Vật liệu cứng tự liền lại khi bị xước, tương lai cho y khoa và màn hình điện thoại

Vật liệu cứng tự liền lại khi bị xước, tương lai cho y khoa và màn hình điện thoại
Theo: zknight Theo Trí Thức Trẻ
Thể loại: Khoa Học Công Nghệ
Dùng dao cắt và giấy nhám đánh, nó vẫn lành lại nguyên vẹn.

Vào năm 1941, đâu đó trên dãy Alps có một người đàn ông đang dắt chó đi dạo: George de Mestral khi ấy còn là một kỹ sư người Thụy Sĩ, và con đường trên Alps thì đầy những cây ngưu bàng mọc dại. Vuốt ve bộ lông của chú chó, Mestral phát hiện nó bị bám đầy bởi những quả ngưu bàng có gai móc.

Nhưng cũng chính buổi đi dạo ngày hôm ấy đã dẫn đường cho 15 năm nghiên cứu của Mestral, cho tới khi anh xin cấp được bằng sáng chế, thành lập công ty và sản xuất hàng tỷ miếng dán Velcro mỗi năm.

Những miếng dán Velcro hóa ra được lấy cảm hứng từ quả ngưu bàng bám trên bộ lông chó

Những miếng dán Velcro hóa ra được lấy cảm hứng từ quả ngưu bàng bám trên bộ lông chó

Câu chuyện của Mestral có lẽ là ví dụ điển hình nhất cho biomimicry, hay còn gọi là bắt chước và ứng dụng những “bản thiết kế” của tự nhiên vào đời sống.

Khi con người chịu khó quan sát thiên nhiên nhiều hơn, chúng ta cũng học được nhiều hơn từ đó. Kết quả là keo dán vết thương trong phẫu thuật ra đời từ việc quan sát dịch nhày của sò, các bề mặt chống nước, chống bụi lấy cảm hứng từ lá sen và các loại sợi siêu bền mà chúng ta có thực ra đã bắt chước tơ nhện.

Gần đây nhất, trong một nghiên cứu trên tạp chí ACS Nano, các nhà khoa học đã lại một lần nữa ‘biomimicry’, khi tạo ra một polyme tự hồi phục, bắt chước da người nhưng lại cứng như men răng.

"Chúng tôi luôn ngạc nhiên trước sức mạnh của tự nhiên, bởi tự nhiên luôn tạo ra được các cấu trúc phức tạp bằng một cách tao nhã nhất”, Ming Yang, tác giả chính của nghiên cứu này, hiện đang là giáo sư tại Viện Công nghệ Harbin, Trung Quốc cho biết.

Bằng cách mô phỏng da người, Yang và các đồng nghiệp của mình đã tạo ra được một loại vật liệu polyme vừa cứng nhưng lại có khả năng tự chữa lành chính nó.

Mọi chuyện lại bắt đầu từ việc quan sát, lần này là những vết xước nhỏ trên da. Khi lớp biểu bì ngoài cùng bị rách, sau một thời gian, vết thương sẽ tự lành lại như ban đầu mà không để lại sẹo. Đó là vì các tế bào từ lớp da bên dưới đã dần di chuyển lên phía trên biểu bì, hàn gắn vết xước, cứng lại và trở thành các tế bào chết, che chắn cho lớp tế bào da sống bên dưới.

Mặc dù có cơ chế tự chữa lành hoàn hảo, nhưng da của chúng ta không cứng lắm. Nó chắc chắn không thể cứng bằng men răng, nhưng răng thì lại không thể tự chữa lành được. Tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra khi những vết sâu răng có thể tự động lành lại?

Điều gì sẽ xảy ra khi những vết sâu răng, vỡ răng có thể tự động lành lại?

Điều gì sẽ xảy ra khi những vết sâu răng, vỡ răng có thể tự động lành lại?

Giáo sư Yang và các đồng nghiệp của mình đã theo đuổi ý tưởng kết hợp hai tính chất ưu việt của da và men răng. Họ đã tạo ra được một vật liệu polyme cứng nhưng vẫn có khả năng tự chữa lành. Nó có nguồn gốc từ rượu polyvinyl (PVA), một polymer tổng hợp đã được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, từ làm mồi câu cá đến thuốc nhỏ mắt và acid tannic, được dùng để đánh bóng đồ gỗ và gạn cặn bia.

Tất cả các ứng dụng của PVA đều thân thiện với môi trường, giáo sư Yang nói. Ông và các đồng nghiệp mô tả nó như một vật liệu "sống", và nó hoạt động như lớp da sống dưới biểu bì của bạn. Còn để có lớp vật liệu cứng và chết như phần trên biểu bì, giáo sư Yang đã dùng oxyt graphene, một vật liệu thường làm điện cực cho các loại pin.

Tuy nhiên, không phải chỉ ghép hai vật liệu một cứng một mềm này lại với nhau, là nó đã có khả năng tự phục hồi. “Nếu đơn giản chỉ xếp chồng hai lớp này lên nhau, kết quả bạn có chỉ là một miếng vật liệu dày hơn mà thôi”, giáo sư Yang nói.

Cấu trúc đòi hỏi sự phức tạp hơn nhiều: các lớp hỗn hợp của polyme và liên kết giữa chúng phải cho phép sự tương tác diễn ra và đáp ứng với quá trình tự sửa chữa hư hại. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra hiệu ứng này bằng phương pháp lắp ráp phân tử, một kỹ thuật định vị các phân tử một cách chính xác để kiểm soát được phản ứng hóa học của chúng.

Mô phỏng các lớp tế bào sừng ngày càng dày và cứng hơn khi gần bề mặt da hơn, lớp vật liệu của giáo sư Yang cũng có lượng oxyt graphene được phân bổ dày đặc hơn theo từng lớp một.

Cấu trúc vật liệu mô phỏng tính chất dày sừng của da người

Cấu trúc vật liệu mô phỏng tính chất dày sừng của da người

Khi vật liệu bị hư hại, PVA và các phân tử axit tannic có thể tràn vào các khu vực bị hư hỏng, kéo nó lên bởi một mạng lưới các liên kết hydro. Độ cứng của lớp trên sẽ bẫy các polyme bên dưới nó.

Kết quả mà giáo sư Yang và các đồng nghiệp đạt được là một vật liệu có độ cứng kỷ lục, 31,4 Gpa, tương đương một lực 31.400 N trên mỗi 1 mm2. Trong so sánh, men răng nhân tạo sử dụng công nghệ nano có độ cứng chỉ nhỉnh hơn một chút, ở mức 39,8 Gpa. Men răng thực tế có độ cứng là 89 GPa.

Để kiểm tra khả năng tự hồi phục của vật liệu, giáo sư Yang và các đồng nghiệp đã sử dụng một lưỡi dao để cắt nó, và giấy nhám để phá hủy một diện tích bề mặt lớn. Nhưng kết quả là miếng vật liệu này đã hồi phục hoàn toàn sau mỗi lần thử nghiệm.

Không chỉ duy trì được vẻ bề ngoài, cả độ cứng của vật liệu cũng được bảo tồn trước và sau khi hồi phục từ tổn hại.

Vết cắt và xước trên bề mặt vật liệu đã tự liền trở lại

Vết cắt và xước trên bề mặt vật liệu đã tự liền trở lại

Một điểm đặc biệt nữa, vật liệu polyme mới này cũng có tính kháng khuẩn. Các nhà nghiên cứu thả khuẩn E. coli vào một một đĩa thạch chứa vật liệu, nhưng vi khuẩn đã không xâm nhập vào khu vực xung quanh vật liệu. Điều này cho thấy polyme này có chức năng bảo vệ như của da người.

Tính chất này có thể giúp nó trở thành "sự lựa chọn tốt cho các lớp phủ y tế", giáo sư Yang nói. Nếu kết hợp với các cấu trúc vật liệu polyme khác đã được phát triển trước đây, để phản ứng được với nhiệt hoặc ánh sáng, vật liệu sẽ có nhiều ứng dụng trong nha khoa.

Đây cũng chính là lĩnh vực mà giáo sư Yang và đồng nghiệp lựa chọn để tiếp tục nghiên cứu. Có thể một ngày nào đó, chúng ta sẽ được chứng kiến công nghệ tự làm lành vết sâu răng. Và nếu ứng dụng được mở rộng ra cả các ngành công nghiệp khác, bạn có thể tưởng tượng đến một chiếc điện thoại siêu bền, bởi cứ xước ở đâu, nó sẽ tự liền lại ở đó.

Tham khảo Motherboard

Chiếc đĩa bí ẩn của nước Nga: Dù bé tẹo nhưng chẳng ai nhấc nổi, bên dưới ẩn giấu bí mật gây ngỡ ngàng

tinybook tinybook 1 ngày 4 giờ
Chiếc đĩa bí ẩn của nước Nga: Dù bé tẹo nhưng chẳng ai nhấc nổi, bên dưới ẩn giấu bí mật gây ngỡ ngàng
Chiếc đĩa bí ẩn này thực chất là gì? Nếu biết, bạn sẽ hết sức bất ngờ đấy.

Thế giới đang sử dụng những cách nào để xây dựng nhà chống lũ?

tinybook tinybook 1 ngày 5 giờ
Thế giới đang sử dụng những cách nào để xây dựng nhà chống lũ?
Bên cạnh chống lũ, việc sống chung với lũ cũng là một trong những phương án nhiều nước áp dụng ngày nay. Điểm thiết yếu của chính sách này là phải xây dựng được những ngôi nhà chống lũ cho người dân.

2 thầy trò sử dụng thuật toán để biến bản đồ từ thời cổ đại thành hình chụp rõ nét như bản đồ vệ tinh

tinybook tinybook 1 ngày 18 giờ
2 thầy trò sử dụng thuật toán để biến bản đồ từ thời cổ đại thành hình chụp rõ nét như bản đồ vệ tinh
Nhìn vào để thấy sự thay đổi chóng mặt của đô thị hóa.

Nghệ nhân Zimbabwea biến lốp xe hơi cũ thành những đôi dép độc đáo

tinybook tinybook 1 ngày 18 giờ
Nghệ nhân Zimbabwea biến lốp xe hơi cũ thành những đôi dép độc đáo
Dù tạo ra một đôi giày thoải mái từ lốp xe hơi cũ nghe có vẻ phi thực tế, nhưng theo những gì Chitukutuku đang làm, quy trình này có vẻ khá đơn giản, chỉ mất chưa đầy 1 tiếng đồng hồ.

Chàng thanh niên mang hoài bão dọn sạch biển hợp tác cùng Microsoft, chế tạo tàu gom rác tự hành chạy bằng năng lượng Mặt Trời

tinybook tinybook 1 ngày 19 giờ
Chàng thanh niên mang hoài bão dọn sạch biển hợp tác cùng Microsoft, chế tạo tàu gom rác tự hành chạy bằng năng lượng Mặt Trời
Dự kiến, hai điểm đến tiếp theo của những hệ thống tàu này là Việt Nam và Cộng hoà Dominica.

Giới khảo cổ phát hiện hình vẽ mèo khổng lồ 2000 năm tuổi nằm ngay giữa sa mạc tại Peru

tinybook tinybook 1 ngày 22 giờ
Giới khảo cổ phát hiện hình vẽ mèo khổng lồ 2000 năm tuổi nằm ngay giữa sa mạc tại Peru
Theo đó, các nhà khảo cổ học đã bất ngờ phát hiện hình vẽ con mèo khổng lồ này khi đang cải tạo lối đi để du khách có thể dễ tới chiêm ngưỡng những bức hình khổng lồ tạo nên Nazca Lines bí ẩn và nổi tiếng.

Tìm xuống vùng biển sâu nhất đại dương, khoa học phát hiện sự thật đau lòng: Biến đổi khí hậu đang nghiêm trọng hơn bao giờ hết rồi

tinybook tinybook 2 ngày 1 giờ
Tìm xuống vùng biển sâu nhất đại dương, khoa học phát hiện sự thật đau lòng: Biến đổi khí hậu đang nghiêm trọng hơn bao giờ hết rồi
Có một xu hướng đáng ngại đang tồn tại dưới đáy đại dương, và khoa học đang tích cực tìm hiểu thêm.

Các nhà thiên văn học hóa giải bí ẩn về thiên hà chứa 99,99% vật chất tối

tinybook tinybook 2 ngày 16 giờ
Các nhà thiên văn học hóa giải bí ẩn về thiên hà chứa 99,99% vật chất tối
Nhiều khả năng đội nghiên cứu đưa nhận định cũ sẽ tính toán lại để tranh cãi bằng được rằng mình đúng. Chúng ta cùng "lót dép" chờ xem.

Phát hiện ra "siêu sức mạnh" mới của loài gấu nước: một lá chắn cực tím bằng huỳnh quang

tinybook tinybook 2 ngày 19 giờ
Phát hiện ra "siêu sức mạnh" mới của loài gấu nước: một lá chắn cực tím bằng huỳnh quang
Gấu nước vẫn chưa thôi làm chúng ta bất ngờ.

7 việc cực đơn giản nhưng nếu làm được, bạn đặc biệt hơn 90% dân số thế giới đấy

tinybook tinybook 2 ngày 22 giờ
7 việc cực đơn giản nhưng nếu làm được, bạn đặc biệt hơn 90% dân số thế giới đấy
Hãy thử xem mình có phải là "của hiếm" của thế giới hay không nhé.

Giáo sư đại học Mỹ tuyên bố: Rất có thể chúng ta đang sống trong một thế giới giả lập

tinybook tinybook 3 ngày 37 phút
Giáo sư đại học Mỹ tuyên bố: Rất có thể chúng ta đang sống trong một thế giới giả lập
Theo kết luận của giáo sư, tỉ lệ sống trong giả lập của chúng ta lên tới 50%.

6 ý nghĩa thực sự mỗi khi bạn cảm thấy "Deja vu" - hiện tượng rất nhiều người đã từng trải nghiệm mà không giải thích nổi

tinybook tinybook 3 ngày 42 phút
6 ý nghĩa thực sự mỗi khi bạn cảm thấy "Deja vu" - hiện tượng rất nhiều người đã từng trải nghiệm mà không giải thích nổi
Deja vu đến nay vẫn là một hiện tượng khoa học chưa thể giải thích. Dẫu vậy, nó vẫn mang đến những ý nghĩa nhất định.

Khoa học "đập hộp" hang động tách biệt khỏi thế giới suốt 5 triệu năm, và đây là những gì được tìm thấy

tinybook tinybook 3 ngày 48 phút
Khoa học "đập hộp" hang động tách biệt khỏi thế giới suốt 5 triệu năm, và đây là những gì được tìm thấy
Một hang động bị đóng kín suốt 5,5 triệu năm, chỉ được tìm ra từ cách đây hơn 30 năm và đến nay mới chỉ có chưa đến 100 người được phép xuống thám hiểm.

Ai đã tạo ra thế giới kỳ lạ của "Nghìn lẻ một đêm"?

tinybook tinybook 3 ngày 17 giờ
Ai đã tạo ra thế giới kỳ lạ của "Nghìn lẻ một đêm"?
Nghìn lẻ một đêm là bộ sưu tập các truyện dân gian Trung Đông và Nam Á được biên soạn bằng tiếng Ả Rập trong thời đại hoàng kim Hồi giáo.

Sự kiện Dust Bowl: "Cơn bão đen" kéo dài 10 năm trên khắp Bắc Mỹ

tinybook tinybook 3 ngày 18 giờ
Sự kiện Dust Bowl: "Cơn bão đen" kéo dài 10 năm trên khắp Bắc Mỹ
Sự kiện Dust Bowl nổi bật với hiện tượng rất nhiều cơn bão và lốc hoành hành ở các đồng cỏ tại khu vực Bắc Mỹ và gây ra nhiều thiệt hại kinh khủng.

Cùng nghe thứ âm thanh tuyệt diệu của vũ trụ, được tạo ra từ loạt ảnh chụp Dải Ngân hà của NASA

tinybook tinybook 3 ngày 19 giờ
Cùng nghe thứ âm thanh tuyệt diệu của vũ trụ, được tạo ra từ loạt ảnh chụp Dải Ngân hà của NASA
NASA đã sử dụng quá trình chuyển hóa dữ liệu thành âm thanh để đem tới cách nhận thức về vũ trụ theo một cách hoàn toàn mới, đó là hé “âm thanh” của Dải Ngân hà.

Bất chấp “Bão Facebook" - quét tài khoản, không cho chạy quảng cáo, doanh nghiệp này vẫn có thể đạt 1000 đơn đặt hàng/ngày nhờ 3 việc sau

tinybook tinybook 3 ngày 23 giờ
Bất chấp “Bão Facebook" - quét tài khoản, không cho chạy quảng cáo, doanh nghiệp này vẫn có thể đạt 1000 đơn đặt hàng/ngày nhờ 3 việc sau
"Bão Facebook" đang là từ khoá hot trong thời gian gần đây trong cộng đồng thương mại điện tử và những doanh nghiệp nào có Facebook là kênh quảng cáo, khi bỗng dưng một ngày nhận được thông báo "tài khoản quảng cáo bị vô hiệu hoá", dù không vi phạm hoặc nhận được bất kỳ cảnh báo nào.

Điều gì sẽ xảy ra nếu hai khối rác không gian va chạm vào nhau?

tinybook tinybook 4 ngày 1 giờ
Điều gì sẽ xảy ra nếu hai khối rác không gian va chạm vào nhau?
Hiệu ứng Domino có thể tạo ra lớp mảnh vỡ không thể xuyên thủng, giam giữ chúng ta trên Trái đất vĩnh viễn.

10 sai lầm hay mắc phải trong việc dọn dẹp nhà cửa

tinybook tinybook 4 ngày 7 giờ
10 sai lầm hay mắc phải trong việc dọn dẹp nhà cửa
Trong quá trình dọn dẹp và chăm sóc nhà cửa, chúng ta thường mắc phải những sai lầm không chỉ gây hại cho những đồ vật xung quanh mà còn cho chính bản thân chúng ta.

Phân tích đá Mặt Trăng cho thấy nhà chị Hằng từng phát ra từ trường, và nhờ nó sự sống trên Trái Đất mới xuất hiện

tinybook tinybook 4 ngày 17 giờ
Phân tích đá Mặt Trăng cho thấy nhà chị Hằng từng phát ra từ trường, và nhờ nó sự sống trên Trái Đất mới xuất hiện
Lấy được mẫu đá từ hai cực của Mặt Trăng, ta sẽ biết rõ khẳng định này là đúng hay sai.

Sử dụng năng lượng Mặt Trời, thiết bị này lấy được nước từ không khí khô hanh như sa mạc

tinybook tinybook 4 ngày 18 giờ
Sử dụng năng lượng Mặt Trời, thiết bị này lấy được nước từ không khí khô hanh như sa mạc
Toàn bộ hệ thống chỉ nặng 7kg.

Bay liên tục 13.000 km không cần nghỉ, loài chim 'máy bay phản lực' lập kỷ lục vô tiền khoáng hậu

tinybook tinybook 4 ngày 23 giờ
Bay liên tục 13.000 km không cần nghỉ, loài chim máy bay phản lực lập kỷ lục vô tiền khoáng hậu
Bay hơn 12.000km từ Alaska đến New Zealand trong 11 ngày không ngừng nghỉ, một con chim choắt mỏ thẳng đuôi vằn xác lập một kỷ lục vô tiền khoáng hậu trong thế giới động vật.

Đột phá: lần đầu tiên khoa học đạt được siêu dẫn ở nhiệt độ phòng

tinybook tinybook 5 ngày 19 giờ
Đột phá: lần đầu tiên khoa học đạt được siêu dẫn ở nhiệt độ phòng
"Trạng thái siêu dẫn" vẫn là mục tiêu của khoa học vật chất suốt nhiều thập kỷ nay, và chúng ta đã đi được nửa chặng đường với đột phá mới.

Não sôi lên, hộp sọ nổ tung, cơ bắp bốc hơi và mô bị thủy tinh hóa, khoảnh khắc bị núi lửa hủy diệt còn kinh hoàng hơn địa ngục

tinybook tinybook 6 ngày 17 giờ
Não sôi lên, hộp sọ nổ tung, cơ bắp bốc hơi và mô bị thủy tinh hóa, khoảnh khắc bị núi lửa hủy diệt còn kinh hoàng hơn địa ngục
Núi lửa là một vết đứt gãy trên lớp vỏ của một hành tinh, như là Trái Đất cho phép dung nham, tro núi lửa, và khí thoát ra từ một lò magma ở dưới bề mặt.

Khoa học tìm ra giới hạn trên của tốc độ âm thanh: 36 km/s

tinybook tinybook 6 ngày 18 giờ
Khoa học tìm ra giới hạn trên của tốc độ âm thanh: 36 km/s
Trên lý thuyết, âm thanh truyền qua vật liệu hydro kim loại (mới chỉ tồn tại trên lý thuyết) sẽ có tốc độ cao nhất, gần với mốc 36 km/s.

4 lý do khiến TMĐT ngày càng thu hút tín đồ công nghệ

tinybook tinybook 6 ngày 21 giờ
4 lý do khiến TMĐT ngày càng thu hút tín đồ công nghệ
Với hàng loạt ưu đãi độc quyền hấp dẫn, cam kết xuất xứ và chính sách hậu mãi “sang xịn”, sự bùng nổ đơn hàng công nghệ trong những Lễ Hội mua sắm đã và đang chứng tỏ vị thế của hệ thống gian hàng chính hãng trên TMĐT trong lòng fan công nghệ.

Nếu không ngửi được 2 mùi này thì nhiều khả năng bạn đã mắc phải COVID-19

tinybook tinybook 6 ngày 22 giờ
Nếu không ngửi được 2 mùi này thì nhiều khả năng bạn đã mắc phải COVID-19
Mất khứu giác và vị giác là một trong những triệu chứng do coronavirus được báo cáo phổ biến nhất, và cũng là một trong những dấu hiệu rõ ràng nhất về sự hiện diện của virus SARS-CoV-2.

Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo

tinybook tinybook 1 tuần 17 giờ
Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo
Nghiên cứu mới chỉ ra rằng với một dàn 400 vệ tinh lượng tử, ta sẽ "dễ dàng" có được internet lượng tử toàn cầu.

6 dấu hiệu cho thấy nhà bạn có vấn đề về điện, cần khắc phục 'càng sớm càng tốt'

tinybook tinybook 1 tuần 22 giờ
6 dấu hiệu cho thấy nhà bạn có vấn đề về điện, cần khắc phục càng sớm càng tốt
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hầu hết các ngôi nhà không tuân theo các biện pháp an toàn được khuyến nghị để ngăn ngừa điện giật và hỏa hoạn, tuy nhiên một số dấu hiệu dễ nhận thấy có thể giúp tìm ra vấn đề trước khi mọi thứ vượt khỏi tầm tay.

Mổ xẻ trạm gốc 5G Huawei mới thấy công ty Trung Quốc cần linh kiện Mỹ đến mức nào

tinybook tinybook 1 tuần 1 ngày
Mổ xẻ trạm gốc 5G Huawei mới thấy công ty Trung Quốc cần linh kiện Mỹ đến mức nào
Gần 30% giá trị trạm gốc 5G của Huawei thuộc về các linh kiện Mỹ, hầu hết trong số đó là các con chip tối quan trọng cho việc xử lý tín hiệu radio, điều khiển nguồn năng lượng cũng như chip nhớ.
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat