Mong muốn tạo ra loại polymer tự hủy bảo vệ môi trường

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>Sự thần kỳ của polymer và sự sáng tạo ra loại vật liệu thông minh nhất hành tinh </b>
Polymer đã thay đổi cuộc sống của nhân loại trong thế kỷ 20 nhưng bạn có biết lồi người vẫn
còn rất "nghiệp dư" trong việc sản xuất ra chúng. Đừng nghĩ những loại polymer mà ngày nay
chúng ta xài đã là hoàn hảo! Chưa đâu, cái mà người ta muốn là tạo ra một loại polymer lấy cảm
hứng từ tự nhiên và nếu đều đó thành cơng, con người sẽ có thêm một loại vật liệu với khả năng
vô tận, không chỉ nhựa tự hủy bảo vệ môi trường, dụng cụ cấy ghép vào cơ thể mà cả DNA và
"hệ miễn dịch nhân tạo" phục vụ cho quân đội,...

<b>Nhựa có ở quanh ta </b>

Polymer xuất hiện ở khắp mọi nơi, nhang nhản trước mắt ta, sát bên thân ta từng phút từng giây.
Thí dụ chúng ta dùng nhựa để chứa túi bún riêu mua ở ngoài về nhà, dùng hộp nhựa để lắc xoài
với muối ớt, đồ chơi của trẻ con bằng nhựa, xe máy đi hàng ngày cũng có nhựa, chiếc điện thoại,
chiếc máy tính và thậm chí là cái mắt kính dính trên mặt để bạn đọc bài viết này cũng bằng nhựa.
Chúng ta đã nói rất nhiều về nhựa và không ngớt lời ca ngợi nó là thứ vật liệu để tạo ra vơ hạn
thứ hạn, góp phần quan trọng trong việc định hình thế kỷ 20 của nhân loại.

<i>Nhựa có ở quanh ta, được dùng hàng ngày, kề cận bên ta từng phút từng giây </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

chúng ta trộn rất nhiều phân tử đơn phân (monomer) lại với nhau và kết quả là các phản ứng sẽ
xảy ra, các đơn phân nối lại với nhau thành một sợi dài chính là hợp chất cao phân tử polymer.
Có thể hình dung chuỗi polymer giống như một đồn tàu lửa hoặc một sợi dây xích dài thật là dài
vậy.

Trước khi polymer được tổng hợp thành công, phần lớn các vật dụng hàng ngày của con người là
gỗ, đá hoặc kim loại. Mãi cho tới năm 1909 thì loại nhựa tổng hợp đúng nghĩa đầu tiên là
Bakelite mới được tổng hợp thành cơng bởi nhà hóa học người Bỉ Leo Baekeland tại New York.
Bakelite được cấu tạo từ các đơn phân là formaldehyde, có thể tạo thành nhiều hình dạng khác
nhau khi nóng, sau đó khi nguội lại sẽ cố định hình dạng đó. Qua thời gian, chúng ta đã dùng
Bakelite trong TV, trang sức, điện thoại và xe hơi.

Tùy theo thành phần hóa học của các đơn phân cũng như độ dài của chuỗi polymer mà chúng ta
có thể tạo ra vơ số loại polymer với các tính chất lý hóa khác nhau. Tuy nhiên, phần lớn polymer
đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới dưới các hình thức của nhựa có nhiều đơn phân với
nguồn gốc từ dầu mỏ. Từ những túi nylon, những chiếc áo thun nylon, áo khoác chống thấm,
nhựa điện tử,... đều có các đơn phân bắt nguồn từ dầu mỏ.
<b>Polymer tự nhiên và tổng hợp: một trời một vực </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Tự nhiên tạo ra vô số loại protein nhưng cách làm không phải là thay đổi từng đơn phân cho mỗi
chuỗi với các ứng dụng khác nhau, mà bằng cách kiểm soát cực kỳ chính xác thứ tự của chuỗi
đơn phân. Kết quả là tất cả mọi thứ, từ móng tay người, cơ thịt, dây chằn cho tới các enzyme tiêu
hóa đều được tạo ra chỉ với 21 loại axit amin "khâu" lại với nhau theo các thứ tự và độ dài khác
nhau.

Đây là một "khả năng kiểm soát trình tự" độc nhất chỉ có thiên nhiên mới làm được và con người
rất muốn làm chủ điều đó. Nếu con người cũng có khả năng kiểm sốt điều đó thì đồng nghĩa với
một cuộc cách mạng trong cơng nghệ sản xuất polymer sẽ diễn ra. Điều đó cho phép chúng ta có
thể đặt bất cứ một nhóm ngun tử nào vào trong đúng vị trí mong muốn. Thế nhưng, chúng ta
không thể thao tác trên các axit amin khi mang nó ra khỏi mơi trường ẩm ướt và ấm áp trong tế
bào.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

Tuy nhiên, mọi chuyện lại không đơn giản như vậy. Nhà hóa học vật liệu Ronald Zuckermann tại
Phịng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley cho biết: "Bạn không thể chỉ trộn các đơn phân
lại với nhau vào trong một cái túi và nói nó "dính lại với nhau đi các em" được bởi lẽ khi đó, cái
bạn nhận chỉ là một chuỗi các đơn phân ngẫu nhiên." Qua nhiều năm, các nhà hóa học đã học
được cách đính từng đơn phân lại với nhau theo cách mà họ muốn.

Dù vậy, điều đó chỉ thực hiện được với từng kết nối vốn mất nhiều giờ liền để hoàn thành và
phải thực hiện trong điều kiện thuần khiết, nghiêm ngặt một cách vô cùng cẩn thận. Trong một
chuỗi polymer có hàng ngàn cái như vậy và việc tạo nên một chuỗi như ý gần như là bất khả thi.
Và có lẽ cho tới hiện tại, thành tựu mà con người đạt được gần với tự nhiên nhất chính là các

block copolymer (polymer có 2 đơn vị tái lặp nhau trong mạch).

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<i>Quần legging, quần bó, quần áo lót, thun 4 chiều,... được tạo ra từ một dạng cao cấp hơn của </i>
<i>polymer là spandex </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<i>Kỹ thuật dùng vòng siêu đơn phân của Zuckermann để tạo ra polymer có trình tự mong muốn </i>
Gutekunst cho biết cách làm này sẽ giúp thay đổi cấu trúc, thứ tự của polymer dễ dàng hơn trước
đây. Đồng thời, thay vì phụ thuộc vào đặc tính vốn có của các vịng, ơng có thể sử dụng thêm
những chất xúc tác để kích hoạt q trình polymer hóa. Theo Gutekunst, kỹ thuật này ví như việc
tái lập trình các đơn phân, cho phép ơng có thể tạo nên những loại polymer có thể kiểm sốt
được trình tự, cuối cùng là tạo thành các polymer mang đặc tính mong muốn, thí dụ như một loại
nhựa có thể tự hủy khi gặp đúng điều kiện.

<b>Chỉnh được cấu trúc nhưng chưa thể kiểm sốt độ dài: khó khăn chồng chất </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<i>Kỹ thuật tạo ra chuỗi polymer có độ dài như ý phát triển bởi Johnson </i>

Được biết Johnson cũng đang phát triển quá trình tạo ra polymer có thể tùy chỉnh được bằng
cách cho thực hiện nhiều phản ứng polymer hóa song song. Thí dụ như trong một bình chứa 1
bạn tiến hành ghép 2 đơn phân A và B lại với nhau, trong một bình khác thì 2 đơn phân C và D
được cho polymer hóa. Sau đó, một nửa bình mỗi bình được lấy ra và đổ qua cho nhau nhằm tạo
thành polymer ABCD, sau đó lại tiếp tục đổ qua lại như thế để tạo nên ABCDABCD. Cách làm
này cho phép tạo ra một chuỗi polymer chính xác cả về độ dài lẫn thứ tự trong cùng một chu kỳ.
Johnson thừa nhận mặc dù cịn nhiều hạn chế nhưng ơng có thể thực hiện liên tục nhiều phản
ứng để nhanh chóng tạo thành hàng chục gram vật liệu và đây chính là thành cơng lớn nhất trong
nghiên cứu của ơng. Và qua đó, ơng cho rằng đây chính là minh chứng cho tiềm năng thay đổi
hoàn toàn của ngành công nghiệp nhựa trong tương lai.

<b>Muốn bắt chước tự nhiên, hãy bắt đầu từ tiến hóa </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

<i>"Con robot nano" mô phỏng cách thức của riboxom để tạo ra chuỗi polymer với trình tự có kiểm </i>
<i>sốt </i>

Đây đã là một cuộc cách mạng? Cịn có nghiên cứu của các nhà hóa học khác nữa. Tế bào của
chúng ta có chứa "những cỗ máy khâu" gọi là riboxom với nhiệm vụ gắn các axit amin lại với
nhau theo một trình tự định trước trong thời gian chỉ vài giây. Lấy cảm hứng từ đặc tính này,
David Leigh tại Đại học Manchester, Anh Quốc đã phát triển nên những cỗ máy phân tử để tạo
nên polymer giống như cách tiếp cận của riboxom.

Hồi năm 2013, Leigh và các đồng nghiệp đã công bố một cỗ máy riboxom nhân tạo - bản chất là
vịng phân tử với kích thước nano đã được lập trình để di chuyển, thu thập và lắp ghép các khối
đơn phân lại với nhau. Tuy nhiên giới hạn của "cỗ máy" này là chỉ tạo ra được các polymer chứa
3 loại đơn phân và quan trọng hơn, nó làm việc cực kỳ chậm. Hồi tháng 12 năm vừa rồi, Leigh
công bố thêm một "dây chuyền" lắp ghép polymer, tạo thành từ nhiều "cánh tay robot" kích
thước nano. Tuy nhiên, hiệu suất của nó vẫn chưa được công bố.

<b>Những cỗ máy tổng hợp DNA nhân tạo </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Bằng cách này, O’Reilly đã có thể tạo rao những sợi polymer theo ý muốn với các trình tự khác
nhau trong cùng một khu vực phản ứng. Đây được ví như bước đệm cho quá trình hình thành nên
một thư viện các loại polymer được sắp xếp trình tự.

Khi có trong tay "quyển từ điển" này, các nhà khoa học sẽ dần hiểu được cần phải tạo nên loại
polymer với cấu trúc như thế nào để đạt được tính chất mong muốn. O’Reilly cho biết: "hãy
tưởng tượng nếu bạn có thể tạo ra được polymer nhân tạo có khả năng sao chép hoặc tiến hóa.
Chúng ta đã tạo ra được các chuỗi axit amin với tình tự định trước để tác động vào enzyme, từ đó
tạo ra hiệu quả chữa bệnh. Suy cho cùng, q trình tiến hóa dần dần chính là cách mà thiên nhiên
có thể tạo ra được polymer hoàn hảo như hiện nay.

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

pháp tạo ra polymer gọi là "peptoid", một loại protein đã qua xử lý hóa chất để hoạt động mạnh

bên ngồi tế bào.

<b>Các chuỗi polymer có "trí nhớ", dùng làm cảm biến cảnh báo vũ khí hóa học </b>

Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu phương pháp tạo ra nhiều trình tự khác nhau, Zuckermann đã tạo
ra được những loại peptoid có khả năng gấp thành tấm. Sau đó, ơng dùng những hóa chất khác
nhau rắc lên các tấm peptoid nhằm biến nó thành những cảm biến hữu dụng. Được biết, ông đã
báo cáo nghiên cứu này với Bộ quốc phòng Mỹ để phát triển nên hệ thống cảnh báo sớm vũ khí
hóa học:

"Chúng ta cần một hệ thống vừa mạnh mẽ và linh hoạt như protein, vừa tồn tại được trong các
môi trường khơng thích hợp. Nếu đạt được, chúng ta sẽ tạo nên những bộ quần áo quân sĩ với
khả năng nhận biết sớm dấu hiệu của vũ khí hóa học, khơng chỉ cảnh báo mà thậm chí là phản
ứng lại với các chất độc như một hệ miễn dịch nhân tạo."

Các nhà khoa học từ lâu đã hình dung nên một thế giới tương lai của loại polymer hồn hảo: đó
khơng chỉ là những món hàng hóa bạn thấy mỗi ngày, mà cịn là những siêu vật liệu tối ưu cho
từng ứng dụng chuyên ngành. Chưa hết, còn nhiều ứng dụng khác mà chúng ta khơng thể tưởng
tượng tới về loại polymer hồn hảo. Nh húa hc Jean-Franỗois Lutz ti Vin nghiờn cu Charles
Sadron, Pháp cho rằng có thể dùng loại polymer đã kiểm sốt trình tự như một nơi lưu trữ thơng
tin.

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11></div>

<!--links-->