Chất liệu plastic thay đổi lý tính theo cơ chế của loài dưa biển

Một loại vật chất mới lấy cảm hứng từ cơ chế phòng vệ của dưa biển có thể thay đổi từ dạng cứng sang mềm nhẹ, một đặc tính khiến cho nó phù hợp với các ca cấy ghép y học. Khi ướt, vật liệu này thay đổi từ dạng plastic cứng sang trạng thái co giãn như cao su trong vài giây và có thể quay trở lại tình trạng ban đầu nhanh chóng.

Vật liệu mô phỏng một mẹo của loài dưa biển. Loài sinh vật không xương sống có thể thay đối nhanh chóng độ cứng của da, biến đổi thành một loại áo giáp khi gặp hiểm nguy.

Theo Chris Weder, nhà nghiên cứu thuộc Đại học Case Western Reserve, Clevelan, “Chúng tôi sử dụng da của loài dưa biển làm nền tảng của một loại vật liệu nhân tạo mới có thể thay đổi đặc tính cơ học của nó khi có yêu cầu.”
Weder và cộng sự dự tính sử dụng vật liệu này trong y học, ví dụ như các điện cực não dẻo dùng trong chữa trị bệnh Parkinson, đột quỵ hoặc tổn thương cột sống.

Vật liệu có thể ở dạng rắng để cấy ghép dễ hơn, sau đó trở nên mềm dẻo trong bộ não giàu chất lỏng hoặc trong các mô tương tự. “Nếu quan sát các mô của não, ta sẽ thấy được chúng mềm hơn rất nhiều so với các thiết bị điện cực cấy ghép điển hình.”

Các nghiên cứu thử nghiệm đã chứng tỏ điện cực cứng có thể làm giảm chất lượng các mô xung quanh nó sau một thời gian. Vật liệu mới được thiết kế nhằm khắc phục sự bất tương xứng về mặt cơ học. Nó được chế tạo từ hai dạng hợp chất: polymer tương tự cao su và các sợi xen-lu-lô để tăng độ cứng. Ở những nơi giao nhau của các sợi xen-lu-lô, chúng hình thành các liên kết hyđrô đem lại độ cứng cho vật liệu.

Một con dưa biển. Một loại vật chất mới lấy cảm hứng từ cơ chế phòng vệ của dưa biển có thể thay đổi từ dạng cứng sang mềm nhẹ, một đặc tính khiến cho nó phù hợp với các ca cấy ghép y học. (Ảnh: Reuters)

“Những sợi xơ siêu nhỏ kết dính với nhau ở bất kỳ nơi nào giao nhau. Nếu bạn thêm nước vào, nước sẽ tháo các mối nối đó.” Weder cho biết nước có vai trò là một chất phá liên kết hyđrô.

Weder và cộng sự có thể dính và tháo những sợi này trong vài thí nghiệm. Các nhà khoa học đang thử nghiệm trên động vật để theo dõi ảnh hưởng của nó lên não bộ. Weder cho biết vật liệu này còn nhiều ứng dụng khác. “Tôi nghĩ rằng có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép sinh-y.”

Công thức tương tự có thể được dùng để phát triển những vật liệu biến đổi dùng điện, ví dụ những mẫu đúc mắt cá hoặc cơ thể “thông minh” có thể cứng mềm khi cần thiết.

Và vật liệu này cũng có thể sử dụng trong thi hành pháp luật. “Hãy tưởng tượng một chiếc áo chống đạn chuyển đổi bằng điện mang lại cảm giác thoải mái khi mặc nhưng có thể chuyển sang chế độ chống đạn. Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng.”