Sản xuất sợi bằng vỏ cua ghẹ và hợp chất từ rong biển

Sợi sinh học (biofiber) có thể chế tạo từ chitin trong vỏ cua ghẹ và alginate trong rong biển

Sợi sinh học (biofiber) làm từ các nguồn nguyên liệu có khả năng tái sinh được chứng minh là rất hữu ích với nhiều ứng dụng, như trong ngành dệt may hoặc sản xuất thiết bị y tế, mô thay thế. Tuy nhiên, để làm ra những sợi dài, liên tục như vậy lại không hề dễ dàng.

Giờ đây, một nhóm nghiên cứu từ Đại học São Paulo và Đại học Aalto (Brazil) đã chế tạo thành công loại sợi dẻo nhưng không kém phần chắc chắn nhờ kết hợp chitin nanofiber (sợi nano ki-tin) trích xuất từ vỏ cua ghẹ với alginate – hợp chất muối hoặc este của alginic acid, thường được dùng làm chất đông đặc hoặc chuyển thể sữa trong nhựa hoặc thức ăn, và có nhiều trong rong biển.

Trong chitin nanofiber và alginate có chứa nhiều vật liệu sinh học mà khi được kết hợp với nhau sẽ tạo thành một loại sợi rất chắc chắn và dẻo. Tuy nhiên, các nhà khoa học cần phát triển một quy trình sản xuất không quá phức tạp và có khả năng mở rộng tốt.

Khi chitin (màu hồng) và alginate (lục nhạt) tiếp xúc với nhau, alginate bắt đầu bao bọc xung quanh các phân tử chitin, hình thành loại sợi thẳng, dài vô tận khi kéo liên tục.

Ở đây, nhóm muốn tạo ra loại sợi kết hợp được các thuộc tính của cả chitin (chắc khỏe, chống nấm và vi khuẩn) và alginate (rất dẻo, kết dính tốt, vốn hay được dùng để điều trị, làm liền vết thương hay thao tác với mô). Trong quá trình thiết kế cấu trúc vật liệu, nhận thấy các điện tích âm trong alginate bị hút về phía chitin, nhóm đã can thiệp để biến chúng thành điện tích dương. Bằng cách cho dung dịch alginate tiếp xúc với chitin nanofiber ở dạng huyền phù, alginate sẽ bao bọc xung quanh chitin nanofiber, tạo thành những sợi nhỏ song song, thẳng hàng khi kéo liên tục.

Nhóm đã khảo cứu sự khác biệt về nồng độ của từng thành phần, kích cỡ nanofiber, và những yếu tố khác ảnh hưởng tới thuộc tính hóa học lẫn tiềm năng sản xuất loại sợi sau cùng. Chẳng hạn, nhóm phát hiện thấy các nanofiber dài sẽ cho loại sợi chắc khỏe, nhưng cũng thường xuyên đứt đoạn hơn. Trong khi những sợi nanofiber ngắn lại cho ra loại sợi dẻo, dễ quay liên tục hơn.

Trong phòng lab, các nhà khoa học đã kiểm chứng được loại sợi làm từ chitin vỏ cua ghẹ này chắc khỏe không kém gì vật liệu composite, bên cạnh việc được bổ sung thêm thuộc tính dẻo nhờ alginate. Sau thành công bước đầu này, nhóm sẽ tiếp tục làm việc với một vài điều chỉnh nhằm tăng cường thuộc tính cơ học của loại sợi mới.