Theo nghiên cứu công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), các nhà khoa học đã phát hiện một loại vật liệu đặc biệt trong lớp lót tổ của ong cellophane, có tên khoa học là Colletes inaequalis. Vật liệu này có thành phần và đặc tính tương tự một số loại nhựa công nghiệp phổ biến, nhưng có khả năng phân hủy nhanh trong đất.

Khác với loài ong mật thường làm tổ thành từng đàn trên cây hoặc trong các hốc tự nhiên, ong cellophane thường đào tổ dưới lòng đất. Những cá thể ong cái tạo các khoang riêng biệt để đẻ trứng, sau đó phủ bên trong mỗi khoang một lớp màng mỏng được tiết ra từ tuyến trên bụng. Lớp màng này có tác dụng bảo vệ trứng và ấu trùng khỏi độ ẩm cũng như các vi sinh vật trong đất.

Từ lâu, các nhà khoa học đã biết lớp lót tổ của loài ong này được cấu tạo từ tơ và polyester. Tuy nhiên, đặc tính vừa bền chắc, vừa có khả năng phân hủy nhanh của vật liệu vẫn chưa được giải thích đầy đủ.

Để tìm hiểu cấu trúc và thành phần của vật liệu, nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Jonathan Coote thuộc Khoa Vật liệu sinh học bền vững, Đại học Virginia Tech (Mỹ), dẫn đầu đã thu thập các mẫu lớp lót tổ của ong Colletes inaequalis tại hai địa điểm ở bang Tennessee.

Nhóm nghiên cứu tiến hành phân tích thành phần hóa học, cấu trúc vật liệu, đồng thời theo dõi những mẫu đã nằm trong đất 4, 7 và 11 tháng để đánh giá quá trình phân hủy.

Kết quả cho thấy lớp lót tổ mới hình thành chứa khoảng 73% polyester và 27% tơ. Điều đặc biệt là polyester trong vật liệu này có cấu trúc bán tinh thể, với một số đặc điểm tương đồng với loại nhựa polyethylene được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bao bì và nhiều sản phẩm tiêu dùng.

Các phân tích cũng cho thấy những chuỗi polymer trong vật liệu có thể được liên kết chéo với nhau, tạo thành một mạng lưới hóa học có độ bền cao. Đây là đặc điểm thường thấy ở loại nhựa nhiệt rắn, loại vật liệu vốn khó phân hủy sau khi sử dụng.

Theo Phó Giáo sư Jonathan Coote, việc phát hiện một loại vật liệu có cấu trúc liên kết chéo nhưng vẫn phân hủy nhanh trong đất là điều đáng chú ý. Trong khi các nhà khoa học gặp nhiều khó khăn khi phát triển nhựa nhiệt rắn có khả năng phân hủy sau khi hết vòng đời sử dụng, loài ong này đã tạo ra được vật liệu đáp ứng cả hai đặc tính.

Theo dõi quá trình phân hủy, nhóm nghiên cứu nhận thấy sau 4 tháng nằm trong đất, tỷ lệ polyester trong lớp lót tổ giảm xuống còn khoảng 40%. Dù vậy, vật liệu vẫn giữ được độ linh hoạt và tính nguyên vẹn, đủ khả năng bảo vệ ấu trùng trong giai đoạn đầu phát triển.

Đến tháng thứ 7, khi ấu trùng chuẩn bị trưởng thành, lớp màng bắt đầu xuất hiện các vết nứt và dễ vỡ hơn. Sau 11 tháng, vật liệu gần như vụn nát hoàn toàn khi cầm trên tay.

Kết quả này cho thấy lớp lót tổ có khả năng duy trì độ bền trong khoảng thời gian cần thiết để bảo vệ ong con, sau đó dần phân hủy mà không tồn tại lâu dài trong môi trường.

Hiện các nhà khoa học tiếp tục tìm hiểu cơ chế giúp vật liệu phân hủy nhanh. Một giả thuyết được đưa ra là cấu trúc tinh thể đặc biệt của polyester khiến các liên kết hóa học dễ tiếp xúc hơn với những tác nhân phân hủy trong đất.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện dấu hiệu của một loại enzyme có khả năng phá vỡ các liên kết trong vật liệu. Enzyme này có thể bắt nguồn từ nước bọt của ong mẹ và góp phần thúc đẩy quá trình phân hủy.

Theo Phó Giáo sư Jonathan Coote, nhóm nghiên cứu hướng tới giải mã cơ chế tự nhiên mà loài ong sử dụng để tạo ra vật liệu này. Từ đó, các nhà khoa học có thể tái tạo cấu trúc tương tự trong phòng thí nghiệm, tiến tới phát triển những loại nhựa sinh học vừa bảo đảm độ bền trong quá trình sử dụng, vừa có khả năng phân hủy sau khi hết vòng đời.

Việc nghiên cứu vật liệu do ong tạo ra không chỉ giúp làm rõ một cơ chế sinh học đặc biệt trong tự nhiên mà còn cung cấp thêm hướng tiếp cận cho bài toán phát triển vật liệu thay thế nhựa truyền thống, vốn đang gây áp lực lớn đối với môi trường.