Nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Thủ Dầu Một vừa thành công trong việc tạo ra vật liệu da sinh học từ cellulose vi khuẩn kết hợp với sợi nấm có các đặc tính tương tự da động vật, có thể được ứng dụng trong sản xuất giày da.

Dự án phát triển da sinh học này bắt đầu từ năm 2019, khi nhóm nghiên cứu hợp tác cùng Công ty Khoa học Công nghệ Vũ Môn. Các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ lên men sản phẩm nông nghiệp để tạo ra vật liệu thay thế da động vật. Quy trình sản xuất da sinh học trải qua ba bước: nuôi cấy tấm cellulose, kết hợp cellulose với sợi nấm, và cuối cùng là thuộc nhuộm da.

Nhân giống nấm để tạo da sinh học.

Theo nhóm nghiên cứu, thách thức lớn nhất trong quá trình phát triển là tạo ra môi trường phù hợp để vi khuẩn và nấm có thể cùng phát triển. Để nuôi cấy, nhóm sử dụng các chất dinh dưỡng như mật mía, phân bón diammonium phosphate, amoni sulfat, axit axetic, nước dừa, canxi cacbonat và nước khử ion, nhằm đảm bảo sự phát triển tối ưu của vi khuẩn và nấm.

Sau khi quá trình nuôi cấy hoàn tất, tấm vật liệu lai giữa sợi nấm và cellulose vi khuẩn (HMC) sẽ được xử lý qua hai giai đoạn: tiếp xúc với nước sôi và dung dịch natri hydroxit ấm để loại bỏ tạp chất và gia tăng độ bền, trước khi sấy khô. Sau ba năm nghiên cứu, nhóm đã cho ra đời sản phẩm da sinh học hoàn chỉnh, sẵn sàng ứng dụng trong sản xuất giày da.

PGS Nguyễn Thị Liên Thương, cố vấn nhóm nghiên cứu, cho biết da sinh học đang được phát triển tại nhiều quốc gia, nhưng chất lượng và độ bền của sản phẩm còn hạn chế. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã khắc phục những nhược điểm này bằng cách phát triển kỹ thuật lai sợi nấm với cellulose vi khuẩn, kết hợp công nghệ nano để tăng cường tính bền vững.

Vật liệu da sinh học này không chỉ có nguồn gốc từ các phế phẩm nông nghiệp như vỏ trái cây và mật rỉ đường, mà còn có đặc tính tương tự da động vật: bền, dẻo và không thấm nước. Sản phẩm này có thể được ứng dụng trong sản xuất giày da, túi xách và nội thất xe điện. Thành công này đã giúp nhóm nghiên cứu nhận được bằng sáng chế Mỹ vào năm 2022.

PGS Thương chia sẻ rằng nhóm đã phải đối mặt với hàng trăm thử nghiệm thất bại trước khi tìm ra phương pháp tối ưu. Một trong những thách thức lớn là tạo điều kiện để vi khuẩn và nấm có thể cùng phát triển, vì vi khuẩn sinh cellulose cần môi trường có độ pH thấp, trong khi nấm lại không thể phát triển trong môi trường này.

Kết quả thử nghiệm tại Nhà máy thuộc da ISA Tantec (Mỹ) cho thấy vật liệu HMC đáp ứng các tiêu chuẩn về độ bền kéo, uốn, khả năng chống nước, tia UV, độ mòn và tỷ lệ phân hủy sinh học. Thử nghiệm phân hủy sinh học trong môi trường đất cũng cho thấy vi khuẩn có thể phân hủy hoàn toàn các thành phần tự nhiên của da.

Da nấm khuẩn trong đĩa nuôi cấy.

So với các sản phẩm da truyền thống, kỹ thuật lai nấm và công nghệ nano đã giúp tạo ra một vật liệu bền, chịu lực tốt, đáp ứng tiêu chuẩn thay thế da động vật. Đặc biệt, quy trình sản xuất không sử dụng hóa chất độc hại, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường so với ngành công nghiệp da truyền thống.

Ông Reiner Hengstmann, Giám đốc toàn cầu về môi trường của Puma, nhận định da sinh học này có khả năng ứng dụng cao nhờ độ bền chắc và tiêu chuẩn sản xuất đạt yêu cầu trong ngành công nghiệp. Các phế phẩm nông nghiệp được sử dụng để sản xuất da sinh học cũng mang lại giá trị nhân văn, giải quyết các vấn đề môi trường.

Bà Phan Lê Diễm Trang, Phó Chủ tịch Hiệp hội Dệt may Việt Nam, cho biết da sinh học từ cellulose vi khuẩn và sợi nấm có giá thành hợp lý, giúp giảm thiểu việc giết hại động vật. Đồng thời, sản phẩm này thân thiện với môi trường và có thể điều chỉnh chất lượng và độ dày theo yêu cầu sản xuất.