 |
TS. Trương Vĩ Khánh (Đại học Flinders, Úc) và thành viên nhóm nghiên cứu. Ảnh: Đại học Flinders |
Không chỉ có khả năng chống nhiễm khuẩn, vật liệu mới được phát triển tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật nano Y sinh của Đại học Flinders (Úc) còn tương thích sinh học với xương ở mức cao hơn nhiều - mở ra khả năng phục hồi nhanh hơn và kéo dài tuổi thọ của thiết bị cho bệnh nhân sau những phẫu thuật chỉnh hình lớn.
"Giàn giáo sinh học 3D mới được nhúng các hạt nano kim loại lỏng bạc-gali (Ag-Ga) mang lại một loại vật liệu sinh học hai chức năng: vừa chống nhiễm trùng dai dẳng, vừa thúc đẩy tái tạo xương", TS. Trương Vĩ Khánh - PGS tại Đại học Flinders và là tác giả chính của bài báo mới đăng trên tạp chí Advanced Functional Materials, cho biết.
"Trong nghiên cứu mới nhất, chúng tôi cho thấy các giàn này giúp giảm đáng kể sự hình thành vi khuẩn tại vị trí cấy ghép và thúc đẩy quá trình tích hợp xương khỏe mạnh, chứng minh hiệu quả kháng khuẩn và khả năng tái tạo trong điều kiện sinh lý thực tế".
Đây là nghiên cứu đầu tiên ghi nhận việc tích hợp vật liệu nano dựa trên kim loại lỏng vào giàn giáo gốm sinh học chịu tải, theo tiến sĩ Ngoc Huu Nguyen - nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong dự án.
"Phương pháp của chúng tôi khác hoàn toàn so với các vật liệu chứa kháng sinh thông thường. Thay vì giải phóng kháng sinh nhanh chóng, giàn này cung cấp khả năng bảo vệ kháng khuẩn tại chỗ và bền vững, đồng thời hỗ trợ quá trình phục hồi xương", anh cho biết.
TS. Ngoc Huu Nguyen là người đóng vai trò then chốt trong việc phát triển giàn gốm sinh học dựa trên kim loại lỏng, thành công tích hợp các hạt nano Ag-Ga vào hydroxyapatite, tạo ra sự kết hợp liền mạch giữa hoạt tính kháng khuẩn và chức năng tái tạo xương.
Giáo sư Krasimir Vasilev - đồng tác giả chính tại Đại học Flinders, cho biết nghiên cứu mới đã tích hợp thành công lớp phủ bề mặt vào nền giàn tái tạo hoàn chỉnh, cho các ứng dụng trong phẫu thuật chỉnh hình và chấn thương.
"Sự đổi mới này mở đường cho thế hệ mới các vật liệu phục hồi xương có thể ngăn ngừa nhiễm trùng mà không cần dùng kháng sinh, đồng thời tăng cường tích hợp mô và khả năng chữa lành," Giáo sư Vasilev - chuyên ngành Kỹ thuật nano Y sinh, chia sẻ.
Ông cho biết hiệu quả kháng khuẩn đa mục tiêu của vật liệu này đã được chứng minh chống lại nhiều mầm bệnh đáng kể trong điều trị lâm sàng, bao gồm Staphylococcus aureus, tụ cầu kháng methicillin (MRSA), Pseudomonas aeruginosa và các biến thể khuẩn lạc nhỏ (SCV) - "những loại vi khuẩn đặc biệt khó tiêu diệt bằng kháng sinh thông thường".
Các ứng dụng tiềm năng trong tương lai có thể bao gồm: (1) Chất độn xương có tính kháng khuẩn cho các trường hợp gãy xương nhiễm trùng, cố định cột sống hoặc phẫu thuật chỉnh sửa. (2) Các loại xương thế hệ mới không chứa kháng sinh, hoạt động kháng khuẩn qua cơ chế ion. (3) Các giàn in 3D theo từng bệnh nhân cho các khuyết tật xương sọ - mặt, xương dài hoặc do cắt bỏ khối u. (4) Thiết bị cấy ghép độc lập cho các môi trường dễ nhiễm trùng, như bàn chân của người bị tiểu đường hoặc tổn thương xương do ung thư.
Nhóm nghiên cứu cứu nhấn mạnh rằng nhiễm trùng liên quan đến vật liệu cấy ghép vẫn là thách thức lớn trong phẫu thuật chỉnh hình. Các loại kháng sinh toàn thân ngày càng mất hiệu quả do kháng thuốc, trong khi các vật liệu cấy ghép chứa kháng sinh thường chỉ có tác dụng ngắn và phạm vi diệt khuẩn hạn chế.
"Công nghệ của chúng tôi mang đến giải pháp hai chức năng, không dùng kháng sinh, có thể cải thiện đáng kể kết quả phẫu thuật - đặc biệt cho bệnh nhân có nguy cơ cao", TS. Trương Vĩ Khánh cho biết.
Trước khi đi đến thành công này, anh và nhóm nghiên cứu cũng đã có nhiều công trình liên quan đến việc sử dụng kim loại lỏng. Năm 2023, nhóm nghiên cứu của TS. Trương Vĩ Khánh đã phát triển được một loại vải dẫn điện, thoáng khí, có khả năng tự lành và có tính kháng khuẩn cao từ việc khai thác các tính chất tốt nhất của kim loại tồn tại ở thể lỏng.
Xuất phát từ việc nghiên cứu về kim loại tồn tại ở thể lỏng, TS. Khánh và các đồng nghiệp nhận thấy: những hợp kim có nguồn gốc bắt nguồn từ Gallium (GaLMs) là những hợp chất không độc, ngoài ra, chúng còn có những đặc điểm hóa - lý rất thú vị, hữu ích như tính dẫn điện tốt, tính dẻo, khả năng chịu nhiệt cao,... Về phương diện sinh học, những hợp chất này lại còn có tính chất kháng khuẩn. Thêm vào đó, "việc tạo các hạt GaLMs khá đơn giản. Khi chúng tôi áp dụng sóng siêu âm để tương tác với các GaLMs trong dung dịch, quá trình này sẽ tạo ra các hạt có kích thước nhỏ với cấu trúc bao gồm lớp oxit bên ngoài bao trọn lớp chất lỏng bên trong. Khi tác dụng lực, như nghiền, ép, thì chất lỏng bên trong sẽ chảy ra, tạo thành kết nối dẫn điện", TS. Khánh chia sẻ với Báo KH&PT vào năm 2023.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Material Technologies khi đó cho thấy: khi lớp vải phủ kim loại được ép với một lực đáng kể, các hạt hợp nhất thành một đường dẫn điện, cho phép tạo ra các mạch có thể duy trì độ dẫn điện khi bị kéo căng. Không chỉ vậy, "các phần dẫn điện có khả năng tự phục hồi 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 giúp những vật liệu dệt này có thể có những ứng dụng hữu ích như làm các kết nối mạch, bộ gia nhiệt Joule và các điện cực linh hoạt để đo tín hiệu điện tâm đồ", TS. Trương Vĩ Khánh cho biết.
Điều đáng chú ý là, khi thử nghiệm, vải dệt được phủ kim loại của nhóm nghiên cứu cũng thể hiện khả năng kháng khuẩn hiệu quả đối với Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus aureus. Khả năng chống lại vi khuẩn này không chỉ đem lại tính năng bảo vệ cho vải mà còn ngăn không cho vật bị nhiễm bẩn nếu mặc lâu hoặc tiếp xúc với người khác.
Nguồn: news.flinders.edu.au
Bài đăng KH&PT số 1367 (số 43/2025)
Kim Dung tổng hợp