Keo siêu dính “giun biển” tổng hợp

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Loài "giun lâu đài cát”-sandcastle worm (loại giun biển nhiều tơ) sống ở những con sóng giữa lúc triều lên và xuống, chúng làm những “nhà” hình ống vững chắc từ các hạt cát nhỏ và vỏ và bằng chính chất keo tự nhiên của chúng. Các kỹ sư sinh học tại đại học Utah đã làm một phiên bản nhân tạo loại keo siêu dính này và hy vọng nó sẽ được dùng trong vòng một vài năm tới để chữa những xương bị vỡ ở đầu gối, các khớp xương và khuôn mặt.

Russell Stewart, phó giáo sư về kỹ sư sinh học và là tác giả lâu năm của nghiên cứu sẽ được đăng trực tuyến trong vòng một tuần trên tạp chí Sinh Học Đại Phân Tử (Macromolecular Biosciences) cho biết “Bạn sẽ gắn lại được các mảnh với nhau”.      

 “Khi bạn làm vỡ phần đỉnh của xương trong một khớp, những mảnh này rất khó sửa lại bởi vì nếu chúng không được đứng thẳng hàng, bạn rồi sẽ bị viêm khớp và khớp xương cũng sẽ không hoạt động. Vì thế, để có những mảnh xương đó sắp lại càng chính xác càng tốt là điều rất quan trọng”.

Trong các thử nghiệm tại thí nghiệm dùng những mảnh xương từ các cửa hàng tạp hoá, chất keo từ loài giun biển tổng hợp này-một mẫu đầu tiên-đã đạt được 37% .

Stewrad hi vọng loại keo tổng hợp này sẽ được kiểm tra trên động vật trong vòng một hay hai năm và được kiểm tra cũng như dùng trên người trong vòng năm đến 10 năm. 

Loại keo này sẽ không được dùng để sửa chữa các chỗ gãy lớn như là các xương cánh tay và chân chính mà các đinh gim hay đinh ốc được sử dụng. Nhưng Steward hình dung rằng nó có thể được dùng cho việc gắn lại các mảnh xương nhỏ với nhau ở đầu gối bị gãy, cổ tay, khuỷu tay, mắt cá chân và các khớp khác, cũng như khuôn mặt và sọ.     

Steward cho biết “Nếu một bác sỹ dựng lại một khớp xương bằng các đinh ghim và đinh ốc, thì nhìn chung là các khớp được bảo vệ khỏi tác động của sức nặng cho đến khi chúng lành lặn. Vì thế, mục đích của chúng tôi không phải là dựng lại một khớp chịu được sức nặng bằng keo. Mà là gắn các mảnh lại với nhau chính xác cho đến khi chúng lành lặn. Chúng tôi nghiên cứu việc gắn các mảnh nhỏ lại vào khớp”.
 

Trong nghiên cứu của họ, Steward và các đồng sự ghi chép: “Rất khó để có thể duy trì sự thẳng hàng của những mảnh xương vỡ nhỏ bằng cách khoan chúng với những đinh ốc và thanh kim loại. Một chất dính có thể giảm được số lượng hay khối lượng các thiết bị cố định bằng kim loại trong khi đó còn giúp duy trì sự thẳng hàng chính xác của những mảnh xương vỡ nhỏ nhằm cải thiện kết quả điều trị.

 Kỹ sư sinh học Patrick Tresco, phó khoa nghiên cứu tại trường Kỹ thuật của đại học Utah cho biết “Hầu hết các chất dán hiện nay không hoạt động khi các bề mặt ẩm ướt, vì thế chúng không tốt để giữ các xương gắn lại với nhau. Các xương thì ẩm và có nhiều máu. Chưa có loại keo dính như là keo giun tổng hợp như thế này trên thị trường hiện nay”. 

Keo dán tổng hợp này cũng có thể chứa được thuốc, vì thế chúng có thể được dùng để giúp giảm đau, phát triển, kháng sinh, các thuốc chống viêm, hay thậm chí các tế bào gốc đến những nơi mà các mảnh xương được gắn lại. Steward cho biết “Vừa sửa chữa được xương, vừa giúp chứa các thuốc có hiệu nghiệm hay thậm chí là các gien đến những điểm cần thiết”.

Và khi các mảnh xương hiện tại bị cắt ra do ung thư, chất keo dán có thể được sử dụng để gắn chặt “các đoạn mô” dùng để kích thích sự phát triển trở lại của xương bị mất đi.

Steward đang tìm cách lấy bằng sáng chế chất keo giun biển tổng hợp để mà chúng có thể được cấp giấy phép cho một công ty mà có thể phát triển chúng thành một sản phẩm kinh doanh. Ông hy vọng sẽ làm ra được những phiên bản tốt hơn có khả năng kết dính tốt hơn, có tính tương hợp sinh học trong cơ thể người và có tính tự huỷ sinh học.

Steward cho biết “Cuối cùng, chúng tôi dự tính làm sao cho chúng bị thay thế bởi xương tự nhiên theo thời gian. Chúng tôi không muốn để chất keo mãi trong các mảnh xương”.

Steward cho biết, một vài chất keo siêu dính tổng hợp hay những chất keo “khẩn cấp” thì được sử dụng thay vì các đường khâu cho các vết thương ở bề mặt da. Nhưng bởi vì các sản phẩm phụ là độc, chúng không thích hợp dùng cho mô sâu, gồm có hồi phục xương.

Xây dựng một lâu đài cát

Steward đã thực hiện nghiên cứu với Hui Shao, một nghiên cứu sinh về kỹ sư sinh học và Kent Banchus, một phó giáo sư nghiên cứu về khoa chỉnh hình. 

Nghiên cứu về loài giun nhiều tơ ở biển (Phragmatopoma californica)-“giun lâu đài cát” sống ở trong những cụm nhà hình ống giống như là lâu đài cát  trên bờ biển California. 

Giun trưởng thành thì dài khoảng 1 insơ và đường kính 8 insơ. Nhưng chúng làm những ống khoảng vài insơ bằng cách dùng những hạt cát và những mảnh vỡ của vỏ, mai các loại.

 “Chúng sẽ không không rời các ống của chúng. Chúng sống trong ống của chúng và có hàng tá các lông tuyến mà chúng ló ra ngoài ống. Điều này giúp chúng lấy thức ăn và các mảnh nhỏ để xây các tổ”.

Các tơ giống như tóc, nhỏ, quét các hạt cát và vỏ, mai xuống các lông tuyến để mà chúng có thể được tóm lấy bởi “cơ quan xây dựng” giống như kìm, nhiều thịt của giun và được gián trên ống đang được dựng lên từng miếng một”.

Steward cho biết, “Con giun tiết ra hai loại keo dính trên mảnh. Và cơ quan xây dựng để keo đó trên phần cuối của ống, giữ nó lại đó khoảng 25 giây. Chúng lắc lư một chút xem keo dán tốt không, sau đó thả ra. Keo dán được thiết kế để dựng lên và làm cứng chắc trong vòng 30 giây sau khi con giun tiết ra chất keo”.

Các con giun xây dựng các cấu trúc hình ống gần nhau, như các cụm ống,  để tạo ra một bầy lớn. Steward cho biết “Hạt cát cùng xây một lúc tạo ra cụm giống như đá ngầm lớn. Một cụm trông giống như một ụ đất, đá”.

 Trong phòng thí nghiệm, Steward trước đây đã cho thấy rằng các con giun sẽ sử dụng bất cứ vật liệu xây dựng nào. Chúng dùng chất keo dính tự nhiên để tạo ra các ống bằng cách gián những mảnh vỏ trứng, hạt thuỷ tinh, cát đỏ, xương, ZrO2, hay những mảnh silicon chip với nhau.  
 

Tính chất hóa học của keo dính. 

Các nhà khoa học đã biết rằng keo dính “giun lâu đài cát” này chứa các prôtêin và một chất có tên là dopa, một chất hiện có trong các con trai được dùng để việc dán vào đá và tàu. 

Steward cho biết “Nhưng chúng tôi đã xem sát kỹ lưỡng các đặc điểm cấu trúc, đưa ra giả thuyết về việc keo dán giun này hoạt động như thế nào, và dùng chúng vào việc tạo ra keo dán tổng hợp”.

Keo dán của loài giun biển này thì được làm từ hai prôtêin-một là tích điện âm và một là tích điện dương- là các polime tự nhiên hay các chất có cấu trúc như chuỗi liên tục. Keo cũng chứa Ca+2 và Mg+2 tích điện dương.  

Trong keo dán tự nhiên của giun, mỗi “xương sống” của polime prôtêin được làm từ poliamit, mà có các “chuỗi bên” của các chất hoá học khác được gắn chặt vào xương sống.

 Steward không dùng poliamit trong keo dán tổng hợp bởi vì việc tổng hợp nó thì không thực tế. Thay vào đó, đối với “xương sống” của các polime trong keo dán tổng hợp, ông đã dùng các polyacrylate hoà tan trong nước, là polime tổng hợp liên quan đến các keo siêu dính trong thương mại và được dùng trong chất tẩy sàn nhà, đánh bóng móng tay, các keo dán nhạy áp và thuỷ tinh hữu cơ.

Steward cho biết ,các “chuỗi bên” được dính với các xương sống polime của keo dán tổng hợp bắt chước lại các chuỗi bên của keo dán tự nhiên của giun về mặt hoá học và các phương diện khác nữa. Một vài chuỗi bên là dopa, làm cho keo dính. 

Steward cho biết ‘Chúng tôi đã làm ra các polime có chuỗi bên bắt chước các tích điện dương và âm trong keo dán giun”. 

Khi các polime được kết hợp lại, chúng tạo ra một chất không bình thường như là một “giọt tụ”, cô đặc và chìm xuống đáy của một ống nghiệm như là một dung dịch đặc, là nền tảng của keo tổng hợp. 

Hai polime trong “liên kết chéo”của giọt tụ-chuỗi bên của chúng dính với nhau-tạo ra những liên kết hoá học làm cho keo dán giun tổng hợp chắc hơn.

Bởi vì dung dịch bên trong một dung dịch không phân tán, nó có thể được hút bằng một ống tiêm.Steward cho biết “ Trong một vài trường hợp, chúng ta có thể sửa chữa chững xương với một ống tiêm hơn là các đinh ốc”.

Để kiểm tra sức mạnh của keo dán tổng hợp, Steward đã cắt các xương chân của con bò từ cửa hàng bách hoá thành các hình khối có mặt là 0,4 insơ, phủ cát các mảnh đó, làm ẩm chúng và gắn kết chúng lại với nhau bằng keo dán giun tổng hợp và keo siêu dính Loctitie 401. Các mảnh xương được gắn lại được giữ ấm và giữ ẩm trong vòng 24 tiếng. Ông đã kiểm tra sức mạnh của các keo dán bằng cách dùng các xương dẹt đẩy mỗi khối hình hộp được kết dính theo hướng đối lập cho đến khi liên kết bị phá vỡ”

(theo physorg - Sở KHCN Đồng Nai )