Các nhà khoa học tạo vật liệu từ ngô có thể thay thế nhựa

Theo nghiên cứu được trên tạp chí Nature Communications, các polyme sinh học từ thực vật từ lâu được xem là giải pháp thân thiện môi trường, nhưng hiệu suất vật liệu thấp khiến chúng khó được ứng dụng rộng rãi.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã nghiên cứu cách nhện tạo ra tơ sinh học có độ bền cao, sau đó áp dụng cơ chế tương tự để xử lý protein zein – một loại protein có trong ngô – nhằm tạo ra vật liệu mới mang tên “plantymer”.

Các sợi và màng plantymer tạo ra có độ cứng tương đương lụa, đồng thời có khả năng ngăn hơi ẩm và oxy khá tốt.

Nhóm nghiên cứu cho biết phương pháp xử lý lấy cảm hứng từ tơ nhện có thể áp dụng cho các loại protein thực vật phổ biến với số lượng lớn như zein từ ngô.

Dự án có sự tham gia của các nhà khoa học từ Đại học Nông nghiệp Nam Kinh, Đại học Giang Nam và Đại học Hồng Kông ở Trung Quốc đại lục, cũng như Đại học Amsterdam và Đại học Wageningen ở Hà Lan.

Nghiên cứu xuất hiện trong bối cảnh ngành sản xuất nhựa toàn cầu đối mặt nhiều sức ép do xung đột Iran và các vấn đề tại eo biển Hormuz ảnh hưởng tới nguồn nhiên liệu hóa thạch.

Trong khi đó, ô nhiễm nhựa tiếp tục là vấn đề lớn trên toàn cầu. Theo Liên hợp quốc, thế giới sản xuất hơn 400 triệu tấn nhựa mỗi năm, khoảng một nửa trong số đó là nhựa dùng một lần như bao bì thực phẩm.

Dưới 10% lượng nhựa dùng một lần được tái chế. Khoảng 11 triệu tấn rác nhựa trôi ra sông, hồ và đại dương mỗi năm, gây tích tụ vi nhựa trong hệ sinh thái.

Các polyme sinh học từ thực vật được xem là một hướng đi tiềm năng nhằm giảm phụ thuộc vào nhựa khó phân hủy.

Theo nhóm nghiên cứu, vật liệu sinh học có nguồn gốc thực vật thường dễ phân hủy và tương thích sinh học tốt hơn vật liệu tổng hợp, nên phù hợp cho các ứng dụng liên quan tới thực phẩm và thiết bị y tế.

Tuy nhiên, điểm yếu lớn nhất của chúng là độ bền thấp, khả năng chống khí và hơi ẩm chưa tốt, cũng như chất lượng chưa ổn định.

Protein zein từng được sử dụng trong sản xuất vật liệu từ nhiều thập kỷ trước. Vào những năm 1950, một loại vải mang tên Vicara được sản xuất từ zein từng được bán để may quần áo.

Nhưng loại vật liệu này dần biến mất vì độ bền kém hơn các loại sợi tổng hợp làm từ dầu mỏ. Để cải thiện đặc tính của zein, nhóm nghiên cứu đã áp dụng quy trình mô phỏng cách nhện xử lý protein thành tơ.

Các nhà khoa học thử nghiệm màng zein như vật liệu bao gói thực phẩm và nhận thấy chuối được bọc bằng loại màng này bị thâm ít hơn so với chuối không đóng gói.

Ngoài bao bì thực phẩm, nhóm nghiên cứu cho rằng vật liệu mới còn có thể dùng trong kỹ thuật mô sinh học và nhiều lĩnh vực khác.

Một điểm đáng chú ý khác là khả năng phân hủy của plantymer. Trong môi trường đất tự nhiên mô phỏng, từ 60% đến 80% màng zein phân hủy chỉ sau khoảng một tháng.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này không chỉ giới hạn ở protein ngô. Các loại protein thực vật khác như protein đậu nành cũng có đặc tính tương tự và có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu sinh học phân hủy được.

Nhóm tác giả cho rằng nghiên cứu của họ mở ra một phương pháp chung để tận dụng nhiều loại protein thực vật dồi dào nhằm tạo ra màng và sợi sinh học bền vững với hiệu suất cao hơn trước đây.