chơi, vỏ điện thoại…).
“Hiện nay chúng ta đang có một nhu cầu cấp thiết trong nhiều ngành công nghiệp về một loại vật liệu bền và có khả năng sản xuất hàng loạt,” Ông Donald E. Ingber, giám đốc điều hành Viện Wyss cho biết. “Và phương pháp sản xuất hàng loạt của chúng tôi đã cho thấy, chitosan, loại vật liệu vốn rất sẵn và rẻ, có thể được sử dụng như một loại nhựa sinh học hữu hiệu. Vật liệu này có tiềm năng thay thế nhựa truyền thống trong rất nhiều ứng dụng công nghiệp.”
Tất nhiên, loại nhựa sinh học thay thế và thân thiện với môi trường này hoàn toàn có thể được sử dụng để làm túi rác, túi đóng gói hay tã lót…
Khi bị thải ra, Shrilk có thể bị phân hủy chỉ sau vài tuần- và làm giàu các chất dinh dưỡng giúp cây trồng phát triển. Trong một thí nghiệm, các nhà nghiên cứu tại Viện Wyss đã trồng một cây đậu mắt đen California (black-eyed pea) trong đất đã được làm giàu bằng nhựa sinh học chitosan. Chỉ trong ba tuần, sự phát triển của cây đã có những tiến triển rất rõ rệt. Bạn có thể xem thí nghiệm này trong clip dưới đây:
Biên dịch: Trungmaster, theo Phys.
Link công bố:
Fernandez, J. G. and Ingber, D. E. (2012), Unexpected Strength and Toughness in Chitosan-Fibroin Laminates Inspired by Insect Cuticle. Adv. Mater., 24: 480–484. doi: 10.1002/adma.201104051
