8 phút đọc
Trong bối cảnh tình trạng kháng thuốc kháng sinh đang trở thành một cuộc khủng hoảng y tế toàn cầu, các giải pháp vật liệu mới đang được kỳ vọng sẽ thay đổi cục diện cuộc chiến chống siêu vi khuẩn. Mới đây, PGS Trương Vĩ Khánh tại Đại học Flinders (Australia) cùng các cộng sự đã phát triển thành công nền tảng vật liệu nano dựa trên kim loại lỏng gallium. Nghiên cứu mang tính đột phá này không chỉ mở ra khả năng tiêu diệt các chủng vi khuẩn kháng thuốc cực mạnh mà còn hỗ trợ đẩy nhanh quá trình phục hồi các mô bị tổn thương.
Cơ chế ‘đánh lừa’ và tiêu diệt siêu vi khuẩn từ cảm hứng điện ảnh
Ý tưởng độc đáo về việc ứng dụng kim loại lỏng được PGS Trương Vĩ Khánh nhen nhóm từ hình ảnh robot biến hình T-1000 trong bộ phim điện ảnh kinh điển ‘Kẻ hủy diệt 2’ (1991). Tận dụng đặc tính của gallium – một kim loại có nhiệt độ nóng chảy đặc biệt thấp (khoảng 30 độ C), nhóm nghiên cứu đã chế tạo ra các hạt gallium siêu nhỏ với kích thước chỉ bằng một phần nghìn sợi tóc nhằm phục vụ mục đích y sinh.
Sự nguy hiểm của các loại vi khuẩn kháng thuốc hiện nay nằm ở khả năng vô hiệu hóa các dòng kháng sinh thông thường. Theo ước tính từ Dự án Gánh nặng bệnh tật toàn cầu, thế giới có thể phải đối mặt với khoảng 8,2 triệu ca tử vong mỗi năm vào năm 2050 do vi khuẩn kháng thuốc, trong đó khu vực Đông Nam Á là nơi chịu ảnh hưởng nặng nề hàng đầu. Do tốc độ phát triển thuốc kháng sinh mới không thể bắt kịp tốc độ đột biến của vi khuẩn, hướng tiếp cận bằng vật liệu diệt khuẩn cơ lý hóa học đang trở thành xu hướng tối ưu.
Để tiêu diệt vi khuẩn một cách triệt để, nhóm nghiên cứu của PGS Khánh đã khai thác một điểm yếu sinh học cốt lõi của chúng: nhu cầu hấp thụ sắt. Trong tự nhiên, vi khuẩn bắt buộc phải sử dụng các phân tử sắt làm nguồn năng lượng để duy trì sự sống và phát triển. Gallium có kích thước và tính chất hóa học rất tương đồng với sắt. Khi tiếp xúc với vật liệu nano gallium, vi khuẩn bị ‘đánh lừa’ và chủ động thu nạp kim loại này vào bên trong cơ thể. Ngay sau đó, gallium sẽ làm tắc nghẽn toàn bộ chuỗi chuyển hóa năng lượng, khiến vi khuẩn bị tiêu diệt từ bên trong.
“Đến nay, một số vi khuẩn đã phát triển gene kháng bạc – một vật liệu diệt khuẩn vốn rất phổ biến. Tuy nhiên, chuyển hóa sắt lại là cơ chế sinh tồn bắt buộc mà vi khuẩn không thể từ bỏ”, PGS Trương Vĩ Khánh phân tích về tính bền vững của công nghệ mới.
Không dừng lại ở khả năng diệt khuẩn vượt trội, loại vật liệu nano này còn hỗ trợ tích cực cho quá trình lành thương. Khi tương tác với đại thực bào (tế bào miễn dịch có vai trò dọn dẹp mầm bệnh và điều phối tái tạo mô), vật liệu giúp giảm thiểu việc tiết các chất gây viêm, đồng thời kích thích giải phóng các chất chống viêm. Tác động kép này tạo ra một môi trường lý tưởng để các mô tổn thương phục hồi nhanh chóng.
Ba nhánh ứng dụng thực tế từ nền tảng kim loại lỏng
Nhờ đặc tính lỏng linh hoạt và khả năng hòa tan nhiều loại kim loại khác nhau, công nghệ nano gallium cho phép các nhà khoa học dễ dàng tùy biến công thức hợp kim để phục vụ cho các mục đích điều trị chuyên biệt. Hiện tại, nhóm nghiên cứu tập trung phát triển dòng sản phẩm này theo hai hướng ứng dụng lớn:
1. Băng gạc và gel kháng khuẩn chăm sóc vết thương
Đây là mảng ứng dụng có khả năng tiếp cận thực tế và thương mại hóa sớm nhất. Nhóm nghiên cứu đã phát triển loại băng gạc kết hợp giữa gallium và bạc, đã được cấp bằng sáng chế quốc tế vào năm 2025. Hiện tại, công nghệ này đang trong quá trình chuyển giao kỹ thuật cho một đối tác sản xuất trực tiếp tại Việt Nam.
Song song với đó, nhóm cũng nghiên cứu loại thuốc dạng gel có khả năng giải phóng hoạt chất từ từ theo thời gian, thích hợp cho các vết thương sâu hoặc nằm ở vị trí khó can thiệp. Thử nghiệm thực tế được công bố trên tạp chí khoa học ACS Applied Bio Materials cho thấy, loại gel chứa các hạt gallium kích thước khoảng 100 nanomet kết hợp với bạc và bismuth có khả năng tiêu diệt hiệu quả hai chủng vi khuẩn gram kháng thuốc phổ biến và nguy hiểm nhất hiện nay mà không hề gây độc hại cho các tế bào lành xung quanh. PGS Khánh dự kiến sản phẩm dạng gel này sẽ bước vào giai đoạn thử nghiệm lâm sàng và hoàn thiện công thức thương mại hóa trong vòng 2 năm tới.
2. Lớp phủ chống nhiễm khuẩn cho thiết bị cấy ghép y tế
Đối với các thiết bị cấy ghép y khoa – một lĩnh vực có tiêu chuẩn an toàn khắt kê nhất, nhóm nghiên cứu hướng tới việc tạo ra lớp phủ bảo vệ từ các hạt siêu nhỏ gồm gallium và bạc. Trong công thức này, gallium đóng vai trò là chất mang và kiểm soát tốc độ giải phóng các ion bạc ra môi trường xung quanh một cách ổn định.
Kết quả thử nghiệm công bố trên chuyên san y khoa Advanced Functional Materials trên mô hình chuột cho thấy lớp phủ này giúp kháng khuẩn tốt, giảm thiểu các phản ứng viêm và hỗ trợ khả năng tương thích mô cao. Tuy nhiên, để có thể ứng dụng trên cơ thể người, lớp phủ này cần phải trải qua các kiểm định nghiêm ngặt về độ bám dính, khả năng chịu lực khi vận động và duy trì tính năng diệt khuẩn sau quá trình tiệt trùng phẫu thuật. Lộ trình thương mại hóa của mảng thiết bị cấy ghép này dự kiến sẽ kéo dài khoảng 10 năm.
Điều người dùng cần theo dõi và những câu hỏi còn bỏ ngỏ
Dù mở ra triển vọng rất lớn trong lĩnh vực y sinh, việc ứng dụng rộng rãi công nghệ nano gallium vẫn cần thời gian để giải quyết các bài toán thực tế. Người dùng và giới công nghệ cần tiếp tục theo dõi kết quả của các đợt thử nghiệm lâm sàng trên người đối với sản phẩm gel kháng khuẩn trong 2 năm tới, cũng như khả năng tối ưu hóa chi phí sản xuất hàng loạt khi công nghệ được chuyển giao về Việt Nam.
Hiện nay, nghiên cứu về kim loại lỏng gallium đang thu hút sự tham gia của nhiều trung tâm nghiên cứu lớn tại Mỹ, Trung Quốc, Australia, Hàn Quốc và châu Âu. Nhóm nghiên cứu của PGS Trương Vĩ Khánh hiện đang tích cực hợp tác sâu rộng với hàng loạt trường đại học lớn tại Việt Nam như Đại học Đà Nẵng, Đại học Tôn Đức Thắng, Đại học Quốc tế (ĐHQG TP.HCM), Đại học Trà Vinh, Đại học Y – Dược Huế và Đại học Y Dược TP.HCM để cùng phát triển hóa học kim loại lỏng và mô phỏng thiết kế vật liệu mới, kỳ vọng đưa Việt Nam trở thành bản đồ thế lực tiếp theo trong ngành công nghệ vật liệu tiên tiến này.
*Lưu ý: Các thông tin trong bài viết mang tính chất cập nhật xu hướng công nghệ và nghiên cứu khoa học tham khảo, không có giá trị thay thế cho việc chẩn đoán hoặc đưa ra phác đồ điều trị y khoa thực tế.
Nguồn tham khảo: Xem bài gốc
