Các nhà nghiên cứu tại Mỹ vừa phát triển một loại tấm cellulose vi khuẩn có độ bền cao, khả năng ứng dụng đa dạng và phân hủy sinh học, hứa hẹn trở thành giải pháp thay thế nhựa truyền thống.
Maksud Rahman, trợ lý giáo sư ngành kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Đại học Houston, đã tìm ra phương pháp chuyển hóa cellulose vi khuẩn – một polymer tự nhiên dễ phân hủy – thành vật liệu đa chức năng. Nhờ đặc tính này, tấm cellulose vi khuẩn có thể được sử dụng trong nhiều sản phẩm hàng ngày, từ chai nước dùng một lần, bao bì sinh học, cho đến gạc y tế. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications vào đầu tháng 7.
Trong bối cảnh các vật liệu nhựa từ dầu mỏ gây ra tác hại môi trường ngày càng nghiêm trọng, nhu cầu các lựa chọn bền vững trở nên cấp thiết. Cellulose vi khuẩn là polymer tự nhiên phong phú, có thể phân hủy sinh học, và các tấm vật liệu mới này có thể thay thế nhựa trong nhiều ngành công nghiệp, đồng thời giúp giảm thiểu rác thải nhựa.
Để nâng cao độ bền và tính năng, nhóm nghiên cứu đã bổ sung nano boron nitride vào dung dịch nuôi vi khuẩn, tạo ra tấm cellulose vi khuẩn – boron nitride lai. Vật liệu này sở hữu độ bền kéo lên tới 553 MPa và khả năng dẫn nhiệt nhanh gấp ba lần so với mẫu cellulose thông thường.
Rahman giải thích, phương pháp chế tạo sinh học “một bước” này không chỉ tạo ra tấm cellulose mà còn mở rộng khả năng ứng dụng cho các lĩnh vực như vật liệu cấu trúc, quản lý nhiệt, đóng gói, dệt may, điện tử xanh và lưu trữ năng lượng. Điểm đặc biệt là các nhà khoa học kiểm soát chuyển động của vi khuẩn: thay vì di chuyển ngẫu nhiên, vi khuẩn được định hướng sản xuất cellulose theo cấu trúc mong muốn. Nhờ vậy, vật liệu vừa có cấu trúc sắp xếp khoa học, vừa đa chức năng.
Nhóm cũng thiết kế một thiết bị nuôi cấy quay đặc biệt, trong đó vi khuẩn được nuôi trong lồng ấp hình trụ thấm oxy và quay liên tục quanh trục trung tâm. Dòng chất lỏng định hướng này giúp vi khuẩn di chuyển theo hướng nhất quán, từ đó tạo ra tấm cellulose có chất lượng đồng nhất. Hiện nhóm đang tiếp tục hoàn thiện vật liệu trước khi triển khai sản xuất thương mại.