9. Kết cấu của luận án
1.3.3. Ứng dụng của fibroin tơ tằm
1.3.3.1. Lĩnh vực dệt may
Tơ tằm có lịch sử sử dụng hơn 5000 năm trong lĩnh vực dệt may [9]. Lý do mà tơ tằm được sử dụng lâu dài trong ngành dệt may do tơ có độ sáng bóng độc đáo, cảm giác sờ tay mềm mại, độ bền cao và khả năng nhuộm màu tốt [9, 152]. Hơn nữa, tơ tằm có những tính chất cơ học đáng quý như độ bền, độ giãn, độ nén cơ học [9, 152]. Độ thấm hút của tơ tằm tạo ra cảm giác thoải mái khi mặc trong mùa hè và khi hoạt động. Độ dẫn nhiệt thấp của fibroin giúp giữ ấm trong thời tiết lạnh. Tơ tằm thường được sử dụng cho quần áo như áo sơ mi, cà vạt, áo dài, váy trang trọng, quần áo thời trang cao cấp, đồ ngủ, áo choàng, bộ quần áo, váy chống nắng và trang phục dân gian phương Đông. Các loại vải thường được dệt từ tơ tằm bao gồm charmeuse, habutai, chiffon, taffeta, crepe de chine, dupioni, noil, tussah, và shantung [10]. Tơ tằm còn được ứng dụng trang trí nội thất như làm vật liệu bọc, dán tường, rèm, thảm, ga giường… vì nó có độ bóng và độ rủ cao [10]. Ngoài ra, tơ tằm còn được ứng dụng
35
để dệt hoặc gia cố cho các vật liệu công nghiệp như vải dù, lốp xe đạp, túi đựng thuốc súng [10].
1.3.3.2. Lĩnh vực y sinh
Ứng dụng của fibroin tơ tằm như một vật liệu sinh học đã bắt đầu cách đây nhiều thế kỷ [151]. Phạm vi ứng dụng của fibroin tơ tằm ngày càng được mở rộng trong lĩnh vực y tế do tính ổn định nhiệt, khả năng phân hủy sinh học và khả năng tương thích sinh học. Một số ứng dụng của fibroin tơ tằm trong lĩnh vực y sinh được thể hiện trong Hình 1.33 [157] và Bảng 1.6 [157-160].
Bảng 1.6: Ứng dụng của fibroin tơ tằm tái sinh trong lĩnh vực y sinh [157]
Cấu trúc Miêu tả chức
năng Phương pháp xử lý Ứng dụng
Dạng xơ Dạng sợi hay thảm
xơ Thu được từ kén tằm sau khi chuội sạch keo sericin trong dung dịch Na2CO3
Dây chằng, gân và tái tạo mô mềm
Xơ được kéo sợi tĩnh điện Màng xơ hoặc dạng ống với kích thước đường kính xơ từ nano đến micro Dung dịch fibroin được phun lên mặt phẳng hoặc bề mặt hình ống thông qua sự chênh lệch điện tích
Băng vết thương, ghép tim mạch, tái tạo mô mềm, hình thành đĩa đệm, tái tạo thần kinh ngoại biên
Màng film Màng vật liệu mỏng, đẳng hướng với sự kiểm soát cao kích thước dài, rộng, và độ dày
Dung dịch fibroin được đổ vào khuôn và nước được bốc hơi để hình thành nên cấu trúc màng liên tục
Chất nền nuôi cấy tế bào, mô giác mạc, quang học, cảm biến, chất cách điện, ổn định thuốc, tái tạo thần kinh, hình thành ống Dạng
scaffolds
Khung được thiết
kế với các lỗi li ti Dung dịch tơ tằm được pha trộn với các chất hòa tan, đúc bằng khuôn và sau đó lọc bằng hệ dung môi thích hợp
Xương, sụn, sửa chữa mô mềm, hệ thống nuôi cấy in vitro 3D
Dạng hydrogels
Dạng các sợi nhỏ chứa lượng nước bên trong
Dung dịch fibroin bị tác động của lực khuấy (sóng siêu âm, trộn xoáy...) và xảy ra quá trình gel hóa
Làm đầy da, vi nang tế bào, đĩa sụn đốt sống Dạng vi cầu microspheres Cấu trúc hình cầu có kích thước từ nano đến micro Dung dịch fibroin được hòa tan trong hệ dung môi và được xử lý để tạo ra kích thước hạt mong muốn Vận chuyển thuốc, mạch máu, xử lý hóa chất
36
Các thuộc tính của fibroin tơ tằm có thể được thiết kế riêng để sử dụng phù hợp với vật liệu dệt y tế bằng cách biến tính bề mặt hoặc bằng cách tái sinh dưới dạng màng hoặc xơ. Sự tái sinh của fibroin tơ tằm bởi quá trình kéo sợi ướt và điện hóa có thể kiểm soát cấu trúc và tính chất của xơ fibroin, cho phép xơ được pha trộn với các polymer khác, cố định các vật liệu sinh học [157-161].
Hình 1.33: Giản đồ cấu trúc, quá trình xử lý và ứng dụng của vật liệu fibroin. (Dressing: băng vết thương; Blood vessel: mạch máu nhân tạo; Nerver: dây thần kinh; Bone: xương; Tendon: gân; Skin: da; Optics: quang học; Sensor: cảm biến...)
1.3.3.3. Lĩnh vực mỹ phẩm
Một số sản phẩm làm đẹp từ tơ tằm đã được quảng bá, bao gồm mỹ phẩm, tóc giả và dầu gội. Năm 2006, nhóm tác giả Wang Fang-lin [162] đã nghiên cứu ứng dụng fibroin tơ tằm làm chất phụ gia cho mỹ phẩm. Fibroin tơ tằm chứa nhiều axit amin và protein, các hợp chất này không có tính độc nên có thể sử dụng cho các loại mỹ phẩm. Nhóm tác giả đã nghiên cứu các kỹ thuật sản xuất dung dịch tơ tằm ngậm nước và ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, thời gian phản ứng đến quá trình thủy phân của fibroin tơ tằm. Ngoài ra, nghiên cứu này cũng đề cập đến phương pháp đưa fibroin tơ tằm ngậm nước vào mỹ phẩm và đưa ra các biện pháp khắc phục các vấn đề xảy ra trong quá trình thực nghiệm [162]. Năm 2015, nhóm tác giả Lillian J. Gill [163] đã có báo cáo đánh giá về tính an toàn của các loại fibroin tơ tằm được sử dụng trong mỹ phẩm. Các loại protein này bao gồm fibroin, sericin, fibroin thủy phân, sericin thủy phân, chiết xuất tơ tằm, bột tơ tằm... được đánh giá an toàn này không xuất hiện trong danh sách các thành phần bị cấm sử dụng trong các sản phẩm mỹ phẩm được bán trên thị trường Liên minh châu Âu [163]. Năm 2015, Daithankar, A. V. và cộng sự [164] đã nghiên cứu hiệu quả giữ ẩm của fibroin tơ tằm. Nghiên cứu cho thấy thành phần amino axit trong fibroin tơ tằm có nhiều ưu điểm như kem dưỡng ẩm da tự nhiên. Fibroin tơ tằm được tái sinh từ lithium bromua có tính tương thích sinh học cao, có hiệu quả dưỡng ẩm tốt cho da [164].
Fibroin tơ tằm với nhiều tính chất quý như bóng, đẹp, nhẹ và khả năng hút ẩm tốt, độ bền cơ học cao, phân hủy sinh học có thể kiểm soát, không gây độc tế bào nên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực dệt may, mỹ phẩm và dược phẩm. Để tăng giá trị và mở rộng phạm vi sử dụng của loại vật liệu quý này, trên thế giới các nhà khoa học đang sử dụng các hệ dung môi phù hợp để chuyển fibroin tơ tằm về dạng hòa tan và sau đó sử dụng dung dịch này để kéo sợi, tạo màng, làm da nhân tạo, vật liệu nền để nuôi cấy tế bào hay tẩm phủ lên các vật liệu khác.
37