Polytetrafluoroethylene (PTFE) được biết đến rộng rãi dưới cái tên nhựa Teflon. Đây là một trong những loại nhựa có tính trơ nhất từng được biết đến – không gây phản ứng, không ma sát, không dẫn điện, chịu được nhiệt độ cao. Silicon là loại cao su có bề mặt chống dính – khi bạn quét một lớp sơn lên trên silicon, đợi lớp sơn khô và bạn có thể dễ dàng bóc lớp sơn ra. Vậy có thể kết hợp 2 loại cao su này với nhau để tận dụng đặc tính tốt của cả 2 loại được không? Trước đây, việc tạo liên kết bền chặt giữa PTFE và silicon gần như là không thể, ngay cả với các hoá chất kết dính tốt nhất trong phòng thí nghiệm. Nhưng giờ câu trả lời lại là “có thể”.
Sự kết hợp giữa hai loại nhựa này nay đã có thể thực hiện được nhờ nhóm nghiên cứu của Giáo sư Rainer Adelung tại Germany’s Kiel University (CAU), và hứa hẹn một bước ngoặt mới trong công nghiệp và ứng dụng Y học. Vấn đề được xác định là bề mặt của PTFE và silicon không gắn với nhau bởi những chất kết dính hoá học thông thường.
Các tinh thể nano kẽm oxít (ZnONC) với cấu trúc giống chông sắt caltrop 4 chân cho phép bề mặt của PTFE và silicon có khả năng gắn lại với nhau, tạo nên một liên kết cơ học bền vững mà không cần một loại hoá chất nào khác. Caltrop là loại vũ khí cổ gồm 4 gai, sao cho khi nằm trên mặt đất luôn có một gai chổng lên trời, dùng để bẫy thú vật hay chính con người. Trong điều kiện thích hợp, ZnONC tồn tại ở dạng caltrops với 4 gai có thiết diện lục giác đều và lõi tứ diện.
Để gắn kết PTFE với silicon, ZnONC được rải đều trên bề mặt của lớp PTFE nóng. Trong bức ảnh trên, người ta thử nghiệm với một chiếc chảo chống dính. Sau đó một lớp silicon được đổ lên trên bề mặt lớp PTFE-nanocrystal. Chúng được nung nóng đến nhiệt độ 100 độ C trong gần một giờ đồng hồ, trong thời gian ấy silicon được lưu hoá hoàn toàn. Lực cần thiết để tách 2 lớp silicon và PTFE ra khỏi nhau là khoảng 200 Newtons trên mét vuông, giống như việc bóc một lớp băng dính được dán trên bề mặt kính sạch.
Theo Xin Jin, một sinh viên đã tốt nghiệp hiện đang thực hiện luận án tiến sĩ, “nó giống như việc đóng ghim từ bên trong hai loại vật liệu không dính thành một. Khi nung nóng, các tinh thể tetrapod giữa 2 lớp polymer cắm sâu, chìm trong 2 loại vật liệu này và neo chắc tại đó.” Đồng nghiệp và là người giám sát của cô, Tiến sĩ Yogendra Kumar Mishra, giải thích: “Nếu bạn cố gắng gỡ các tinh thể này ra bằng cách kéo một chân của chúng, do cấu trúc mà ba chân còn lại của tinh thể sẽ gắn sâu hơn và khó di chuyển hơn”.
Nghiên cứu này đã thu hút sự chú ý của giới Y học. Việc sử dụng rộng rãi các sản phẩm silicon từ lâu đã gây ra sự bất tiện, vì chúng không thể gắn chặt trên các loại vật liệu khác. Phương pháp này sử dụng các loại vật liệu phù hợp về mặt sinh học (biocompatible) – chúng không gây ra các phản ứng có hại khi ở trong cơ thể. Sự kết dính này đơn thuần sử dụng nhiệt cùng với các vật liệu trơ, ngoài ra kẽm oxít cũng là một chất biocompatible. Các thử nghiệm in vitro và trên lâm sàng cần được thực hiện, nhưng có vẻ như loại vật liệu này cũng sẽ biocompatible.
Một trong những chiếc chìa khoá giúp thực hiện sự đổi mới, đó là sự xuất hiện của loại vật liệu mới và sự kết hợp giữa các loại vật liệu. Nhưng trên thực tế, việc quan trọng hơn là phải biết cách ứng dụng chúng chứ không đơn thuần chỉ là suy nghĩ. Những phát minh mới như thế này sẽ còn khiến chúng ta ngạc nhiên hơn nữa trong tương lai.
