Vật liệu sinh học dần nổi lên như một giải pháp hữu hiệu để thay thế cho các vật liệu nhựa, vật liệu công nghiệp,… gây ô nhiễm môi trường. Vậy vật liệu sinh học là gì và chúng có những ứng dụng gì trong đời sống? Hãy cùng theo dõi trong bài viết dưới đây.

1. Vật liệu sinh học là gì?

Vật liệu sinh học là chất hoặc hợp chất có nguồn gốc từ thực vật (gỗ, tre,…) hoặc vi sinh vật (tảo, nấm,…) được con người sử dụng để chế tạo, sản xuất ra những sản phẩm khác. Chi phí sản xuất sản phẩm từ vật liệu sinh học khá phải chăng. Sau khi kết thúc vòng đời của mình, chúng có thể được trả về với thiên nhiên để cung cấp dưỡng chất cho đất.

Trong lĩnh vực y tế, vật liệu sinh học được định nghĩa là bất kỳ chất hoặc hợp chất nào (không phải là thuốc) có nguồn gốc tổng hợp hoặc tự nhiên, được dùng để điều trị, tăng cường chức năng hoặc thay thế mô, cơ quan hoặc chức năng của cơ thể. Vật liệu sinh học được sử dụng trong các thiết bị y học hoặc tiếp xúc trực tiếp với hệ sinh học.

Vật liệu sinh học là gì
Vật liệu sinh học là gì?

2. Ứng dụng của vật liệu sinh học trong lĩnh vực y tế

Một vật liệu sinh học phải tương thích sinh học (sinh vật phải chấp nhận nó), có tính ổn định hóa học (không suy giảm theo thời gian), có sức đề kháng cơ học (để không bị phá vỡ) và thiếu độc tính (để không làm hỏng các bộ phận khác của cơ thể ).

Trong lĩnh vực y tế, vật liệu sinh học có thể là vật liệu tự nhiên. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, chúng có thể có nguồn gốc nhân tạo. Cụ thể, dựa vào tiêu chỉ bản chất của vật liệu, có thể phân chia thành các nhóm như sau:

  • Vật liệu sinh học kim loại: Đây là những loại vật liệu được tạo ra để cấy ghép và phục hình, đòi hỏi khả năng hỗ trợ trọng lực cao. Ví dụ điển hình cho loại vật liệu sinh học này là chân giả, các khớp chân tay,… Cấu tạo nên chúng có thể bao gồm các hợp kim của titan, crom hoặc coban,…
  • Vật liệu sinh học gốm hoặc bioceramic: Loại vật liệu sinh học này được sử dụng để định hình các bộ phận giả hoặc cấy ghép nha khoa và phẫu thuật chỉnh hình.
  • Vật liệu sinh học cao phân tử: Nhóm vật liệu sinh học này được sử dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực, chủ yếu là trong cấy ghép phẫu thuật.

Dù có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp, vật liệu sinh học trong lĩnh vực y tế phải đảm bảo các yêu cầu bao gồm: Tương thích sinh học (sinh vật chấp nhận), tính ổn định hóa học (không suy giảm theo thời gian), sức đề kháng cơ học (đảm bảo không bị phá vỡ cấu trúc) và không có độc tính để đảm bảo không phá hủy các bộ phận khác của cơ thể.

Khi một mô hoặc cơ quan của cơ thể bị hư hỏng, hoàn toàn có thể khôi phục chức năng hoặc thay thế bằng các vật liệu sinh học. Những vật liệu sinh học này có thể đảm nhiệm chức năng của các mô mà nó thay thế, có thể tiếp xúc với dịch cơ thể mà không bị suy giảm.

Từ vật liệu sinh học, có thể sản xuất được chân tay giả, khớp xương, máy tạo nhịp tim hoặc cấy ghép nha khoa, phẫu thuật. Tuy nhiên trong một số trường hợp nghiêm trọng, vật liệu sinh học không thể thay thế hoàn toàn chức năng phát triển của các cơ quan hoặc mô.

Vật liệu sinh học được ứng dụng phổ biến tong lĩnh vực y tế

3. Ứng dụng của vật liệu sinh học trong ngành xây dựng

Vật liệu sinh học được tạo ra từ nguồn gốc tự nhiên góp phần giải quyết vấn đề chất thải và ô nhiễm, tái tạo cuộc sống xanh. Bên cạnh đó, chi phí để sản xuất sản phẩm từ loại vật liệu này tương đối thấp, chất thải sau khi hết vòng đời có thể trả lại thiên nhiên và cung cấp chất dinh dưỡng cho đất. Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng và phổ biến của vật liệu sinh học trong ngành xây dựng.

a. Tấm cách nhiệt bằng sợi nấm

Sợi nấm được sử dụng để sản xuất tấm cách nhiệt nhờ ưu điểm có thể phân hủy sinh học và có chứa kittin – chất chống cháy tự nhiên. Bên cạnh đó, nấm có thể trồng khá dễ dàng trên các phế thải nông nghiệp, ăn mùn cưa và hấp thụ carbon trong suốt quá trình sinh trưởng. Bên cạnh tấm cách nhiệt, sợi nấm còn được sử dụng để sản xuất tấm tiêu âm hay sản phẩm lát sàn,…

b. Vật liệu từ đất

Ứng dụng của vật liệu sinh học có nguồn gốc từ đất trong lĩnh vực xây dựng có thể kể đến như sản phẩm gạch không nung. Để gia tăng độ bền và khả năng chịu lực của sản phẩm, các nhà sản xuất thường bổ sung thêm cỏ, rơm rạ hay các loại sợi cắt nhỏ khác. Chính vì vậy, các sản phẩm xây dựng làm từ loại vật liệu này có khả năng cách nhiệt rất cao.

Việc thay thế vật liệu xây dựng không nung bằng sản phẩm sản xuất từ vật liệu sinh học giúp giảm thiểu phát thải khí gây ô nhiễm môi trường, làm trầm trọng hơn hiệu ứng nhà kính. Hơn thế nữa, loại vật liệu này có khả năng phân hủy sinh học nên tiết kiệm được một khoản chi phí đáng kể cho việc xử lí phế thải công nghiệp, đem lại hiệu quả phúc lợi xã hội lớn.

Gạch không nung với chất lượng tốt và thân thiện với môi trường

c. Bê tông tự phục hồi

Bê tông thông thường được tạo nên bằng cách kết hợp các loại vật liệu xây dựng như cát, đá vôi,… với vật liệu kết dính như xi măng. Thành phẩm tuy khá chắc chắn, bền và chịu lực tốt nhưng có thể gặp tình trạng rạn nứt theo thời gian hoặc, các thanh cốt thép có thể bị hư hại do môi trường khắc nghiệt hoặc tiếp xúc với hóa chất.

Để chống lại các tác động tiêu cực này, bê tông tự phục hồi đã ra đời thông qua việc khai thác các vi khuẩn không gây hại và ưa nhiệt độ như Bacillus pseudofirmus, Sporosarcina pasteurii và trộn vào bê tông tiêu chuẩn để giúp chúng trở nên bền vững hơn. Khi chúng tiếp xúc với nước, các vi khuẩn bắt đầu phát triển và tạo ra đá vôi giúp ổn định cấu trúc, chống nứt và chống ảnh hưởng từ độ ẩm.

Bên cạnh đó, bê tông tự phục hồi còn được sản xuất bằng cách nhúng vi khuẩn lam Synechococcus quang hợp vào khuôn bằng hydrogel kết hợp cùng cát để hấp thụ CO2 và ánh sáng để lấp đầy khuôn, tạo nên cấu trúc giống bê tông.

4. Ứng dụng của vật liệu sinh học trong sản xuất bao bì hóa mỹ phẩm

Trong nỗ lực chống lại rác thải nhựa, một số thương hiệu làm đẹp đang sử dụng vật liệu sinh học để sản xuất nhựa sinh học làm bao bì sản phẩm. Điều này giúp hạn chế đáng kể tác động xấu của nhựa lên sức khỏe người sử dụng cũng như môi trường sống. Dưới đây là một số thành phẩm bao bì hóa mĩ phẩm có nguồn gốc từ vật liệu sinh học.

a. Bao bì sợi nấm

Sợi nấm là vật liệu phố biến nhất được sử dụng để sản xuất bao bì sản phẩm của các thương hiệu làm đẹp. Chúng có thể chế tạo thành một chất kết dính đặc biệt, cấu thành nên một loại vật liệu bền hơn bê tông, cách nhiệt tốt và tạo hình linh hoạt hơn cả sợi thủy tinh.

Nấm có thể kết hợp với một số phụ gia công nghiệp và phế phẩm nông nghiệp để tạo thành một hỗn hợp đặc biệt, vừa có thể làm vật liệu xây dựng, laij có thể thau thế bao bì ni lông và không gây ô nhiễm môi trường. Phương pháp sản xuất cụ thể như sau: sợi nấm được tách ra từ cấu trúc sinh dưỡng cây nấm, đóng vai trò như một chất kết dính tự nhiên liên kết các phế phẩm nông nghiệp một cách chặt chẽ, tạo thành một loại chấy dẻo sinh học.

Bao bì sợi nấm hứa hẹn là sản phẩm thay thế hữu hiệu cho ni lông và nhựa công nghiệp

b. Bao bì tự phân hủy

Bao bì tự phân hủy được sản xuất từ bột gỗ và một loại dung môi có thể phân hủy sinh học để tạo thành hỗn hợp polymer hữu cơ và cenllulozo liên hết với hydro, sau đó đúc thành nhựa sinh học. Nhờ đó, loại bao bì này có thể phân hủy nhanh, thậm chí có khả năng trở về trạng thái hỗn hợp sệt ban đầu và cho phép con người tái tạo dung môi thành sản phẩm mới.

c. Bao bì thạch

Thạch được sử dụng để chế tạo bao bì là loại thạch trắng – một chất gelatin có thể dễ dàng tìm thấy trong tảo biển. Để tạo nên sản phẩm, thạch được hòa tan trong nước sôi và đổ vào khuôn, đợi dung dịch đông đặc và làm đông lạnh chúng trong vòng 2 ngày. Sau đó, hỗn hợp được làm tan băng và sấy khô hoàn toàn. Bao bì sản xuất từ thạch có thể phân hủy mà không làm hại đến môi trường, hơn nữa còn có thể sử dụng để làm gia tăng khả năng giữ nước nếu trộn với đất trồng.

Trên đây là bài viết về chủ đề vật liệu sinh học và những ứng dụng quan trọng của chúng trong một số lĩnh vực của đời sống. Hy vọng rằng chúng sẽ giúp ích cho bạn.