Giữa năm 2020, đọc thông tin về phát hiện những lò tái chế khẩu trang y tế dùng một lần đem sử dụng lại, TS Nguyễn Hoàng Chinh (Đại học Tôn Đức Thắng) cho rằng, nhiều người đã lợi dụng đặc tính khó phân hủy của sản phẩm này để kiếm lời, gây ảnh hưởng sức khỏe người dân. Khi đó Chinh nghĩ đến việc phải làm ra loại khẩu trang có thể kháng khuẩn mạnh và phân hủy nhanh, an toàn với môi trường.
Là tiến sĩ chuyên ngành nghiên cứu vật liệu nano, Chinh có lợi thế khi tìm kiếm vật liệu phù hợp. Anh cùng với nhóm nghiên cứu đặt ra tiêu chí nghiên cứu loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để dễ dàng phân hủy và kháng khuẩn. Bởi thực tế, nhiều loại vật liệu kháng khuẩn cao nhưng không an toàn cho da, có loại lọc bụi kích thước siêu nhỏ nhưng lại không thoáng khí.
Trải qua nhiều thử nghiệm, nhóm lựa chọn chitosan từ vỏ tôm, cua và polymer sinh học PLA từ bột ngô, mía là hai vật liệu chính làm khẩu trang. Chitosan mang hoạt tính kháng khuẩn mạnh vì có thể tác động lên màng tế bào của vi khuẩn, PLA dễ dàng tạo sợi kích thước nano để ngăn giọt bắn. Hai vật liệu này được nhóm kết hợp để tạo ra một loại vật liệu mới mang đầy đủ những ưu điểm về kháng khuẩn, độ phân hủy, tính an toàn không gây kích ứng da.
TS Nguyễn Hoàng Chinh. Ảnh: NVCC.
Thay vì đưa hai lớp vật liệu riêng biệt vào trong khẩu trang, nhóm sử dụng công nghệ electrospining (điện quay) để kết hợp chúng thành một lớp màng nano mới để tận dụng được ưu điểm của chitosan và PLA là thoáng khí.
Anh cho biết, công nghệ điện quay lần đầu tiên được áp dụng để chế tạo vật liệu khẩu trang. Tuy nhiên, khi áp dụng công nghệ này, yếu tố quan trọng và khó khăn nhất là xác định tỷ lệ phối trộn chất ban đầu để tạo lớp màng đáp ứng yêu cầu về hoạt tính sinh học, độ bền.
Ngoài ra, trong quá trình thực hiện, đặc tính phân hủy nhanh trong điều kiện ẩm ướt có thể khiến vật liệu dễ tiêu hao khối lượng. Vì thế, nhóm phải bảo quản mẫu vật liệu trong điều kiện nhiệt độ phòng, khô ráo, bổ sung các ion nano bạc để tăng khả năng kháng khuẩn..
Trải qua nhiều bước thử nghiệm tìm tỷ lệ thích hợp để phối trộn, nhóm tổng hợp lớp màng có đường kính sợi vài trăm nanomet, khoảng cách các sợi chỉ khoảng 0,3 micromet. TS Chinh cho biết, kích thước này giúp màng chống lại những giọt bắn, bụi mịn nhỏ hơn 2,5 micromet, diệt vi khuẩn khi bám lên bề mặt.
Các sợi nano kích thước vài trăm nanomet được phóng to 100 nghìn lần bằng kính hiển vi điện tử. Ảnh: NVCC.
Kết quả thử nghiệm cho thấy, khả năng kháng khuẩn và lọc bụi mịn của vật liệu hiệu quả tới 99,9%. Vật liệu này không gây kích ứng da, bắt đầu tự phân hủy sau 8 tuần trong điều kiện phòng thí nghiệm. Theo tác giả, màng có thể phân hủy nhanh hơn trong môi trường tự nhiên, dưới tác động của vi sinh vật.
Sau hơn một năm hoàn thiện giai đoạn tạo màng nano, nhóm đang cải tiến độ dày của sản phẩm để tạo thoải mái, không gây bí thở khi sử dụng. Nhóm nghiên cứu dự định đưa sản phẩm đến tay người tiêu dùng trong đầu năm sau.
Ngoài khẩu trang, TS Chinh tìm hiểu những phương pháp tổng hợp chất mới theo hướng thân thiện môi trường như ứng dụng sợi nano lọc nước, khí trong y tế và công nghiệp.
TS Nguyễn Hoàng Chinh là nhà khoa học trẻ nhận giải thưởng Quả Cầu Vàng năm 2020. Ở lĩnh vực Tính toán và thiết kế dược liệu hóa-sinh nano, anh có 37 bài báo nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học trong nước và quốc tế, tham gia phản biện cho 16 tạp chí ISI.