Vật liệu do nhóm nghiên cứu phát triển có thành phần chính là những hạt gallium kích thước nano, kết hợp với bạc hoặc các kim loại khác, để tạo gel, băng gạc chăm sóc vết thương và lớp phủ chống nhiễm khuẩn cho thiết bị y tế. Các công thức đã chứng minh khả năng kháng khuẩn mạnh trong phòng thí nghiệm và đang được phát triển thành sản phẩm ứng dụng.
PGS Khánh cho biết, điểm đặc biệt của nano gallium là khả năng tiêu diệt vi khuẩn kháng kháng sinh nhờ tấn công vào cơ chế chuyển hóa sắt, trong khi không gây hại cho tế bào chủ.
Dự án Gánh nặng bệnh tật toàn cầu ước tính vào năm 2050, mỗi năm sẽ có khoảng 8,2 triệu ca tử vong do vi khuẩn kháng thuốc, trong đó Đông Nam Á là một trong những khu vực bị ảnh hưởng nặng nề nhất. Tốc độ phát triển thuốc không theo kịp đột biến của vi khuẩn, khiến các vật liệu diệt khuẩn ngày càng được quan tâm.
Vi khuẩn dùng phân tử sắt làm năng lượng, và gallium có kích thước, tính chất hóa học gần giống. Khi tiếp xúc, vi khuẩn sẽ chủ động thu nạp và bị gallium làm nghẽn chuỗi chuyển hóa. Đến nay, một số vi khuẩn đã phát triển gene kháng bạc - vật liệu diệt khuẩn phổ biến, nhưng chuyển hóa sắt là cơ chế mà vi khuẩn không thể từ bỏ, nhà nghiên cứu giải thích.
Ngoài ra, vật liệu còn khiến đại thực bào - tế bào miễn dịch tiêu diệt mầm bệnh và điều phối quá trình lành vết thương - giảm tiết chất gây viêm và tăng tiết chất chống viêm, tạo điều kiện thuận lợi cho mô phục hồi.
Tác động kép này, cùng với "giao diện" lỏng và khả năng hòa tan nhiều kim loại khác, khiến cho nano gallium trở thành một nền tảng công nghệ vật liệu tiềm năng cho y sinh. "Chức năng của vật liệu có thể được lập trình thông qua công thức thành phần hợp kim", PGS Khánh nói.
Các giọt gallium trong ống nghiệm. Ảnh: NVCC
Kể lại cơ duyên đến với nghiên cứu, PGS Khánh cho biết trong một lần xem lại Kẻ hủy diệt 2 (1991), hình ảnh robot T-1000 có khả năng biến hình gợi cho anh tìm hiểu kim loại lỏng. Gallium, có nhiệt độ nóng chảy khoảng 30 độ C, trở thành ứng viên tiềm năng. "Cũng là kim loại lỏng có khả năng biến hình, có điều 'T-1000' của chúng tôi nhỏ hơn sợi tóc hàng nghìn lần", PGS Khánh mô tả.
Trong các nghiên cứu từ 2020 đến nay, nhóm đã tìm hiểu cách kiểm soát hạt gallium siêu nhỏ, cũng như các công thức chế tạo khác nhau để tạo ra băng gạc, gel kháng khuẩn hay lớp phủ cho thiết bị cấy ghép.
Hàng loạt ứng dụng từ nền tảng kim loại lỏng
Hiện nano gallium được nhóm nghiên cứu phát triển theo hai hướng chính: chăm sóc vết thương và bảo vệ thiết bị cấy ghép khỏi nhiễm khuẩn.
"Sản phẩm kháng khuẩn, chăm sóc vết thương sẽ là ứng dụng chạm đến bệnh nhân sớm nhất", PGS Khánh cho biết. Hiện băng gạc vết thương kết hợp gallium và bạc, đã có bằng sáng chế quốc tế năm 2025, trong quá trình chuyển giao cho một đối tác sản xuất tại Việt Nam.
Tiếp theo sẽ là thuốc dạng gel để đưa vật liệu vào các vết thương sâu hoặc vị trí khó tiếp cận và giải phóng dần theo thời gian. Trong thử nghiệm công bố trên ACS Applied Bio Materials, gel kết hợp gallium đường kính khoảng 100 nanomet, bạc và bismuth đã cho thấy khả năng diệt hai chủng vi khuẩn gram kháng thuốc phổ biến và nguy hiểm nhất hiện nay trong khi không gây độc cho tế bào. PGS Khánh dự kiến trong hai năm tới, sản phẩm thử nghiệm lâm sàng và hoàn thiện công thức phù hợp cho thương mại hóa.
Với thiết bị cấy ghép - hướng ứng dụng phức tạp và có yêu cầu cao nhất, nhóm phát triển lớp phủ kháng khuẩn từ các hạt gallium và bạc siêu nhỏ, trong đó gallium đóng vai trò mang bạc và kiểm soát quá trình giải phóng. Nghiên cứu trên Advanced Functional Materials cho thấy lớp phủ có tác dụng kháng khuẩn, giảm các dấu hiệu viêm và hỗ trợ đáp ứng mô trong mô hình thử nghiệm trên chuột.
Dù vậy, lớp phủ cấy ghép còn cần vượt qua nhiều thử nghiệm để đảm bảo duy trì độ bám và khả năng kháng khuẩn sau tiệt trùng, thao tác phẫu thuật, đưa vào cơ thể và trong quá trình vận động lâu dài. PGS Khánh ước tính, hành trình đến sản phẩm cấy ghép thương mại có thể kéo dài khoảng 10 năm.
PGS Trương Vĩ Khánh (trái) cùng đồng nghiệp thử nghiệm vải tích hợp gallium lỏng. Ảnh: NVCC
Anh cho biết, muốn cùng các nhóm trong nước tiếp tục phát triển nền tảng công nghệ, bên cạnh đưa sản phẩm vào ứng dụng. Nhóm tại Flinders đang hợp tác với các đơn vị thuộc Đại học Đà Nẵng, Đại học Tôn Đức Thắng, Đại học Quốc tế - Đại học Quốc gia TP HCM, Đại học Trà Vinh, Đại học Y - Dược Huế và Đại học Y Dược TP HCM về hóa học gallium lỏng, mô phỏng thiết kế vật liệu.
Hiện có các trung tâm Mỹ, Trung Quốc, Australia, Hàn Quốc và một số nước châu Âu đang nghiên cứu kim loại lỏng gallium. "Tôi tin rằng Việt Nam với các thế mạnh về hóa học, vật liệu và dược có thể trở thành cái tên tiếp theo trong danh sách", anh nói.
Nam Nguyễn
- Nhà khoa học Việt tạo vật liệu 'ăn' chất ô nhiễm