Công nghệ Nano và vật liệu phỏng sinh học

Thiên nhiên có nhiều điều rất kỳ thú. Con tắc kè rất dễ dàng bò hay đứng yên ở bức vách thẳng đứng, thậm chí còn bò ngửa trên trần, coi thường sức hút của quả đất. Lá sen luôn sạch sẽ, mưa to hay mưa nhỏ chỉ thấy những giọt nước tròn lăn xuống, lá hoàn toàn không ướt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ Nano và vật liệu phỏng sinh học Công nghệ Nano và vật liệu phỏng sinh học Thiên nhiên có nhiều điều rất kỳ thú. Con tắc kè rất dễ dàng bò hay đứng yên ở bức vách thẳng đứng,thậm chí còn bò ngửa trên trần,coi thường sức hút của quả đất.Lá sen luôn sạch sẽ, mưa to haymưa nhỏ chỉ thấy những giọtnước tròn lăn xuống, lá hoàntoàn không ướt. Có những loạibướm có đôi cánh rực rỡ sắcmàu, thay đổi được dưới ánh mặttrời... Vậy bề mặt chân tắc kè, lásen, cánh bướm làm bằng chấtliệu gì, có cấu trúc như thế nàomà có được tính năng đặc biệtđến như thế?Mắt thường, kính hiển vi quang họcnhư đã dùng phổ biến lâu nay cònquá thô sơ để tìm hiểu những cấutrúc tinh vi mà thiên nhiên đã sángtạo ra. Gần đây, những loại kínhhiển vi hiện đại như hiển vi điện tửquét, hiển vi lực nguyên tử, nhữngloại máy vi phân tích mới cho biếtcấu tạo chất ở từng micromét,nanomét... đã được sử dụng và chophép giải thích được tại sao một sốloài vật, cây cỏ có những khả năngkỳ diệu đó. Giải mã được nhữngcâu hỏi này, người ta tìm cách bắtchước làm ra những vật liệu có tínhnăng đặc biệt phục vụ cho lợi íchcủa con người. Dần dần ngànhkhoa học mới: phỏng sinh học nanođể làm vật liệu chức năng đã ra đời.Chúng ta hãy xem xét một vàithành tựu của ngành khoa học mớinày.Bắt chước tắc kè chế tạo vật liệucó chức năng bám dính khôMỗi bàn chân tắc kè có 5 ngón, đầumỗi ngón chân nhìn kỹ thấy có cáclát mỏng chen dày. Phải dùng đếnhiển vi điện tử quét mới nhìn thấyrõ đầu của mỗi lát mỏng này có rấtnhiều sợi lông, tỉ mỉ đếm thì có đến5.000 sợi lông trên một milimétvuông, cả bàn chân tắc kè có đếnnửa triệu sợi lông như vậy, mỗi sợidài khoảng hai lần đường kính sợitóc, cấu tạo bằng chất kêratin.Phóng đại to hơn lại thấy cuối mỗisợi lông là một chùm có đến hàngnghìn sợi nhỏ hơn nữa, mỗi sợi nhỏnày có dạng cong hình mũi hài.Vậy là cả 4 bàn chân tắc kè có đến500.000 x 4 x 1.000 = 2.109 (hai tỉ)sợi lông cực nhỏ, đường kính mỗisợi vào cỡ 200 nanomet. Những sợilông cực nhỏ này lại có cơ chế tựlàm sạch, không bao giờ dính bếtlại với nhau. Nhờ vậy, tắc kè đểbàn chân vào bất cứ bề mặt nào làcó hằng hà sa số đầu sợi lông dạngmũi hài tiếp xúc với bề mặt tácdụng lên bề mặt lực van derWaals(*). Đối với mỗi sợi lông, lựcbám dính này rất nhỏ nhưng vì cóquá nhiều sợi lông tích tiểu thànhđại nên lực bám dính của bàn chântắc kè với bề mặt rất lớn, lớn hơntrọng lượng của nó. Đây là lực bámdính lên bề mặt khô, không có chấtkeo dính nào.Điều lý thú nữa là một khi đã bámdính chặt vào bề mặt như vậy,muốn gỡ dính, tắc kè thực hiện rấttài tình. Nó không nhấc ngay cảbàn chân ra mà lần lượt nhấc từngnhóm lông nhỏ ra theo cách chiađể trị, không bẻ đũa cả bó mà bẻtừng chiếc một. Vật liệu có chứcnăng bám dính khô như chân tắc kèthật là quý, rất cần cho con người.Làm được vật liệu đó dán vào đếgiày, găng tay rồi trang bị cho línhcứu hoả chắc chắn việc leo trèo vàonơi nguy hiểm để cứu chữa sẽ rấtnhanh chóng. Tương tự, bộ đội đặccông, cảnh sát hình sự... sẽ có khảnăng xuất quỷ nhập thần.Các nhà khoa học ở Đại họcCalifornia (Berkeley, Mỹ) đã thửlàm người máy với bàn chân có rấtnhiều sợi lông tinh vi bằng polymeđể chân có thể bám dính theo kiểutắc kè nhằm sử dụng cho việc thámhiểm trên sao Hoả. Đại học Akronở Ohio và Đại học Bách khoa ởReusslaer (Mỹ) đầu năm 2005, đãcông bố làm được ống nano bằngvật liệu tổng hợp để làm kết dínhkhô theo kiểu chân tắc kè.Người ta thấy rằng ống nanocacbon có đường kính vào cỡ sợilông con ở chân tắc kè, còn các tínhchất cơ học thì vượt trội hơn nên đãdùng sợi nano cacbon nhiều váchMWNT (multiwalled nanotube)mọc lên bề mặt thạch anh (haysilic), cho một lớp polyme hìnhthành sát bề mặt, khi bóc ra cóđược một lớp polyme với rất nhiềuống nano cacbon nhô lên. Dùngkeo dán lớp polyme này lên bề mặt,thí dụ đế giày thì nó sẽ có tính bámdính khô như bàn chân tắc kè.Đã có các vườn ươm công nghệ(start-up) triển khai nghiên cứu vàđưa vào sản xuất thử vật liệu bámdính khô kiểu tắc kè, phục vụ nhiềunhu cầu cụ thể của đời sống.Bắt chước lá sen làm vật liệukhông ướt, tự làm sạchLá sen gần bùn nhưng luôn sạch sẽ,mưa to hay nhỏ chỉ thấy trên lánhững giọt nước tròn to lăn xuống,lá không bao giờ ướt, hơn nữa saumưa, lá lại xanh, sạch hơn. Dùnghiển vi điện tử quét quan sát kỹ thìthấy bề mặt lá sen không phảiphẳng phiu mà trái lại có rất nhiềucột nhỏ nhô lên, kích thước mỗi cộtcỡ nanomet, đầu cột lại xù xì. Cáccột cách nhau cỡ micromet, giữacác cột bề mặt lá sen lại rất bằngphẳng. Vậy là ở đây có cấu trúc hailần gồ ghề, gồ ghề ở từng đầu cộtvà gồ ghề do có nhiều cột. Chưachắc chất liệu của lá sen là quantrọng cho tính không thấm ướt, tựlàm sạch. Thật vậy, người ta thửlàm một bề mặt bằng đồng rất trơntru, trên bề mặt đó cho nổi lên cáccột cũng bằng đồng nhưng đầu cộtlại ráp (hình 3).Kết quả bề mặt không thấm ướtthật, góc ướt đến trê ...