Loại vải từ nấm có thể tự làm sạch và phục hồi khi hư hỏng

Các nhà khoa học Trung Quốc phát triển loại vải từ nấm có khả năng tự làm sạch, tự phục hồi và có thể bổ sung nhiều chức năng như chống tia UV hay tạo màu, mở ra hướng đi mới cho ngành vật liệu sinh học và thời trang bền vững.

Chiếc váy được các nhà khoa học Trung Quốc thiết kế bằng loại vải từ nấm. (Ảnh: New Scientist)

Nghiên cứu do nhóm khoa học tại Viện Công nghệ Tiên tiến Thâm Quyến thực hiện, công bố trên tạp chí Science Advances, đã giới thiệu một phương pháp chế tạo vật liệu sống được thiết kế từ nấm Cordyceps militaris.

Loài nấm này còn được gọi là đông trùng hạ thảo, từ lâu đã được sử dụng rộng rãi trong y học cổ truyền Trung Quốc và có khả năng hình thành các cấu trúc dạng sợi.

Một trong những thách thức lớn của lĩnh vực vật liệu sống là làm thế nào để biến các tế bào sống ở kích thước hiển vi thành những cấu trúc lớn, bền vững nhưng vẫn duy trì được hoạt động sinh học. Nhóm nghiên cứu cho biết đã tìm được cách giải quyết bài toán này bằng việc tận dụng đặc tính tự nhiên của đông trùng hạ thảo.

Loài nấm này có khả năng hình thành các mạng lưới sợi nấm (hyphae) liên kết chặt chẽ. Các nhà nghiên cứu nuôi cấy chúng thành những viên nấm nhỏ, sau đó ghép nối thành các tấm vật liệu linh hoạt và bổ sung glycerol để tăng độ mềm dẻo.

Để minh họa khả năng ứng dụng, nhóm đã chế tạo một chiếc váy từ loại vật liệu mới. Tuy nhiên, theo các nhà khoa học, giá trị của công nghệ không chỉ nằm ở lĩnh vực may mặc mà còn ở khả năng tạo ra một nền tảng vật liệu sinh học có thể lập trình cho nhiều mục đích khác nhau.

Một chất liệu giả da được các nhà khoa học Trung Quốc làm từ nấm. (Ảnh: SCMP)

Li Ke, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết công nghệ có thể được ứng dụng ở bất kỳ lĩnh vực nào cần vật liệu phân hủy sinh học nhưng vẫn duy trì các chức năng sinh học theo yêu cầu.

Không giống các loại vải thông thường, vật liệu này vẫn giữ được hoạt động sinh học. Khi bề mặt bị hư hỏng, chỉ cần bổ sung các viên nấm mới vào khu vực đó, những sợi nấm sẽ tiếp tục phát triển để tự phục hồi cấu trúc và duy trì khả năng tự làm sạch.

“Điều đó không có nghĩa quần áo sẽ liên tục phát triển trong quá trình sử dụng. Trong điều kiện khô ráo và thiếu nguồn dinh dưỡng, hoạt động sinh học của vật liệu sẽ tạm dừng”, ông Li giải thích thêm.

Ngoài khả năng tự phục hồi, các sợi nấm còn có đặc tính chống nước tự nhiên, giúp giảm nhu cầu sử dụng các lớp phủ hóa học tổng hợp vốn phổ biến trong ngành dệt may.

Một ưu điểm khác là cấu trúc của vật liệu hoạt động như một “nền tảng cắm là chạy” (plug-and-play), cho phép bổ sung các vi sinh vật đã được biến đổi để tạo thêm nhiều chức năng.

Chẳng hạn, các nhà nghiên cứu sử dụng một loại nấm men biến đổi gene có khả năng bám lên thành tế bào nấm để tạo màu cho vật liệu. Họ cũng tích hợp các sợi nấm của loài nấm mốc Aspergillus niger giàu melanin - sắc tố giúp bảo vệ cơ thể trước bức xạ tia cực tím (UV).

Đôi cánh bướm màu xanh lam được làm bằng chất liệu vải từ nấm. (Ảnh: SCMP)

Bên cạnh các tính năng mới, nhóm nghiên cứu cũng nhấn mạnh yếu tố bền vững. Các thử nghiệm cho thấy vật liệu có thể phân hủy hoàn toàn trong vòng 41 ngày, mở ra tiềm năng ứng dụng trong mô hình thời trang tuần hoàn, nơi quần áo được thiết kế để tái sử dụng hoặc tái chế thay vì trở thành rác thải.

Dù vậy, công nghệ vẫn mới ở giai đoạn nguyên mẫu nghiên cứu và chưa thể thay thế các loại vải phổ biến như cotton hay polyester.

Theo nhóm nghiên cứu, trong tương lai gần, vật liệu này phù hợp hơn để sản xuất các sản phẩm có vòng đời ngắn như trang phục trình diễn, sản phẩm thời trang theo mùa, vật liệu cho triển lãm nghệ thuật hoặc bao bì phân hủy sinh học.

Để thương mại hóa, các nhà khoa học sẽ phải tiếp tục giảm chi phí sản xuất. Hiện riêng công đoạn nuôi cấy nấm đã chiếm hơn 95% tổng chi phí, trong khi việc bổ sung glycerol và các bước xử lý khác cũng khiến giá thành tăng đáng kể.

Việc mở rộng quy mô sản xuất cũng đòi hỏi nguồn dinh dưỡng rẻ hơn, quy trình lên men và lọc hiệu quả hơn, đồng thời phải đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định.

Ngoài ra, vật liệu vẫn cần được đánh giá thêm về khả năng giặt, độ thoáng khí cũng như độ bền khi tiếp xúc với độ ẩm hoặc chịu mài mòn trong quá trình sử dụng.

Nhóm nghiên cứu cho biết đang hướng đến mục tiêu để chính loài nấm có thể tự tạo ra các phân tử chức năng như sắc tố màu mà không cần bổ sung thêm vi sinh vật khác.

Xa hơn, các mạch gene tổng hợp có thể cho phép vật liệu chỉ kích hoạt những chức năng sinh học tại vị trí, thời điểm hoặc điều kiện môi trường đã được lập trình trước.

(Nguồn: SCMP)

Hoa Vũ