Tạo da sinh học từ vi khuẩn và sợi nấm

Nhóm nghiên cứu trường Đại học Thủ Dầu Một đã tạo thành công vật liệu da sinh học có nguồn gốc từ cellulose vi khuẩn và sợi nấm, đặc tính giống như da động vật, có thể dùng sản xuất giày da.

Từ năm 2019, nhóm nghiên cứu kết hợp cùng Công ty Khoa học Công nghệ Vũ Môn bắt đầu dự án phát triển da sinh học. Các nhà khoa học đã dùng công nghệ lên men sản phẩm nông nghiệp để tạo ra vật liệu thay thế da động vật. Để sản xuất da sinh học, ban đầu nhóm nuôi cấy tấm cellulose, sau đó nuôi cấy tấm cellulose - nấm và bước cuối là thuộc nhuộm da.

Theo nhóm nghiên cứu, khó nhất là tạo ra môi trường tăng trưởng phù hợp để nuôi cấy sợi nấm và cellulose vi khuẩn. Các chất dinh dưỡng cần thiết bao gồm nguồn carbohydrate (như mật mía), phân bón (diammonium phosphate), nguồn nitơ (amoni sulfat), cùng các hợp chất điều chỉnh độ pH như axit axetic và nước dừa. Ngoài ra các thành phần hỗ trợ như canxi cacbonat và nước khử ion cũng được sử dụng để đảm bảo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của vi khuẩn và nấm.

Sau khi nuôi cấy hoàn tất, các tấm vật liệu lai giữa sợi nấm và cellulose vi khuẩn (HMC) được lấy ra và trải qua hai giai đoạn xử lý. Đầu tiên, chúng được tiếp xúc với nước sôi, sau đó là dung dịch natri hydroxit ấm để loại bỏ tạp chất và tăng độ bền. Cuối cùng, tấm HMC được sấy khô để tạo ra một loại vật liệu tổng hợp giống da có độ dẻo dai cao. Sau ba năm, nhóm nghiên cứu cho ra đời sản phẩm da sinh học hoàn chỉnh, được ứng dụng sản xuất giày da.

PGS Nguyễn Thị Liên Thương, cố vấn nhóm nghiên cứu cho biết, da sinh học được nhiều nước phát triển, nhưng độ bền và thành phần thiên nhiên thấp, độ phân hủy sinh học hạn chế. Những nhược điểm này đã được nhóm nghiên cứu trong nước khắc phục bằng cách "phát triển kỹ thuật lai sợi nấm với cellulose vi khuẩn, kết hợp với công nghệ nano trong da", PGS Thương cho biết.

Da sinh học do nhóm phát triển có nguồn gốc từ cellulose vi khuẩn và sợi nấm, được sản xuất thông qua quá trình lên men phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trái cây, mật rỉ đường, có đặc tính tương tự da động vật, có độ bền, dẻo, không thấm nước. Loại da này có thể ứng dụng trong sản xuất giày da, túi xách, nội thất xe điện. Thành công này giúp nhóm được cấp bằng sáng chế Mỹ năm 2022.

Để đi đến thành công "nhóm đã thất bại hàng trăm lần trước khi tìm ra phương pháp tối ưu", PGS Nguyễn Thị Liên Thương nói. Một trong những thách thức lớn nhất đó tạo điều kiện phù hợp để vi khuẩn và nấm có thể cùng phát triển. Thông thường, nấm không thể phát triển ở môi trường có độ pH thấp mà vi khuẩn sản xuất cellulose sinh trưởng.

"Nhờ công nghệ mới đã tạo điều kiện tối ưu để cả hai cùng phát triển, hình thành tấm vật liệu lai giữa sợi nấm và cellulose vi khuẩn", đại diện nhóm nghiên cứu cho biết.

Kết quả thử nghiệm tại Nhà máy thuộc da của tập đoàn ISA Tantec (Mỹ) về độ bền kéo, uốn, khả năng chống nước, tia UV, độ mòn và tỷ lệ phần trăm sinh học của HMC, đều đáp ứng tiêu chuẩn của nhà máy. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm khả năng phân hủy sinh học trong môi trường đất. Kết quả cho thấy vi khuẩn trong đất có thể phân hủy hoàn toàn các thành phần tự nhiên của da.

So với các sản phẩm tương tự, kỹ thuật lai nấm khuẩn và công nghệ nano trong da của nhóm nghiên cứu tạo ra vật liệu bền, chịu lực tốt, đáp ứng tiêu chuẩn thay thế da động vật. Với đặc tính tương tự da thật, tấm cellulose sợi nấm có thể ứng dụng trong sản xuất giày dép, túi xách, nội thất và thời trang mà không gây tác động tiêu cực đến môi trường. Ngoài ra, quy trình sản xuất không sử dụng hóa chất độc hại, giúp giảm thiểu ô nhiễm so với ngành công nghiệp da truyền thống.

Ông Reiner Hengstmann, Giám đốc toàn cầu về môi trường Puma nhận định, loại da sinh học này có khả năng ứng dụng cao do có độ bền chắc đạt tiêu chuẩn da sử dụng trong công nghiệp. Các thành phần sinh học sử dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp để sản xuất giúp "vật liệu này mang giá trị nhân văn và giải quyết vấn đề môi trường", ông nói.

Bà Phan Lê Diễm Trang, Phó Chủ tịch Hiệp hội Dệt may Việt Nam cho biết, da sinh học từ cellulose vi khuẩn và sợi nấm có giá thành hợp lý so với da thật, đồng thời góp phần giảm thiểu việc giết hại động vật để lấy da. So với da tổng hợp, loại da này thân thiện với môi trường. Về mặt kỹ thuật, nhờ công nghệ sản xuất hiện đại, chất lượng và độ dày của da sinh học có thể điều chỉnh đồng đều theo yêu cầu. "Độ đồng đều của da là yếu tố quan trọng nhất trong sản xuất các sản phẩm từ da", bà Trang nói.

Nhật Minh