Bất ngờ: 'Biến' phấn hoa thành giấy, bọt biển và màng phim

Tại Đại học Công nghệ Nanyang ở Singapore, giáo sư Nam-Joon Cho và nhóm nghiên cứu đã dành hơn một thập kỷ để biến phấn hoa – loại bụi nhỏ thường bị coi là vô dụng – thành vật liệu sinh học có thể dùng để làm giấy, màng phim và miếng bọt biển.

Hoa đuôi sóc trên cành cây liễu phát tán phấn hoa vào không khí. (Nguồn: Getty Images)

Vỏ ngoài của phấn hoa rất cứng, được ví như “kim cương của thế giới thực vật”, nhưng nhóm đã tìm ra cách làm mềm nó thành dạng gel.

Không riêng giáo sư Cho, Noemi Csaba, một nhà nghiên cứu về công nghệ nano và dẫn truyền thuốc tại Đại học Santiago de Compostela ở Tây Ban Nha, muốn phát triển vỏ phấn hoa rỗng thành phương tiện bảo vệ để dẫn truyền thuốc đến mắt, phổi và dạ dày.

Các nhà nghiên cứu nghiên cứu về công dụng của phấn hoa đối với con người là một giống loài hiếm có, Csaba nói:"Tôi thấy điều này hơi bất ngờ, phấn hoa là một vật liệu sinh học rất, rất thú vị."

Biến đổi hóa học để tạo vật liệu mới

Tuy nhiên, lớp vỏ dường như không thể xuyên thủng của phấn hoa - được tạo thành từ polyme sinh học sporopollenin - đã làm các nhà nghiên cứu bối rối từ lâu và hạn chế việc sử dụng nó.

Một bước đột phá đã đến vào năm 2020, khi Cho và nhóm của ông báo cáo rằng việc ủ phấn hoa trong dung dịch kiềm kali hydroxit ở 80°C (176°F) có thể thay đổi đáng kể tính chất hóa học bề mặt của hạt phấn hoa, cho phép chúng dễ dàng hấp thụ và giữ nước.

Trước khi được xử lý, hạt phấn hoa giống như những viên bi ve: cứng, trơ và hầu như không phản ứng. Sau đó, các hạt phấn hoa mềm đến mức dễ dàng dính vào nhau, cho phép hình thành các cấu trúc phức tạp hơn. Ibrahim tự hào nói rằng điều này mở ra nhiều ứng dụng, trong khi tự hào giơ cao một lọ bột nhão màu vàng nâu trong phòng thí nghiệm.

Khi đúc trên khuôn phẳng và sấy khô, microgel sẽ kết tụ thành giấy hoặc màng, tùy thuộc vào độ dày cuối cùng, vừa bền vừa dẻo. Nó cũng nhạy cảm với các kích thích bên ngoài, bao gồm thay đổi độ pH và độ ẩm.

Quy trình biển đổi hóa học phấn hoa. (Nguồn: Knowable Magazine)

Các nhà nghiên cứu Singapore tin rằng sự kết hợp đặc tính ưu việt này sẽ biến màng phủ phấn hoa thành một triển vọng cho nhiều ứng dụng trong tương lai: Bộ truyền động thông minh cho phép các thiết bị phát hiện và phản ứng với những thay đổi trong môi trường xung quanh, thiết bị theo dõi sức khỏe đeo được để theo dõi tín hiệu tim,... Và vì phấn hoa có khả năng chống tia UV tự nhiên, nên nó có khả năng thay thế một số chất nền hoạt động quang học trong pin mặt trời perovskite và các thiết bị quang điện tử khác.

Phòng thí nghiệm của Cho cũng đã chứng minh rằng giấy làm từ phấn hoa có thể được in. Theo Cho, người đã được cấp bằng sáng chế cho quy trình sản xuất microgel, đây có thể là một giải pháp thay thế bền vững cho giấy truyền thống để viết, in và đóng gói.

Sản xuất giấy truyền thống phá hủy cây cối và tiêu tốn nhiều tài nguyên, cần tới 13 lít nước cho mỗi trang giấy được làm ra. Phấn hoa được giải phóng tự nhiên với số lượng lớn từ các cây sản xuất hạt giống, và việc sản xuất giấy từ nó chỉ cần một vài bước đơn giản. Mực có thể được loại bỏ bằng cách rửa dung dịch kiềm đơn giản - một quy trình cho phép tái sử dụng giấy.

Ngoài ra, microgel phấn hoa đông khô tạo thành các miếng bọt biển xốp. Chúng có thể được chế tạo thành những thứ như khung cho kỹ thuật mô, hoặc được sử dụng để cầm máu hoặc hấp thụ dầu tràn.

Nguồn nguyên liệu dồi dào và bền vững

Nhóm của Cho thường sử dụng phấn hoa hướng dương và hoa trà mà họ mua với giá rẻ dưới dạng hỗn hợp phấn hoa ong, chủ yếu từ Trung Quốc. Nhưng họ cho biết phương pháp thủy phân kiềm của họ sẽ hiệu quả với nhiều loài thực vật. Cho nói thêm rằng phấn hoa rất dồi dào - ví dụ, một bông hoa hướng dương thông thường có thể tạo ra từ 25.000 đến 67.000 hạt mỗi mùa hè. Hơn nữa, phấn hoa rất dễ thu thập từ ong trong các tổ ong thương mại.

Cây tuyết tùng và phấn hoa của nó. (Nguồn: Getty Images)

Các sản phẩm từ phấn hoa vẫn còn một chặng đường dài trước khi đến được thị trường, chìa khóa hiện nay là dự đoán những thách thức và đưa ra các giải pháp bền vững. So với các vật liệu sinh học khác mà các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu, chẳng hạn như chitosan và cellulose, một loài giáp xác hoặc một cái cây phải bị tiêu diệt, phấn hoa ít tốn tài nguyên hơn đáng kể, nhóm của giáo sư Cho khẳng định: "Chúng tôi không phá hủy cây, thậm chí còn không phá hủy hoa".

Minh Hoàn