Vi nhựa - những hạt nhựa nhỏ trong không khí, nước và đất, là mối đe dọa ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đã được tìm thấy trong máu của động vật và con người trên khắp thế giới. Theo Cơ quan Hóa chất châu Âu, một số vi nhựa đã bị cố ý thêm vào trong nhiều loại sản phẩm, bao gồm hóa chất nông nghiệp, sơn, mỹ phẩm và chất tẩy rửa. Liên minh châu Âu tuyên bố rằng, các hạt vi nhựa không thể phân hủy này phải được loại bỏ vào năm 2025, vì vậy quá trình tìm kiếm các chất thay thế đang được tiến hành khẩn trương hơn bao giờ hết.
Vi nhựa được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm công nghiệp để bảo vệ một số hoạt chất (hoặc thành phần) cụ thể không bị phân hủy do tiếp xúc với không khí hoặc độ ẩm. Chúng cung cấp hoạt chất giải phóng chậm trong một khoảng thời gian mục tiêu và giảm thiểu tác dụng phụ đối với môi trường xung quanh. Ví dụ, vitamin thường được phân phối dưới dạng các viên nang siêu nhỏ được đóng gói trong một viên thuốc hoặc viên nang, thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ cũng được đóng gói tương tự. Nhưng những vật liệu ngày nay được sử dụng để đóng gói (dạng viên nang) thường là những chất dẻo tồn tại trong môi trường trong một thời gian dài, rất khó phân hủy.
Những hình ảnh (ở các mức độ chi tiết khác nhau) hiển thị bằng kính hiển vi điện tử quét cho thấy, các viên nang siêu nhỏ được bọc lụa có chứa vitamin C. (A, B, C, D): các mẫu được tạo ra bằng phương pháp sấy phun - một phương pháp đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. (E, F): các mẫu được tạo ra bằng phương pháp sấy đông lạnh phun siêu âm - một phương pháp được các nhà nghiên cứu sử dụng để tiết lộ chi tiết hơn về quá trình liên quan (ảnh: Viện Công nghệ Massachusetts).
Tơ tằm không độc hại và có thể phân hủy tự nhiên trong cơ thể, vì vậy chúng được công nhận là an toàn cho thực phẩm và y tế. Những thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chứng minh rằng, vật liệu phủ tơ tằm có thể được sử dụng trong các thiết bị sản xuất tiêu chuẩn hiện có để tạo ra sản phẩm thuốc diệt cỏ vi bao tan trong nước. Kết quả thử nghiệm trong nhà kính trên cây ngô cho thấy, sản phẩm hoạt động tốt hơn cả một sản phẩm thương mại hiện có, ít gây thiệt hại hơn cho cây trồng.
Hơn nữa, không giống như các sợi tơ tằm chất lượng cao trong vải mịn, protein tơ tằm trong vật liệu thay thế mới này dễ sản xuất và ít tốn kém hơn. Quá trình xử lý nguyên liệu đầu vào khá đơn giản, vật liệu tạo thành có thể dễ dàng gia công trên các thiết bị hiện nay.
Tác giả của nghiên cứu giải thích, bí quyết để làm cho vật liệu tương thích với các thiết bị hiện có là ở khả năng điều chỉnh của vật liệu lụa. Bằng cách điều chỉnh chính xác sự sắp xếp chuỗi polyme của vật liệu tơ và bổ sung chất hoạt động bề mặt, chúng ta có thể tinh chỉnh các đặc tính của các lớp phủ tạo thành sau khi chúng khô và cứng lại. Vật liệu có thể kỵ nước (chống thấm nước) ngay cả khi nó được tạo ra và xử lý trong dung dịch nước, hoặc nó có thể ưa nước (hút nước), hoặc ở bất kỳ đâu, và đối với một ứng dụng nhất định, nó có thể được chế tạo để phù hợp với đặc điểm của vật liệu mà nó đang được sử dụng để thay thế.
Để đi đến một giải pháp thực tế, nhóm tác giả đã phát triển một phương pháp làm đông lạnh các giọt vật liệu đóng gói đang hình thành. Họ đã sử dụng một hệ thống đóng băng phun đặc biệt để quan sát chính xác cách thức hoạt động của việc đóng gói nhằm kiểm soát quá trình này tốt hơn. Một số vật liệu như thuốc trừ sâu, chất dinh dưỡng hay enzym, có thể hòa tan trong nước hoặc không, chúng cũng tương tác theo những cách khác nhau với vật liệu phủ.
Để bao bọc các vật liệu khác nhau, phải nghiên cứu cách các chuỗi polyme tương tác và kiểm tra xem liệu chúng có tương thích với các vật liệu hoạt tính khác nhau ở dạng huyền phù hay không. Nhóm nghiên cứu trộn nguyên liệu gốc và vật liệu phủ trong một dung dịch và tiến hành phun để tạo thành các giọt. Kết quả quan sát cho thấy, nguyên liệu gốc có xu hướng bám vào vỏ của vật liệu phủ, dù đó là nhựa tổng hợp hay vật liệu lụa mới.
Phương pháp mới này có thể tận dụng nguồn nguyên liệu từ các loại lụa cấp thấp, không sử dụng được cho vải. Vải lụa đã qua sử dụng, bị loại bỏ cũng có thể được tận dụng thay vì thải bỏ trong các bãi chôn lấp, từ đó giúp giải quyết một áp lực lớn cho môi trường hiện nay. Chất lượng và giá thành của loại vật liệu này cùng khả năng mở rộng sản xuất trên quy mô lớn, là những lợi thế chính giúp chuyển đổi sáng kiến này sang ứng dụng thực tế.
Có thể nói, phương pháp mới này đánh dấu một tiến bộ có ý nghĩa rất lớn cho nhiều ngành, đặc biệt là nông nghiệp. Với những thách thức liên quan đến mất an ninh lương thực, sản xuất nông nghiệp và biến đổi khí hậu hiện nay, việc nghiên cứu và phát triển những giải pháp thân thiện với môi trường là hết sức cần thiết.
Bắc Lê