Cellulose kỵ nước có tiềm năng thay thế sản phẩm từ dầu mỏ

Các sợi nano cellulose được bổ sung các peptide nhằm tăng độ bền và khả năng chống nước để có thể thay thế các sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ.

21/11/2024 06:30

Một nghiên cứu của Đại học Bách khoa Millan (Ý) đã hướng đến mục tiêu tạo ra giấy kỵ nước bằng cách khai thác các đặc tính cơ học và khả năng chống nước của sợi nano cellulose. Qua đó tạo ra một vật liệu bền vững, hiệu suất cao phù hợp cho bao bì và các thiết bị y sinh.

Sợi tổng hợp sử dụng trong may mặc, bao bì có nguồn gốc từ dầu mỏ có thể được thay thế bởi một loại cellulose tổng hợp mới, thân thiện hơn với môi trường. Ảnh: Polychemiscal

Điều này liên quan đến một phương pháp tiếp cận siêu phân tử, tức là kết hợp các chuỗi protein ngắn (chuỗi peptide) không biến đổi hóa học các sợi nano cellulose.

Nghiên cứu có tên 'Tự lắp ráp peptide ngắn nanocellulose để cải thiện độ bền cơ học và hiệu suất rào cản' và được giới thiệu trên trang bìa của Tạp chí Hóa học Vật liệu B. Công trình này được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Khoa Hóa học, Vật liệu và Kỹ thuật Hóa học 'Giulio Natta' tại Politecnico di Milano, hợp tác với Đại học Aalto, Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật VTT tại Phần Lan và Viện SCITEC của CNR.

Sợi nano cellulose (CNF) là sợi tự nhiên có nguồn gốc từ cellulose—một nguồn tái tạo và phân hủy sinh học—và nổi tiếng về độ bền và tính linh hoạt của chúng.

Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu từ SupraBioNanoLab thuộc Khoa 'Giulio Natta' của Politecnico di Milano đã chỉ ra cách cải thiện đáng kể các đặc tính của sợi nano cellulose mà không cần biến đổi chúng về mặt hóa học, thay vào đó là bổ sung các protein nhỏ được gọi là peptide.

Cấu trúc phân tử của các sợi nano cellulose được gia cố bởi các peptide trong nghiên cứu mới. Ảnh: Tạp chí Hóa học vật liệu Hoa Kỳ

'Phương pháp siêu phân tử của chúng tôi bao gồm việc thêm các chuỗi peptide nhỏ, liên kết với các sợi nano và do đó cải thiện hiệu suất cơ học và khả năng chống nước của chúng', Elisa Marelli, đồng tác giả của nghiên cứu, giải thích về phương pháp luận. 'Kết quả của nghiên cứu cho thấy ngay cả số lượng peptide tối thiểu (dưới 0,1%) cũng có thể làm tăng đáng kể các đặc tính cơ học của vật liệu lai được sản xuất, giúp chúng có khả năng chống chịu ứng suất tốt hơn'.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã đánh giá tác động của việc thêm các nguyên tử flo vào chuỗi peptide . Điều này giúp tạo ra một lớp màng kỵ nước có cấu trúc trên vật liệu, mang lại khả năng chống nước thậm chí còn tốt hơn trong khi vẫn bảo toàn được các đặc tính tương thích sinh học và bền vững của nó.

Pierangelo Metrangolo, đồng tác giả của nghiên cứu, đã chỉ ra, 'Tiến bộ này mở ra những cơ hội mới để tạo ra các vật liệu sinh học có thể cạnh tranh với các vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ về hiệu suất, đạt được chất lượng và hiệu quả tương đương trong khi giảm tác động đến môi trường. Những vật liệu lai này rất phù hợp cho bao bì bền vững, nơi khả năng chống ẩm là rất quan trọng, và cũng để sử dụng trong các thiết bị y sinh, nhờ vào khả năng tương thích sinh học của chúng.'