Công nghệ mô phỏng da người
Gel là một chất liệu quen thuộc trong đời sống, có trong sản phẩm chăm sóc tóc, thực phẩm và thậm chí tồn tại bên trong cơ thể con người. Tuy nhiên, làn da tự nhiên lại sở hữu những đặc tính đặc biệt mà vật liệu nhân tạo khó có thể tái tạo hoàn toàn - vừa dẻo dai, bền chắc, vừa có khả năng tự chữa lành.
Trước đây, các hydrogel nhân tạo thường chỉ đạt được một trong ba yếu tố này, nhưng với phát minh mới, lần đầu tiên, một loại hydrogel có thể tích hợp đầy đủ cả ba đặc tính quan trọng: bền, linh hoạt và tự phục hồi. Bước tiến này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong y học, chế tạo robot mềm, da nhân tạo và vận chuyển dược phẩm.
Cơ chế tự phục hồi đặc biệt
Khả năng tự phục hồi của hydrogel đến từ cơ chế "rối kết phân tử" giữa các lớp polyme. Hang Zhang, nhà nghiên cứu từ Đại học Aalto, giải thích:
"Các lớp polyme mỏng đan xen vào nhau như những sợi len nhỏ, nhưng theo thứ tự ngẫu nhiên. Khi chúng rối kết hoàn toàn, các phân tử trở nên không thể phân biệt và cực kỳ linh động. Khi bị cắt, chúng sẽ tự kết nối lại và phục hồi.”
Nhờ cơ chế này, hydrogel có thể phục hồi 80 - 90% chỉ sau 4 giờ và trở lại trạng thái ban đầu sau 24 giờ. Với cấu trúc 10.000 lớp nanosheet trong mỗi milimet độ dày, vật liệu này đạt độ cứng tương đương da người nhưng vẫn giữ được độ đàn hồi đáng kể.
Ứng dụng trong y học và công nghệ robot
Theo giáo sư Olli Ikkala từ Đại học Aalto, phát minh này là minh chứng rõ ràng về cách khoa học vật liệu có thể lấy cảm hứng từ thiên nhiên để tạo ra những đột phá mới.
"Hãy tưởng tượng một ngày nào đó, robot có thể sở hữu lớp da tự phục hồi hoặc mô nhân tạo có khả năng chữa lành tổn thương mà không cần can thiệp y tế. Đây là một khám phá nền tảng có thể thay đổi cách chúng ta thiết kế vật liệu trong tương lai."
Sau khi tiếp tục nghiên cứu và phát triển cho mục đích thương mại, công nghệ này có thể ứng dụng vào sản xuất mô nhân tạo, robot linh hoạt với lớp bảo vệ bền chắc, hoặc vật liệu y tế có khả năng tự sửa chữa. Hang Zhang nhận định:
"Hydrogel bền chắc và có thể tự phục hồi từ lâu đã là một thách thức. Chúng tôi đã tìm ra cách giúp vật liệu này trở nên cứng hơn mà vẫn giữ được khả năng tự chữa lành. Đây có thể là một bước ngoặt trong lĩnh vực vật liệu sinh học.”
Công nghệ sản xuất ứng dụng nano tiên tiến
Để đạt được các đặc tính vượt trội này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng nanosheet đất sét siêu mỏng, tạo nên một mạng lưới polyme dày đặc giúp hydrogel cứng hơn mà không mất đi độ linh hoạt. Đồng thời, nanosheet cũng giúp tăng cường khả năng tự phục hồi của vật liệu.
Quá trình tổng hợp diễn ra bằng cách trộn bột monomer với nước chứa nanosheet, sau đó chiếu đèn UV lên hỗn hợp này. Chen Liang, đồng tác giả nghiên cứu, giải thích:
"Tia UV khiến các phân tử liên kết với nhau, biến toàn bộ hỗn hợp thành một khối đàn hồi - một dạng gel có tính chất đặc biệt.”
Tương lai của vật liệu sinh học
Phát minh về hydrogel tự phục hồi không chỉ là một thành tựu khoa học mà còn mang lại những ứng dụng đầy hứa hẹn trong y học và công nghệ. Từ da nhân tạo, mô cấy ghép, đến robot có thể tự sửa chữa, công nghệ này có tiềm năng thay đổi cách con người ứng dụng vật liệu trong đời sống và sản xuất.
Với những tiến bộ không ngừng trong khoa học vật liệu, viễn cảnh con người và máy móc sở hữu làn da nhân tạo có khả năng tự chữa lành có lẽ không còn quá xa.
