Phát triển vật liệu có thể tự lành và theo dõi được nhịp tim

Hướng nghiên cứu cơ bản

Những năm gần đây khi triển vọng về các thiết bị thông minh mặc được trên người (wearable electronics) và ứng dụng được trong lĩnh vực y sinh ngày càng mở rộng thì nhu cầu về vải/vật liệu may mặc thông minh và có tính kháng khuẩn cũng ngày càng tăng cao. Và một trong những cách để tăng tính năng cho các thiết bị điện tử thông minh mang được trên người chính là tạo ra các loại vật liệu may mặc vừa có tính dẫn điện, vừa đảm bảo khả năng kháng khuẩn.

TS. Trương Vĩ Khánh đã tìm đến GS Michael Dickey, Đại học bang North Carolina (Mỹ), nhà khoa học hàng đầu về nghiên cứu kim loại lỏng, đề xuất về những hạt kim loại lỏng (liquid metal particle) khi tiếp xúc với vi khuẩn có khả năng thay đổi hình dạng và diệt khuẩn. Ý tưởng này sau đó được nhận giải thưởng từ Fulbright và RMIT, giúp anh cùng các cộng sự thực hiện công trình nghiên cứu.

Sau khi đã tổng hợp được dữ liệu chắc chắn của các đặc tính này, họ tiến đến quá trình tổng hợp, cải thiện, nâng cao tính chất của vật liệu dựa trên từng yêu cầu đặc thù. “Ví dụ, như trong quá trình phủ vật liệu lên vải, nhóm đã phải thử nhiều cách điều chế cũng như nhiều cách phủ vật liệu khác nhau để đảm bảo tương tác giữa hai loại vật liệu là tốt nhất”, TS. Trương Vĩ Khánh cho biết.

TS. Trương Vĩ Khánh (tay trái) cùng nghiên cứu sinh Nguyễn Tiến Thành tại phòng thí nghiệm của Đại học Flinders (Úc). Ảnh: NVCC

Nhóm còn tạo thành công đường dẫn điện có thể tự lành khi bị cắt nhờ vào việc hình thành các đường dẫn điện mới dọc theo mép của vết cắt, từ đó đem lại tính năng tự phục hồi. Khả năng này giúp vật liệu ứng dụng hữu ích trong các kết nối mạch, các điện cực linh hoạt để đo tín hiệu điện tâm đồ. Các nhà nghiên cứu đã biến các miếng vải phủ thành các điện cực của máy ghi điện tâm đồ (ECG), theo dõi nhịp tim. Quá trình thử nghiệm cho kết quả hoạt động tốt như các điện cực dựa trên gel thương mại.

Thành công trong phát triển loại vải thông minh

Kết quả nghiên cứu trên đã giúp nhóm của TS. Khánh đi đến một quy trình đơn giản để tạo ra lớp vải có các mạch điện khi nhúng một mảnh vải sạch vào chất lỏng trong vài giây. Chất lỏng này là dung dịch của các kim loại gallium và indium, lơ lửng trong isopropanol - chất thường được sử dụng trong chất khử trùng tay. Khi gallium và indium được kết hợp, chúng trở thành chất lỏng ở nhiệt độ phòng. Dung dịch được chuẩn bị bằng cách siêu âm (rung với âm thanh) các kim loại trong isopropanol trong 45 phút. Sau khi được sấy khô bằng súng hơi nóng, các kim loại tạo thành những giọt nhỏ trên vải, mỗi giọt có kích thước bằng một phần micromet. Với cách làm này, một lớp mỏng oxit hình thành trên các hạt, khiến vải vẫn cách điện.

Kết quả thử nghiệm cũng cho thấy vải dệt được phủ kim loại có khả năng kháng khuẩn hiệu quả. Vải này giúp đẩy lùi mầm bệnh và dùng trong thời gian dài hơn không cần giặt, có thể sử dụng làm ga trải giường bệnh viện và quần áo bệnh nhân ngăn ngừa nhiễm trùng.

Với những ưu điểm như vậy, nhóm nghiên cứu tin tưởng, vải với các mạch dẫn điện được tạo ra bởi các hạt kim loại lỏng này có thể thay đổi các thiết bị điện tử mặc trên người và mở ra cơ hội phát triển hơn nữa cho lĩnh vực nghiên cứu người - máy, bao gồm cả robot mềm và hệ thống theo dõi sức khỏe.

GS Michael Dickey đánh giá, nghiên cứu này đột phá về các ứng dụng liên quan đến kim loại lỏng và lớp phủ kim loại lỏng. Tác giả đã sáng tạo khi kết hợp kiến thức về vật liệu và công nghệ nano để tạo ra các phương pháp độc đáo.

TS. Trương Vĩ Khánh cho biết sản phẩm tạo ra phần lớn đáp ứng được các yêu cầu đang được nêu ra trên thị trường. Tuy vẫn cần nghiên cứu thêm để ổn định chất lượng, cải thiện theo yêu cầu của nhà sản xuất nhưng hi vọng rằng, sản phẩm sẽ sớm nhận thêm nhiều sự quan tâm, chú ý từ thị trường.