Polymer đã thay đổi cuộc sống của nhân loại trong thế kỷ 20 nhưng bạn có biết loài người vẫn còn rất "nghiệp dư" trong việc sản xuất ra chúng. Đừng nghĩ những loại polymer mà ngày nay chúng ta xài đã là hoàn hảo! Chưa đâu, cái mà người ta muốn là tạo ra một loại polymer lấy cảm hứng từ tự nhiên và nếu đều đó thành công, con người sẽ có thêm một loại vật liệu với khả năng vô tận, không chỉ nhựa tự hủy bảo vệ môi trường, dụng cụ cấy ghép vào cơ thể mà cả DNA và "hệ miễn dịch nhân tạo" phục vụ cho quân đội,...
Polymer xuất hiện ở khắp mọi nơi, nhang nhản trước mắt ta, sát bên thân ta từng phút từng giây. Thí dụ chúng ta dùng nhựa để chứa túi bún riêu mua ở ngoài về nhà, dùng hộp nhựa để lắc xoài với muối ớt, đồ chơi của trẻ con bằng nhựa, xe máy đi hàng ngày cũng có nhựa, chiếc điện thoại, chiếc máy tính và thậm chí là cái mắt kính dính trên mặt để bạn đọc bài viết này cũng bằng nhựa. Chúng ta đã nói rất nhiều về nhựa và không ngớt lời ca ngợi nó là thứ vật liệu để tạo ra vô hạn thứ hạn, góp phần quan trọng trong việc định hình thế kỷ 20 của nhân loại.
Chuyên sâu hơn một tí, các nhà hóa học gọi nhựa là polymer. Ý tưởng ở đây cũng khá đơn giản: chúng ta trộn rất nhiều phân tử đơn phân (monomer) lại với nhau và kết quả là các phản ứng sẽ xảy ra, các đơn phân nối lại với nhau thành một sợi dài chính là hợp chất cao phân tử polymer. Có thể hình dung chuỗi polymer giống như một đoàn tàu lửa hoặc một sợi dây xích dài thật là dài vậy.
Trước khi polymer được tổng hợp thành công, phần lớn các vật dụng hàng ngày của con người là gỗ, đá hoặc kim loại. Mãi cho tới năm 1909 thì loại nhựa tổng hợp đúng nghĩa đầu tiên là Bakelite mới được tổng hợp thành công bởi nhà hóa học người Bỉ Leo Baekeland tại New York. Bakelite được cấu tạo từ các đơn phân là formaldehyde, có thể tạo thành nhiều hình dạng khác nhau khi nóng, sau đó khi nguội lại sẽ cố định hình dạng đó. Qua thời gian, chúng ta đã dùng Bakelite trong TV, trang sức, điện thoại và xe hơi.
Tùy theo thành phần hóa học của các đơn phân cũng như độ dài của chuỗi polymer mà chúng ta có thể tạo ra vô số loại polymer với các tính chất lý hóa khác nhau. Tuy nhiên, phần lớn polymer đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới dưới các hình thức của nhựa có nhiều đơn phân với nguồn gốc từ dầu mỏ. Từ những túi nylon, những chiếc áo thun nylon, áo khoác chống thấm, nhựa điện tử,... đều có các đơn phân bắt nguồn từ dầu mỏ.
Nhưng hãy nhớ rằng nhựa chỉ là một loại polymer tổng hợp chứa đầy khuyết điểm khi so với các loại polymer khác được bàn tay của Mẹ Thiên Nhiên nặn ra: từng cành cây ngọn cỏ ngoài kia, từng cơ quan nội tạng trong cơ thể,... mới là những loại polymer đúng nghĩa hoàn hảo. Đơn cử như những đơn phân trong tự nhiên như axit amin được sẽ hình thành nên protein. Đây là cũng là một loại polymer nhưng nó có sự khác biệt rất lớn đối với polymer tổng hợp bởi con người.
Tự nhiên tạo ra vô số loại protein nhưng cách làm không phải là thay đổi từng đơn phân cho mỗi chuỗi với các ứng dụng khác nhau, mà bằng cách kiểm soát cực kỳ chính xác thứ tự của chuỗi đơn phân. Kết quả là tất cả mọi thứ, từ móng tay người, cơ thịt, dây chằn cho tới các enzyme tiêu hóa đều được tạo ra chỉ với 21 loại axit amin "khâu" lại với nhau theo các thứ tự và độ dài khác nhau.
Đây là một "khả năng kiểm soát trình tự" độc nhất chỉ có thiên nhiên mới làm được và con người rất muốn làm chủ điều đó. Nếu con người cũng có khả năng kiểm soát điều đó thì đồng nghĩa với một cuộc cách mạng trong công nghệ sản xuất polymer sẽ diễn ra. Điều đó cho phép chúng ta có thể đặt bất cứ một nhóm nguyên tử nào vào trong đúng vị trí mong muốn. Thế nhưng, chúng ta không thể thao tác trên các axit amin khi mang nó ra khỏi môi trường ẩm ướt và ấm áp trong tế bào.
Tuy nhiên, các nhà khoa học có thể tạo ra những những đơn phân phụ với các đặc tính hóa học mạnh mẽ để thu hút những đơn phân khác, từ đó tạo thành chuỗi polymer với trình tự mong muốn. Bằng cách này, người ta có thể bắt các polymer xếp lại theo những hình dạng khác nhau, mang các đặc tính khác nhau như siêu mỏng, siêu nhẹ để làm cánh máy bay, hoặc một loại vật liệu hoàn hảo để bắt giữ và tiêu diệt độc tố từ vi khuẩn. Nếu như có trong tay khả năng kiểm soát trình tự một cách hoàn hảo như vậy, các nhà khoa học sẽ có vô số cách để ứng dụng polymer.
Xem toàn bộ tài liệu tại đây
Minh Phúc (ST)
Theo moitruong
