Ảnh minh họa

Hiện nay, phần lớn nhựa trên thế giới vẫn được sản xuất từ dầu mỏ và khí đốt, kéo theo lượng phát thải carbon lớn cùng tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Rác thải nhựa rất khó phân hủy, tạo ra các hạt vi nhựa tồn tại lâu dài trong tự nhiên và ảnh hưởng đến hệ sinh thái cũng như sức khỏe con người.

Trong nhiều năm qua, các nhà khoa học đã nỗ lực phát triển các loại “nhựa sinh học” có nguồn gốc từ thực vật nhằm thay thế nhựa truyền thống. Tuy nhiên, phần lớn vật liệu này thường giòn, dễ gãy và khả năng chống ẩm hoặc ngăn oxy kém, khiến chúng khó đáp ứng yêu cầu của các ngành công nghiệp như bao bì thực phẩm hay sản xuất vật liệu bền.

Trong nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học đã tìm đến zein, , một loại protein tự nhiên có trong ngô và thường là phụ phẩm của quá trình chế biến ngô hoặc sản xuất ethanol. Điểm đáng chú ý là loại polyme sinh học này không chỉ bền, linh hoạt mà còn có khả năng phân hủy trong đất chỉ sau vài tuần. Bên cạnh đó, nhóm cũng nghiên cứu cách loài nhện tạo ra tơ để phát triển vật liệu mới.

Tơ nhện từ lâu được xem là một trong những vật liệu tự nhiên có độ bền kéo cao nhất thế giới, đồng thời vẫn nhẹ, dẻo và có khả năng phân hủy sinh học. Khi tạo tơ, nhện kiểm soát rất chặt chẽ độ axit, lượng nước và cách sắp xếp protein trong tuyến tơ để hình thành cấu trúc phân tử đặc biệt bền vững.

Lấy cảm hứng từ cơ chế đó, nhóm nghiên cứu không nung chảy hay xử lý protein ngô theo cách sản xuất nhựa thông thường, mà tái tổ chức các phân tử protein theo hướng tương tự quá trình tạo tơ nhện. Phương pháp này giúp các protein zein sắp xếp thẳng hàng và liên kết chặt chẽ hơn, từ đó tạo ra vật liệu có độ bền vượt trội.

Từ polyme mới, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được sợi, màng và các tấm mỏng, đồng thời đặt tên cho vật liệu này là “plantymer”.

Theo nhóm nghiên cứu, “plantymer” có khả năng chống nước và oxy hiệu quả, phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp tiềm năng. Đặc biệt, khoảng 80% vật liệu có thể phân hủy trong đất chỉ sau một tháng.

Dù vậy, các nhà khoa học lưu ý công nghệ này hiện vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và còn nhiều câu hỏi cần được giải đáp trước khi có thể thương mại hóa trên quy mô lớn.

Một trong những vấn đề quan trọng là khả năng mở rộng sản xuất ngoài phòng thí nghiệm, nguồn cung zein có đủ lớn mà không ảnh hưởng đến an ninh lương thực hay không, cũng như độ bền của vật liệu khi tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ và ánh sáng.

Dẫu còn nhiều thách thức, nhóm nghiên cứu đánh giá đây là một bước tiến đáng chú ý trong nỗ lực phát triển vật liệu bền vững. Theo các tác giả, nghiên cứu đã cho thấy quy trình xử lý protein lấy cảm hứng từ tơ nhện hoàn toàn có thể áp dụng cho các protein thực vật dồi dào như zein từ ngô để tạo ra thế hệ nhựa sinh học mới thân thiện với môi trường.