Kỹ sư Việt tại Mỹ sáng chế khẩu trang sinh học tự phân hủy hiệu quả như N95

Đại dịch Covid-19 diễn biến phức tạp toàn cầu tạo nên nhu cầu "khổng lồ" về khẩu trang. Và dĩ nhiên, kèm với đó là những đống rác thải không phân hủy vì khẩu trang y tế dùng một lần đa phần làm từ polymer tổng hợp.

Mới đây, PGS.TS Nguyễn Đức Thành (sinh ra và lớn lên ở Đà Nẵng) đang nghiên cứu và giảng dạy tại Khoa Cơ khí và Khoa Kỹ thuật y sinh, trường Đại học Connecticut (Mỹ) - người từng được Viện Sức khỏe quốc gia Mỹ tôn vinh là "Người mở đường" cho các nhà nghiên cứu trẻ đã sáng chế thành công loại khẩu trang sinh học tự phân hủy để giải quyết bài toán môi trường.

Đáng chú ý, khẩu trang có hiệu quả lọc bụi gần như tương đương loại khẩu trang cao cấp KN95 hay N95 nhưng lại có nhiều tính năng đột phá hơn.

PV Dân trí có cuộc phỏng vấn độc quyền với TS Nguyễn Đức Thành về sản phẩm khẩu trang đột phá ra đời trong mùa đại dịch Covid-19 đang gây tiếng vang trong cộng đồng khoa học của anh.

PV: Thực tiễn luôn đặt ra bài toán cho các nhà nghiên cứu khoa học. Vậy thực tiễn nào đã thôi thúc anh sản xuất khẩu trang sinh học tự phân hủy?

TS Nguyễn Đức Thành: Dịch Covid-19 thật sự đã ảnh hưởng rất lớn đối với tất cả mọi người. Với mình và cả nhóm nghiên cứu vốn chuyên về công nghệ y sinh, tất cả đều luôn luôn thôi thúc bản thân và cam kết để làm hết những gì có thể, góp sức trí tuệ và nhân lực để chống lại dịch bệnh này.

Ngay từ những ngày đầu của dịch, nước Mỹ đã trải qua một giai đoạn khủng hoảng như bao nước khác khi người dân tranh thủ mua và tích trữ các thiết bị y tế, đặc biệt là khẩu trang, dẫn đến tình trạng cạn kiệt như khẩu trang cho các nhân viên y tế. Cũng không ít người dân thường không thể mua nổi khẩu trang để bảo vệ chính mình và gia đình trong mùa dịch.

Đến khi nguồn cung cấp khẩu trang được cải thiện, một sự việc đáng buồn là hàng triệu khẩu trang y tế chỉ dùng được một lần đã bị vứt bỏ tràn lan trong cộng đồng. Mình có thể nhìn thấy những rác thải không phân hủy này trên vỉa hè, sân chơi, công viên, trường học, v.v… đâu đâu cũng có.

Những khẩu trang y tế đa phần làm từ polymer tổng hợp tương tự như những bao nylon, sẽ mãi mãi không bao giờ phân hủy. Theo thời gian và sự cần thiết của khẩu trang, vấn đề này sẽ tạo ra hàng tỷ tấn chất thải không phân hủy và gây ra một hiểm họa to lớn cho môi trường.

Thêm một lý do nữa về mặt chất lượng, các khẩu trang y tế mặc dù giúp ích được phần nào, không thể có khả năng cản vi khuẩn, virus và các bụi mịn đủ tốt như những khẩu trang cao cấp như KN95 hay N95 (tức là 95% hiệu quả lọc vi hạt).

Chú ý rằng dòng khẩu trang N95 mặc dù hiệu quả trong việc lọc, lại rất đắt đỏ, chỉ cũng có thể dùng một lần duy nhất trước khi vứt bỏ và cũng không thể tự phân hủy như các khẩu trang y tế thông thường.

Với ý tưởng tạo nên một khẩu trang có khả năng lọc tốt hơn các khẩu trang y tế thông thường với tính hiệu quả gần như khẩu trang N95, nhưng có khả năng tái sử dụng sau khi được khử trùng lại bằng những biện pháp đơn giản thông thường (như sử dụng nồi hấp: autoclave, hay dùng biện pháp rung siêu âm: ultrasound), và đặc biệt là nó có thể tự phân hủy sau khoảng vài năm sử dụng, nhóm nghiên cứu của mình ở Đại học Connecticut (Mỹ) đã cùng nhau bàn bạc.

- Cơ chế hoạt động của sản phẩm là gì, thưa anh?

Cả nhóm đã nảy ra ý tưởng sử dụng một tấm màn polymer tự tiêu, một vật liệu mà nhóm đã phát minh ra trong khoảng 2-3 năm trở lại đây (tấm màn nanofiber này đã được nhóm trình bày trên tạp chí khoa học lớn), để làm ra một loại khẩu trang có khả năng tự tiêu hủy nhưng lại có thể tái sử dụng trong một khoảng thời gian dài và có thể lọc virus, vi khuẩn và bụi bẩn gần như tương tự với khẩu trang N95.

Một khẩu trang như vậy sẽ giải quyết được nhu cầu khan hiếm về khẩu trang, về chất lượng và đồng thời giải quyết được một vấn nạn lớn cho môi trường.

- Nhóm mất bao lâu để sản xuất ra sản phẩm? Các cộng sự của anh là ai?

Nhóm đã làm ra mẫu sản phẩm (prototype) cho khẩu trang này trong phòng thí nghiệm, nhưng để sản xuất đại trà với quy mô lớn, nhóm nghiên cứu đang làm việc với các công ty chuyên về khẩu trang và sản xuất để có thể thương mại hóa sản phẩm với giá thành rẻ và đưa sản phẩm rộng rãi đến tay người sử dụng. Hy vọng sẽ trong vòng 1-2 năm nữa.

Nhóm nghiên cứu cũng đang chuẩn bị thiết lập một startup để sản xuất những sản phẩm dựa trên tấm nanofiber chỉ tự tiêu này. Sản phẩm đầu tiên của startup này sẽ là khẩu trang tự tiêu mà mình đang đề cập ở đây. Nhưng công ty sẽ không dừng lại ở đó mà sẽ sản xuất những thiết bị và các medical implanted devices (thiết bị y tế cấy ghép) khác, như cảm biến tự phân hủy trong cơ thể, màn polymer để chữa bệnh viêm nha chu, các mô giả cho y học tái tạo, và các miếng dán da để đưa vaccine vào cơ thể mà không cần những lần tiêm khác nhau...

Trong nhóm nghiên cứu của mình ở UConn, các bạn học sinh phải rất độc lập trong công việc và nghiên cứu mặc dù vẫn có sự hướng dẫn của mình. Chính vì thế môi trường làm việc tạo điều kiện cho các bạn luôn phát huy những ý tưởng mới. Và ý tưởng về sử dụng màn polymer áp điện tự tiêu cho khẩu trang cũng xuất phát từ thảo luận của các bạn sinh viên trong lab.

Dưới sự hướng dẫn của mình, dự án được thực hiện trực tiếp bởi một nhóm sinh viên giỏi trong đó có Eli Cury (một sinh viên Mỹ vừa tốt nghiệp tiến sĩ và đang theo làm sau tiến sĩ tại đại học John Hopskins); Thịnh Lê và Trà Nguyễn (hai sinh viên Việt Nam đang nghiên cứu tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của mình).

- Đâu là tính đột phá, cạnh tranh của sản phẩm so với các sản phẩm khẩu trang khác trên thị trường?

Tính chất đột phá trong sản phẩm này là việc nhóm đã sử dụng một lớp màn tạo nên bởi các sợi vô cùng nhỏ ở kích thước nano (1 nanometer = 1/1000000000 m) của một loại polymer được sử dụng rộng rãi trong y học để làm chỉ tự tiêu. Đặc biệt là tấm màng nano này có khả năng tạo nên điện tích vô cùng nhỏ dưới các áp lực, đây được gọi là tính "áp điện" (piezoelectric effect) của vật liệu.

Vào năm 2018, Nguyen Lab ở UConn là nhóm nghiên cứu đầu tiên đã công bố việc tạo nên những tấm polymer điện áp có khả năng tự tiêu hủy này cho các ứng dụng như cảm biến tự tiêu có thể cấy ghép vào cơ thể đo đạc những nội áp quan trọng và rồi tự phân hủy mà không cần một lần phẫu thuật khác để lấy thiết bị này ra.

Chính dựa trên tính áp điện này, màn nano polymer này khi sử dụng làm khẩu trang có thể tự tạo nên một lớp điện áp nhỏ bất cứ lúc nào có một dòng không khí tương tác (ví dụ từ hơi thở của con người hoặc khi bệnh nhân hắt hơi hay ho).

Lớp điện áp này (mặc dù vô cùng nhỏ) sẽ tạo nên một lớp bảo vệ vô hình ngăn chặn sự xâm nhập của các hạt nước nhỏ tích điện mang theo virus và vi khuẩn. Điều này làm cho hiệu quả lọc của tấm màng xấp xỉ gần bằng với khẩu trang chuyên dụng N95.

Một tính chất đặc biệt nữa là chúng tôi đã thử nghiệm và thấy rằng tính chất áp điện này không bị mất đi khi tấm màng được khử trùng hay khử khuẩn bằng những phương pháp sử dụng nhiệt độ cao và áp suất cao hay bằng việc rung siêu âm.

Những công nghệ khử trùng này có thể tìm thấy trong thiết bị ở nhà như nồi hấp hay thiết bị rửa đồ trang sức. Điều này cho phép khẩu trang, sử dụng tấm màng lọc này, có thể được tái sử dụng nhiều lần, không như khẩu trang N95 khi bạn chỉ có thể dùng một lần duy nhất.

- Anh dự định đăng ký bằng sáng chế và thương mại hóa sản phẩm ra sao?

Tất cả các bằng sáng chế của phòng thí nghiệm được trường đại học đăng kí trên phạm vi toàn cầu và như đã nói ở trên, phòng thí nghiệm của mình đang tiến hành thành lập một startup để thương mại hóa những sản phẩm nghiên cứu này. Cũng rất hy vọng một ngày không xa, những sản phẩm nghiên cứu của mình sẽ có mặt ở Việt Nam.

Cảm ơn PGS.TS đã chia sẻ!