Tương lai của tơ lụa không chỉ nằm trên sàn diễn
21/05/26
Tơ lụa từng được biết đến như chất liệu xa xỉ của ngành thời trang. Tuy nhiên, các phòng thí nghiệm, protein tơ đang được biến thành miếng dán vaccine không cần kim tiêm, chỉ khâu tự tiêu, lớp phủ bảo quản thực phẩm, vật liệu thay da và linh kiện quang học tan được trong cơ thể. Sợi vật liệu được con người nuôi trồng hàng nghìn năm có thể trở thành nền tảng cho thế hệ công nghệ sinh học mới.
Từ chiếc kim tiêm đến miếng dán bằng tơ
Năm 1844, kim tiêm dưới da ra đời, làm thay đổi y học hiện đại. Tuy nhiên, sản phẩm cũng vấp phải trở ngại rất con người: nỗi sợ tiêm. Ước tính ít nhất 10% người trưởng thành Mỹ và 25% trẻ em sợ kim tiêm. Nỗi sợ góp phần khiến một số người ngần ngại tiêm vaccine.
Công ty ở Cambridge, Massachusetts, Vaxess Technologies, muốn đi đường vòng qua nỗi sợ bằng tơ lụa và thử nghiệm miếng dán da phủ hàng chục vi kim làm từ protein tơ, bên trong có vaccine cúm. Mỗi vi kim gần như không thể nhìn thấy bằng mắt thường, chỉ đủ dài để xuyên qua lớp ngoài của da.
Người dùng chỉ cần dán miếng dán lên tay, đợi 5 phút rồi bóc ra. Khoảng hai tuần, các vi kim tơ ở lại trong da, tan dần và giải phóng vaccine theo thời gian.
Điểm quan trọng không chỉ ở không đau; protein tơ còn đóng vai trò chất bảo quản. Vaxess gọi cơ chế này giống như “đóng băng ở nhiệt độ phòng”. Trong thử nghiệm, vaccine cúm lưu ở miếng dán tơ vẫn còn hiệu lực sau 3 năm ở nhiệt độ phòng.
Năm 2028, nếu công nghệ này ra thị trường như kỳ vọng, vaccine có thể được gửi qua bưu điện, không cần bảo quản lạnh và không cần đến phòng khám.
Vì sao tơ lụa đặc biệt?
Tơ lụa gắn với hình ảnh vải vóc mềm, bóng, sang trọng. Tuy nhiên, ở cấp độ vật liệu, đây lại là thứ đáng kinh ngạc. Tơ có độ bền cao hơn dây thép cùng độ dày, thậm chí mạnh hơn sợi Kevlar dùng trong áo chống đạn.
Nguồn tơ quen thuộc nhất là loài bướm tằm Bombyx mori. Qua nhiều thế kỷ chọn giống, tằm nhà sinh sản nhanh, có thể đạt tám thế hệ mỗi năm. Trứng nở thành sâu tằm chỉ dài vài mm, rồi lớn rất nhanh. Khoảng một tháng, nếu được chăm tốt, chúng có thể tăng trọng lượng lên 10.000 lần.
Thức ăn của chúng gần như chỉ là lá dâu tằm. Để có nửa kg tơ, cần khoảng 3.000 con tằm, 99 kg lá dâu sạch và khoảng một tháng chờ đợi. Khi làm kén, tằm tiết ra hai dòng protein chính gọi là fibroin, rồi phủ bên ngoài bằng protein dính sericin. Chiếc kén nhỏ bằng viên hạnh nhân bọc chocolate có thể chứa sợi tơ liên tục dài tới 1 km.
Từ xa xưa, con người luộc kén, loại bỏ sericin và kéo lấy sợi. Tuy nhiên, khoa học hiện đại không chỉ dệt tơ thành vải mà tách protein tơ ra thành những “khối Lego” siêu nhỏ để lắp lại thành vật liệu mới.
Phòng thí nghiệm biến tơ thành công nghệ
Nhiều hiểu biết hiện đại về tơ đến từ Silklab, phòng thí nghiệm thuộc khoa kỹ thuật Đại học Tufts, gần Boston. Tại đây, giám đốc Fiorenzo Omenetto không xem tơ là tuyên ngôn thời trang, mà là nền tảng vật liệu.
Silklab tạo ra những thấu kính bằng tơ có thể chiếu chữ và hình ảnh khi gặp laser; găng tay phẫu thuật phủ tơ đổi màu khi nhiễm mầm bệnh; những con vít siêu nhỏ đủ chắc để sửa xương gãy rồi tự tan khi chấn thương lành.
Tơ không phải vật liệu sinh học duy nhất được nghiên cứu. Các nhà khoa học còn làm việc với những protein cấu trúc khác như keratin trong tóc hay collagen trong mô cơ thể. Tuy nhiên, tơ có lợi thế lớn: an toàn, bền, dễ xử lý trong nước, có thể tạo thành màng trong suốt, bột, sợi, lớp phủ hoặc cấu trúc ba chiều.
Với y học, ưu điểm nổi bật là tơ có thể tan dần thành các amino acid vô hại trong cơ thể.
Tơ trong phẫu thuật và điều trị
Từ thế kỷ 2 sau Công nguyên, con người dùng chỉ khâu tơ. Tuy nhiên, David Kaplan, đồng nghiệp của Omenetto tại Tufts, muốn đưa tơ đi xa hơn: dùng tơ làm giàn giáo sinh học đặt trong cơ thể để hỗ trợ mô bị tổn thương, như dây chằng đầu gối hoặc giác mạc, rồi tan đi khi mô lành.
Có lần, Kaplan cần khoan những lỗ nhỏ trên màng tơ để làm implant giác mạc, ông hỏi Omenetto liệu laser có thể xử lý được không. Khi Omenetto thử chiếu laser, ông nhận ra bề mặt màng tơ mịn đến mức gần như hoàn hảo về quang học, có tính chất hiếm thấy ngay cả ở kính.
Từ đây, ông nghĩ tới việc dùng tơ làm thiết bị quang học sinh học: kim, sợi dẫn sáng, lăng kính hoặc thấu kính tan được trong cơ thể.
Ứng dụng tiềm năng là quang dược học, trong đó thuốc chỉ được kích hoạt khi gặp ánh sáng đúng tần số. Với ung thư, bác sĩ có thể đưa thuốc vào cơ quan bị bệnh, rồi dùng sợi quang chiếu sáng khối u để kích hoạt thuốc tại chỗ. Nếu sợi dẫn sáng làm bằng tơ, nó không cần lấy ra sau điều trị; cơ thể sẽ hấp thụ dần.
Găng tay biết báo nhiễm khuẩn
Silklab cũng phát triển găng tay phẫu thuật phủ protein tơ trộn với kháng thể và thuốc nhuộm. Protein tơ vừa bảo quản các hóa chất này, vừa cho phép chúng phản ứng khi cần.
Khi găng tay tiếp xúc với vi khuẩn hoặc mầm bệnh, kháng thể được kích hoạt và vùng xử lý đổi màu, hiện cảnh báo “contaminated”. Ý tưởng cho thấy tơ có thể trở thành lớp phủ thông minh: không chỉ bao bọc, mà còn phát hiện và phản hồi với môi trường.
Những ứng dụng như vậy đặc biệt hấp dẫn trong y tế, nơi nhiễm khuẩn bệnh viện vẫn là rủi ro lớn, còn thiết bị dùng một lần tạo ra lượng rác thải khổng lồ.
Bảo quản thực phẩm bằng lớp phủ ăn được
Một trong những sản phẩm đã tiến gần thị trường nhất là lớp phủ bảo quản thực phẩm từ tơ của Mori, công ty tách ra từ Silklab và huy động hơn 82 triệu USD vốn đầu tư.
Bảo quản thịt, rau quả và trái cây chủ yếu là giữ ẩm, ngăn oxy và vi khuẩn. Màng nhựa có thể làm việc này, song không thể bọc từng quả táo hay quả chuối mà không tạo ra núi rác thải.
Năm 2016, Omenetto, Kaplan và Benedetto Marelli tại MIT chứng minh rằng chỉ cần nhúng thực phẩm vào dung dịch tơ và nước, bề mặt sẽ có một lớp màng protein mỏng, giữ ẩm và ngăn không khí, vi khuẩn. Trung bình, rau quả phủ protein tơ có thể tươi lâu hơn một tuần ở nhiệt độ phòng so với thực phẩm không bọc.
Lớp phủ này không mùi, không vị, không độc, phân hủy sinh học và có thể ăn được. Trong thế giới lãng phí khoảng 1/3 lượng thực phẩm sản xuất ra, tương đương 2,1 tỷ tấn/năm, lớp phủ rẻ và an toàn có thể tạo tác động lớn.
Tơ trong giọng nói, da và mỹ phẩm
Công ty khác tại Framingham, Massachusetts, tên Sofregen, tạo ra dung dịch tơ được FDA phê duyệt để điều trị rối loạn dây thanh. Khi bên dây thanh quá nhỏ hoặc bất động, bệnh nhân có thể khó nói, khó thở hoặc dễ sặc. Bác sĩ có thể tiêm vật liệu để làm dày dây thanh yếu, giúp nó khép lại tốt hơn.
Trước đây, các vật liệu như collagen hoặc mỡ tự thân từng được dùng. Sofregen dùng tơ vì phân hủy chậm và dự đoán được, cho mô của bệnh nhân thời gian tự sửa chữa.
Ở lĩnh vực chăm sóc da, công ty Evolved by Nature của Greg Altman và Rebecca Lacouture phát triển protein tơ thay thế một phần các lớp phủ hóa dầu trong mỹ phẩm. Protein tơ thiết kế để hỗ trợ hàng rào da, giúp giảm mất ẩm. Công ty đã huy động 200 triệu USD và có cổ phần thiểu số từ Chanel.
Theo Altman, chăm sóc da mới chỉ là bước đầu. Protein tơ có thể thay thế nhiều lớp phủ hóa dầu trên vải, da, kính, nội thất, xe hơi và bề mặt kiến trúc.
Trung Quốc vẫn nắm lợi thế
Nếu protein tơ trở thành vật liệu công nghiệp lớn, Mỹ và phương Tây sẽ đối mặt với câu hỏi chiến lược quen thuộc: nguồn cung đến từ đâu?
Trung Quốc hiện sản xuất khoảng 60% sản lượng tơ toàn cầu. Điều này gợi nhớ thị trường lithium: khi xe điện phát triển, các công ty phương Tây phụ thuộc mạnh vào nguồn cung và tinh luyện từ Trung Quốc.
Lịch sử từng lặp lại điều tương tự. Hơn một thế kỷ trước, Mỹ từng dẫn đầu sản xuất vải lụa, song phụ thuộc vào tơ thô nhập từ Trung Quốc và Nhật Bản. Thế chiến II cắt nguồn cung, ngành dệt Mỹ chuyển sang sợi tổng hợp như nylon và không quay lại.
Nếu các công ty vật liệu tơ thành công, có thể Mỹ sẽ tìm cách hồi sinh nghề nuôi tằm và trồng dâu. David Kaplan tin đây là cơ hội đưa sản xuất trở lại Mỹ, từ nguyên liệu thô đến sản phẩm công nghệ cao.
Vật liệu cổ cho tương lai mới
Tơ lụa từng làm nên các tuyến thương mại, nghi lễ cung đình và ngành thời trang xa xỉ. Tuy nhiên, tương lai có thể nằm ở nơi ít lãng mạn hơn: phòng khám, nhà máy thực phẩm, mỹ phẩm, vật liệu y tế và chuỗi cung ứng sinh học.
Điều khiến tơ đặc biệt không chỉ là đẹp hay bền mà là khả năng vừa mạnh, vừa an toàn với cơ thể, vừa phân hủy được, vừa có thể xử lý thành nhiều dạng khác nhau. Thời đại cần vật liệu ít phụ thuộc hóa dầu, giảm rác thải nhựa và mở rộng y học cá nhân hóa, protein cổ xưa bỗng trở nên rất hiện đại.
Vậy nên, tương lai của tơ lụa không chỉ là chiếc khăn, chiếc váy hay tấm vải bóng dưới ánh đèn mà có thể là miếng dán vaccine gửi qua thư, lớp phủ giúp trái cây bớt hỏng, mũi kim tan trong cơ thể, hoặc vật liệu thay thế nhựa trên những sản phẩm ta dùng hằng ngày.
shared via wip,
