Tạo ra vật liệu mới bền như kim loại, dẻo như nhựa

Công trình được đăng tải trên tạp chí khoa học Nature Communications hôm 22-7, mô tả một quy trình tổng hợp sinh học mới, trong đó vi khuẩn được "hướng dẫn" để tạo ra sợi cellulose, một loại vật liệu sinh học tinh khiết nhất hành tinh. Kết quả là những tấm vật liệu sinh học có độ bền kéo lên đến 553 megapascal, vượt xa các vật liệu polymer thông thường.

Vật liệu mới từ vi khuẩn và sinh học tổng hợp

Theo nhóm nghiên cứu do giáo sư Muhammad Maksud Rahman (Đại học Houston) dẫn dắt, loại vật liệu mới được tạo ra từ cellulose do vi khuẩn sinh ra, nhưng khác biệt ở chỗ các sợi cellulose không còn hình thành ngẫu nhiên mà được xếp thẳng hàng nhờ một hệ thống quay sinh học đặc biệt gọi là "bioreactor quay".

"Chúng tôi phát triển một buồng nuôi cấy quay để điều hướng chuyển động của vi khuẩn trong lúc chúng tạo ra cellulose", nghiên cứu sinh M.A.S.R. Saadi cho biết. "Việc kiểm soát được hướng mọc giúp gia tăng đáng kể độ bền của vật liệu, đồng thời vẫn giữ được độ mềm, trong suốt và dễ gập như nhựa sinh học".

Không chỉ bền hơn, nhóm nghiên cứu còn tích hợp thành công các lớp nano boron nitride, giúp vật liệu dẫn nhiệt nhanh gấp ba lần so với mẫu đối chứng, mở ra tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực điện tử, đóng gói nhiệt và lưu trữ năng lượng.

Nhiều ứng dụng hữu ích

Khác với nhựa tổng hợp truyền thống vốn gây ô nhiễm vi mô và giải phóng các chất độc hại như BPA và phthalate, vật liệu mới có thể phân hủy sinh học hoàn toàn, đồng thời dễ dàng được tùy chỉnh cho nhiều mục đích sử dụng như bao bì, dệt may, vật liệu xây dựng, thiết bị điện tử xanh và pin.

"Quá trình tổng hợp sinh học này giống như việc huấn luyện một đội vi khuẩn có kỷ luật", Saadi ví von. "Chúng tôi hướng dẫn chúng đi theo một hướng nhất định, và từ đó tạo ra sản phẩm với đặc tính mong muốn".

Với khả năng ghi nhớ hình dạng và tự biến đổi khi được kích thích bằng nhiệt, loại vật liệu tinh thể lỏng mới này mở ra hàng loạt ứng dụng trong tương lai. Một trong những hướng triển khai được kỳ vọng là robot mềm, những cỗ máy linh hoạt có thể bò, trườn, chui qua các khe hẹp mà không cần cơ cấu máy móc phức tạp.

Trong y học, vật liệu này có thể dùng để chế tạo stent (giá đỡ mạch máu) hay thiết bị cấy ghép bên trong cơ thể, có khả năng co giãn, thay đổi hình dạng theo nhiệt độ hoặc điều kiện sinh học, giúp giảm thiểu xâm lấn và tăng hiệu quả điều trị. 

Ngoài ra, chúng cũng hứa hẹn ứng dụng trong các thiết bị điện tử có thể uốn cong, cảm biến thông minh và những cấu trúc tự triển khai trong không gian.

Trung Quốc phát triển vật liệu mới giúp con người 'tàng hình'

Loại vật liệu mới khiến một người trở nên 'gần như vô hình' khi được tích hợp vào quần áo.