Màng nhiều lớp đa năng

Màng bảo quản rau quả

Ai cũng biết một củ khoai thối trong đống khoai sẽ nhanh chóng làm cho các củ khoai xung quanh bị thối theo. Đó là do êtylen, một loại khí có ở rau củ thối, trái cây chín ủng... bay ra xung quanh làm lây lan. Tìm cách làm giảm êtylen trong không khí sẽ bảo quản rau, quả, củ được lâu hơn. Một loại màng bọc có tên là Yasa (Yasa - sheets) có khả năng thu hút mạnh các phân tử êtylen bay trong không khí đã được bán rộng rãi ở Nhật. Dùng màng này làm bao bì đựng rau chẳng hạn, rau sẽ tươi lâu (xem hình 1).

Màng Yasa là một ví dụ về ứng dụng công nghệ phun phủ màng nhiều lớp mới phát triển độ 5-7 năm nay.

Công nghệ làm màng nhiều lớp đa năng

Nghiên cứu thấy rằng, phần lớn vật liệu tự nhiên cũng như vật liệu tổng hợp ở mặt ngoài có điện tích âm. Nếu làm những phân tử có dạng chuỗi dài mang điện tích dương, điện tích dương và điện tích âm sẽ hút nhau bằng lực hút tĩnh điện. Phân tử càng dài càng có nhiều điểm móc nối với bề mặt vật liệu, lớp phân tử càng bám chắc vào bề mặt. Nếu lại làm những phân tử có dạng chuỗi dài mang điện âm và cho lớp phân tử này bám lên lớp mang điện dương, ta có được màng hai lớp bám chắc trên bề mặt. Cứ tiếp tục làm như vậy ta sẽ có được màng dày gồm nhiều lớp mỏng phủ lên và bám chắc vào bề mặt.

Tạo cho các lớp phân tử đó những tính năng đặc biệt, ta sẽ có được màng nhiều lớp đa năng. Màng Yasa để bảo quản rau nêu trên là màng nhiều lớp phủ ở bên trong bao bì bình thường, có tính năng hút phân tử êtylen. Như sẽ thấy trong một số ví dụ sau, có thể tạo màng nhiều lớp rất cứng, màng nhiều lớp có tác dụng sinh học, màng nhiều lớp chống phản quang...

Cách tạo ra màng nhiều lớp có quá phức tạp, tốn kém không? Về nguyên tắc, rất đơn giản. Phổ biến nhất là cách nhúng nhiều lần (xem hình 2). Người ta chuẩn bị dung dịch chứa các phân tử dài mang điện dương (polycation) và dung dịch chứa các phân tử dài mang điện âm (polyanion). Rửa sạch bề mặt, nhúng bề mặt vào dung dịch polycation cho hình thành lớp màng mỏng polycation, rửa sạch, nhúng vào dung dịch polyanion... và tiếp tục quy trình như ở hình 2. Cũng có thể dùng cách ly tâm, nhỏ một giọt dung dịch polycation trên bề mặt để lan rộng ra tạo thành lớp mỏng polycation rồi tiếp tục giọt một giọt polyanion...

Sau đây ta xét một số màng nhiều lớp đặc biệt.

Màng nhiều lớp để làm áo chống đạn

Màng nhiều lớp chống phản xạ

Kính, thấu kính không thật trong suốt, ánh sáng không xuyên qua được hết không hẳn là do đục mà là bị phản xạ ở bề mặt tiếp xúc. Để khắc phục, người ta phải phủ một lớp chống phản xạ trên bề mặt.

Cách phủ bằng màng nhiều lớp polycation/polyanion có ưu điểm rõ rệt là lớp phủ bám rất chắc vào kính, thấu kính. Để điều khiển tính chất quang, người ta dùng các đại phân tử là polyacrilic, polyaliamin và dùng các axit đặc biệt để tạo ra trong màng nhiều lớp các lỗ nanô làm thay đổi chiết suất. Từ đó có thể phủ được màng nhiều lớp để chống phản xạ, cho ánh sáng đi xuyên qua nhiều hơn. Cũng có thể tạo được màng nhiều lớp phản xạ chọn lọc tốt ánh sáng mặt trời để làm kính chống nắng. Ngoài chất lượng cao về mặt quang học, màng nhiều lớp còn có chất lượng cao về mặt cơ học: Cứng, bám dính tốt (không bị bong).

Màng nhiều lớp dùng cho y sinh

Năm 2004, nhóm nghiên cứu ở Strasbourg (Pháp) đã làm màng nhiều lớp chứa peptit có tác dụng chống viêm. Màng này đã được thử dùng để phủ lên mặt bên trong của đoạn khí quản nhân tạo thay thế cho đoạn khí quản bị bệnh ở chuột. Đối với khí quản nhân tạo thông thường (hình 3, trái) khi đem thay thế vào cơ thể chuột, sau một thời gian khí quản nhân tạo co hẹp lại dẫn đến bị tắt vì có lớp sinh chất mọc dày lên ở bên trong (hình 3, phải). Nếu phủ màng nhiều lớp chống viêm, hiện tượng tắt mạch không xảy ra (hình 3, giữa).

Khó có thể kể hết những khả năng ứng dụng của màng nhiều lớp. Các nhà khoa học đang phát triển những màng nhiều lớp với nhiều tính năng đặc biệt mới. Mặt khác, người ta đang tìm cách chế tạo màng nhiều lớp với giá rẻ hơn, kinh tế hơn, trong đó có cách chế tạo theo kiểu in liên tục như là in báo. Nhà máy chế tạo màng nhiều lớp kiểu này đang được xây dựng ở Mỹ.

Theo: La Recherche, 2005, No9 (389), TC Hoạt động khoa học, 2005, No11