Những điều kỳ diệu trong vương quốc Nano

Một cuộc cách mạng lặng lẽ đang diễn ra và mang tên Công nghệ Nano. Không trống giong, cờ mở, nhưng nó lại là khởi nguồn của vô vàn sáng tạo đang đến với nhân loại. Những sáng chế của Vương quốc Nano quả là vô cùng kỳ diệu. Đó là một loại vật liệu mới do giáo sư Baughman và các cộng sự nhóm của ông tại trường đại học Dallas, bang Texas (Mỹ) tạo ra. Loại vật liệu mới này bền hơn thép, trong suốt và rất nhẹ. Một tấm vật liệu mới có diện tích 1 hecta chỉ nặng có... 280 gram.

Sau khi thông báo ông chưa tìm được tên cho loại vật liệu thần kỳ này, Giáo sư Baughman đã nhận được vô số thư điện tử đến từ khắp nơi trên thế giới đề xuất tên gọi của loại vật liệu mới. Ông cho biết: "Do loại vật liệu mới này rất nhẹ và rất bền, người ta bắt đầu gọi nó là mithril (tên gọi loại áo giáp thần kỳ trong bộ phim "Chúa nhẫn") ".

Trong Vương quốc Nano vẫn còn vô số phát minh quan trọng khác. Tuy chúng không khiến cho thế giới kinh ngạc như loại vật liệu mới của giáo sư Baughman nhưng cũng tỏ ra vô cùng tiện ích.

Đó là những chiếc bít tất tự khử mùi hôi chân, những chiếc quần không bao giờ thấm bẩn, những tấm kính cửa sổ không cần phải lau chùi, những bồn vệ sinh tự làm sạch và những trái golf tự điều chỉnh hướng bay... Tất cả những điều kỳ diệu trên đều là kết quả của việc khai phá cái thế giới cực kỳ nhỏ bé.

Trong tiếng Hy Lạp, Nano có nghĩa là "chú lùn". Thông thường, công nghệ Nano được giới hạn trong khuôn khổ nghiên cứu và chế tác các loại vật thể có kích thước nhỏ hơn 100 nm (Nano mét)- kích cỡ của phân tử hay các loại virus.

Để tiện bề hình dung, một nanômét có chiều dài bằng 10 nguyên tử Hyđro xếp hàng dọc với nhau hay 1milimét bằng 1 triệu nanômét. Giả sử dân chúng Philippin có kích cỡ 1 nm, thì toàn bộ dân chúng của thành phố triệu dân Manilađứng chưa đầy một chiếc móng tay của bạn.

Giống như nhân vật Alice trong thế giới thần kỳ, các nhà nghiên cứu trong vương quốc Nano hiện đang ở trong một thế giới mà những định luật của thế giới đương đại không còn hữu hiệu. Những vật thể siêu nhỏ này có hành vi ứng xử khác thường và sự khác thường này lại tạo nên vô số những điều kỳ diệu, trong đó có những thiết bị vệ sinh tự làm sạch.

Thiết bị vệ sinh này được phủ lên một tấm màng mỏng siêu mượt, với những lỗ nhỏ có đường kính chưa đầy 30 mm. Do có kích thước nhỏ hơn cả vi trùng và nấm mốc, tấm màng siêu mượt này không để cho các chất bẩn bám lên bề mặt của nó.

Ngoài ra, còn có vô số hiệu ứng lượng tử kỳ ảo tạo nên sự biến đổi màu sắc mà nhân loại nằm mơ cũng không hề nghĩ đến. Ví dụ, ôxit kẽm- một loại chất giúp chúng ta chống lại các tia cực tím- vốn có màu trắng ngà. Thế nhưng, khi những vật thể làm từ chất này có kích thước tính bằng nanômét, chúng lại có màu trong suốt.

Các nhà nghiên cứu trong Vương quốc Nano cũng đã tạo ra những loại vật liệu siêu nhỏ với những sản phẩm siêu việt. Một trong những thí dụ điển hình là sợi cácbon. Chris Papapoulos- nhà nghiên cứu người Canadavà là một ông trùm về công nghệ Nano tại đại học Victoriaở Britsh Columbia - nhận xét: "Sợi cácbon chính là thứ quảng cáo cho công nghệ Nano".

Chất cácbon dùng để chế tạo bút chì thường ở dạng Graphít (than chì) và rất mềm, dễ dát mỏng và dễ gẫy. Thế nhưng, trên thực tế sợi cacbon còn cứng hơn thép và cứng gấp bội. Những sợi cácbon có đường kính nhỏ hơn 0,5 mm này có sức bền hơn thép tới 100 lần, trong khi chỉ có trọng lượng bằng một phần sáu. Đây là loại vật liệu cứng nhất, bền nhất mà nhân loại hiện có trong tay. Không những thế, nó còn là loại vật liệu dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, với khả năng dẫn điện gấp 1.000lần dây đồng nguyên chất.

iPod Nano

Sợi cácbon có phạm vi ứng dụng vô cùng rộng rãi. Ủy ban Nghiên cứu quốc gia Canada hiện đang tìm cách khai thác thế mạnh của sợi cácbon bằng cách cấy chúng vào các loại vật liệu xây dựng. Hãng Boeing cũng cho rằng sợi cácbon có thể là nguồn gốc cho những đột biến tương lai trong lĩnh vực chế tạo các loại máy bay.

Nhóm nghiên cứu của giáo sư Baughman đã thực hiện một số ứng dụng sợi cácbon khiến cho người thường kinh ngạc đến "mắt tròn, mắt dẹt". Áp dụng cái mà ông gọi là "công nghệ kéo sợi cổ đại", Baughman và nhóm nghiên cứu của ông đã bện các sợi cácbon thành một thứ sợi bền gấp 4 lần tơ nhện, loại sợi bền nhất trong thiên nhiên.

Do có khả năng dẫn điện, loại sợi của tương lại này có thể được dùng làm những loại quần áo tích điện, chống đạn và tiếp nhận những bộ cảm biến có thể điều chỉnh nhiệt độ của quần áo. Loại sợi này cũng có thể dùng làm dây cáp của những cầu treo có khẩu độ dài gấp bội những cây cầu treo dùng cáp thép hiện nay.

Nhà nghiên cứu Papadopoulos lý giải rằng một trong những nguyên nhân khiến cho giới khoa học rất quan tâm đến loại màng siêu nhẹ, siêu bền của nhóm Baughman là do nó có thể được sử dụng làm "Cánh buồm mặt trời". Ông nói: "Với một "Cánh buồm mặt trời", người ta có thể dùng sức đẩy của các tia sáng.

Mặt trời di chuyển trong vũ trụ giống như dùng sức gió để đẩy những chiếc thuyền buồm vượt đại dương. Ánh sáng sẽ gây ra một lực đẩy nhất định khi nó tác động vào cánh buồm này. Lực đẩy này cực nhỏ và thông thường thì người ta không cảm nhận được. Nhưng trong vũ trụ không hề có gió mà chỉ có chân không. Nếu người ta có một "Cánh buồm mặt trời" đủ lớn và có đủ ánh sáng cần thiết, một lực đẩy cực nhẹ cũng đủ làm cho thuyền buồm chu du trong vũ trụ".

Không chỉ được ứng dụng trong vũ trụ, loại mạng này còn được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống thường nhật. Nhóm Baughman đã cấy lớp màng này vào giữa hai tấm kính, khiến cho tấm kính này vừa trong suốt vừa có khả năng dẫn điện. Đây quả là một ứng dụng tuyệt vời đối với việc làm tan băng bám lên kính chắn gió của xe cộ trong mùa đông lạnh giá.

Nhiều loại bệnh tật mà thủ phạm chính là các loại vi trùng, virut có kích cỡ vài nanômét. Do đó, Việc ứng dụng công nghệ Nano để chống lại chúng có ý nghĩa thực tế vô cùng quan trọng. Hãng Nucryst Pharmaceuticals ở Fort Saskatchewan, Alberta , đã phát minh ra một công thức kết hợp giữa khoa học Nano với phương thức chữa trị cổ truyền trong dân gian. Người Hy Lạp cổ đại đã sử dụng bạc để thúc đẩy quá trình điều trị và ngăn chặn tình trạng nhiễm trùng.

Các nhà dược phẩm hạt nhân đã làm sống lại và nâng cấp phương thức chữa bệnh cổ truyền này bằng cách phủ một lớp bạc dày vài nanômét lên những tấm băng quấn lên vết thương do bị bỏng. Lớp bạc cực mỏng này thâm nhập vào da và có tác dụng chữa trị liên tục. Kết quả là những bệnh nhân bị bỏng chỉ cần thay băng một tuần một lần, chứ không phải thay băng hàng ngày như trước đây.

Tiến sĩ Gary Sibbald, giáo sư Đại học Toronto và giám đốc Bệnh viện da liễu, chữa trị vết thương tại Sunnybrook, nói: "Bảy mươi phần trăm bệnh nhân bị viêm loét ngoài da kinh niên đã quay sang sử dụng loại băng chống nhiễm trùng này".

Trong năm 2004, hãng Nucryst Phamaceuticals đã sản xuất 3 triệu băng chống nhiễm khuẩn nano và doanh số của chúng đạt tới 30 triệu USD. Một loại kem sử dụng công nghệ nano để chữa trị căn bệnh eczêma hiện cũng đang được thử nghiệm lâm sàng ở Canada .

Giáo sư ung thư học Linda Pilarski, Chủ tiịch Trung tâm nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong y học của Canada , rất quan tâm chữa trị cho các bệnh nhân bị ung thư tủy, một căn bệnh hiểm nghèo hầu như vô phương cứu chữa. Bà nói: "Những người mắc phải căn bệnh hiểm nghèo này thương không sống quá 3-5 năm, mặc dù đã được áp dụng các phương thức điều trị hiện đại nhất. Vấn đề ở chỗ là căn bệnh này luôn tái phát".

Chính vì vậy mà giáo sư Pilarski muốn hợp tác với một nhà khoa học khác của Đại học Alberta là Chris Backhouse nhằm phát triển một thứ thiết bị, cái mà gọi là "Phòng xét nghiệm siêu nhỏ" (lap-on-a-chip), với hy vọng chặn đứng được sự tái phát của căn bệnh ung thư tủy. "Lap-on-a-chip" của giáo sư Pilarski nhằm ngay lập tức cung cấp cho bác sĩ điều trị các kết quả xét nghiệm ung thư hoặc virus.

"Phòng xét nghiệm siêu nhỏ" này thu nhập thông tin thông qua việc phân tích gien trong mỗi tế bào. Những tiến bộ trong khâu giải mã gien hiện nay cho phép quá trình xét nghiệm này tiến hành một cách nhanh chóng và hữu hiệu, với chút xíu mẫu máu, tủy và khối u.

Mặc dù vấn đề tái phát của căn bệnh ung thư tủy vẫn còn được nghiên cứu sử lý, cho đến nay các "Phòng xét nghiệm siêu nhỏ" của giáo sư Pilerski đã được sử dụng để thu thập thông tin về tình trạng nhiễm sắc thể bất thường trong các trường hợp viêm tủy cũng như mắc bệnh máu trắng.

Chiếc xe hầm hố Hummer là một trong những sản phẩm có ứng dụng công nghệ Nano.

"Phòng xét nghiệm siêu nhỏ" của giáo sư Pilarski cũng có thể phát hiện virus BK, một loại virus vô cùng phiền phức đối với bệnh nhân ghép thận. Giáo sư Pilerski cho rằng rốt cuộc, công nghệ chíp điện tử sẽ có khả năng xác định người ta bị mắc bệnh cúm nào hoặc họ bị nhiễm SARS hay HIV.

Với các thiết bị khám phá các cấu trúc thiên nhiên với nguyên tử cuối cùng, khả năng phỏng sinh học của các nhà nghiên cứu công nghệ Nano đang được cải thiện đáng kể.

Khi giáo sư Bharat Bhushan thuộc đại học Ohio muốn tạo ra một bề mặt siêu mượt, ông đã quyết định mô phỏng cấu trúc của lá sen. Từ lâu, các nhà khoa học đã nhận thấy rằng lá sen có khả năng gạt nước thật tuyệt vời. Họ phát hiện ra rằng bề mặt của những chiếc lá sen được bao phủ một lớp lông có kích thước cực nhỏ và khiến cho các giọt nước trôi tuột khỏi lá.

Giáo sư Bushan đã chế tạo thành công một lớp màng polymer có chức năng tương tự như bề mặt của lá sen. Ông nói: "Nếu gắn lớp màng này vào các tấm kính, ta có thể cho ra đời những tấm kính của sổ không bao giờ phải lau chùi".

Giáo sư hóa học Hicham Fenniri của Đại học Alberta cũng đã làm cái điều tương tự, khi chế tạo khớp xương nhân tạo. Thông thường, cơ thể con người dị ứng với các khớp gối hoặc hông làm bằng titan và trong nhiều trường hợp, "các vật thể lạ" này thường gây đau đớn cho các bệnh nhân đến mức người ta phải phẫu thuật để lấy chúng ra.

Để khắc phục tình trạng này, Giáo sư Fenniri đã phủ lên khớp nối titan một lớp sợi cácbon và đã thành công. Ông cho biết: "Đây là một sự mô phỏng tuyệt vời một chất prôtêin tự nhiên cấu thành xương cốt". Kết quả là lớp phủ này đã thu hút được tế bào xương và quá trình phát triển xương này có ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong việc hòa nhập khớp nối nhân tạo với cơ thể bệnh nhân.

Trong vương quốc Nano, một sự khác biệt nhỏ về kích cỡ cũng có thể tạo ra những khác biệt "một trời, một vực" về chức năng. Giáo sư Ted Sargent- giảng dạy tại đại học Toronto và là tác giả của cuốn sách "Vũ điệu của cá phần tử: Công nghệ Nano đang thay đổi cuộc sống của chúng ta như thế nào?"- cho rằng mọi thứ có thể "biến đổi" ở cấp độ Nano.

Thay đổi chiều dài của cây đàn ghita, người ta có thể thay đổi âm thanh của nó. Trên thực tế, người ta có thể chứng kiến bảy sác cầu vồng từ một chất liệu duy nhất. Giáo sư, Sagent đã tạo ra một chấm tí xíu màu xanh nươc biển có kích thước 3mm, màu đỏ xẫm với kích thước 4mm và phát ra tia hồng ngoại với kích thước 5mm.

Đây không đơn thuần là một cuộc trình diễn ánh sáng. Nó có thể là chìa khóa để tạo ra những tấm pin mặt trời giá rẻ, biến năng lượng mặt trời thành điện năng. Cho tới nay, các tấm pin mặt trời chỉ "gặt hái" năng lượng từ những chùm sáng nhìn thấy được, chứ chưa "tận thu" nửa kia của tia nắng mặt trời là bức xạ nhiệt.

Hồi tháng riêng năm 2005, Giáo sư Sargent đã công bố một bài viết đăng trên tạp chí "các vật liệu thiên nhiên", trong đó cho thấy việc sử dụng những vật liệu lượng tử 5nm có thể hấp thụ được các tia hồng ngoại và biến chúng thành điện năng.

Ông nói: "Việc tiếp theo mà chúng ta phải làm là kết hợp giữa việc thu hoạch năng lượng của tia hồng ngoại với việc thu hoạch năng lượng của ánh sáng trắng và tạo ra những tấm pin mặt trời có hiệu năng gấp bội. Nếu làm được điều này, chúng ta sẽ có những pin mặt trời dưới dạng quần áo mặc trên người, một tấm thảm có thể trải trên mái nhà hay trên mui xe".

Giáo sư Sargent tiên đoán rằng trong vòng hai mươi năm tới, việc biến năng lượng mặt trời thành điện năng sẽ rẻ hơn, thuận tiện hơn. Ông nói: "Ngày nay, việc biến năng lượng mặt trời thành điện năng vẫn còn khá đắt đỏ và không mấy thuận tiện. Sau này, chúng ta có thể tự thu năng lượng mặt trời và có trong tay các loại xe cộ tự nạp năng lượng".

Ông William Atkinson, tác giả cuốn sách "Công nghệ Nano và những thay đổi vĩ đại đến từ vật nhỏ không nhìn thấy được", nói: "Công nghệ Nano cũng giống như những bông tuyết, với trọng lượng không đáng kể, có thể làm đình trệ hoạt động của cả thành phố. Hàng tỉ những thay đổi siêu nhỏ có thể tạo thành một sự đột biến khổng lồ".

Nguồn: Đàn ông, tintuconline.vn 6/7/2006