Công nghệ nano - Quyền năng của Chúa trong thế kỉ 21

Lời phát biểu của nhà vật lý học Richard Feynman ở hội nghị hằng năm của Hiệp hội vật lý Hoa kì vào ngày 29/12/1959 đã mở ra kỉ nguyên mới cho xã hội loài người, đánh dấu sự ra đời của công nghệ nano

Bài tóm tắt này để cung cấp cho các bạn cái nhìn rõ hơn về công nghệ Nano, tiềm năng và ứng dụng của chúng ở hiện tại và trong tương lại. Do nếu đi sâu vào chi tiết thì phải mất hàng trăm ngàn bài viết mới phân tích hết được ứng dụng của công nghệ nano đối với từng chuyên ngành cụ thể. Vậy nên mình sẽ cố gắng dùng những từ ngữ khái quát và đơn giản để bài viết có thể tiếp cận được với nhiều đối tượng hơn trên Spiderum. Nếu các bạn muốn tìm hiểu sâu hơn về lĩnh vực này có thể tìm đọc những bài báo chuyên ngành  trên Google Scholar với từ khóa nanoparticles, nanoscale, nanotech...

Không dài dòng nữa, chúng ta bắt đầu thôi.

Chắc hẳn công nghệ nano đã không còn là tên xa lạ đối giới nghiên cứu và các bạn đọc có quan tâm về công nghệ. Khi nhắc đến công nghệ nano, đối tượng chính thường là những hạt có kích thước rất nhỏ, thật sự rất rất nhỏ. Thật khó để giúp các bạn hình dung kích thước nano nếu không có sự so sánh cụ thể. Hãy xem ngòi bút bi bạn đang cầm, nó có kích thước 1 triệu nanomet (tương đối). Độ dày tờ giấy? 75 ngàn nanomet. Nếu 1 nanomet là kích thước của quả bóng vào lưới Indo 4 lần thì virus COVID sẽ có kích thước là một người trưởng thành. Và nếu chiều cao con người được tính bằng nanomet, 9 tỷ người hoàn toàn có thể ngồi chung trong một chiếc taxi dạo vòng quanh New York. Thông thường, một vật liệu nếu muốn được xem là có kích thước nano, chiều ngang của chúng ít nhất phải nhỏ hơn 100 nanomet. Và từ cơ sở đó, hàng loạt các vật liệu có ứng dụng nano đã được tạo ra.

Nhưng tại sao những hạt có kích thước rất nhỏ lại có tác động lớn như vậy? Tại sao những thứ chúng ta còn không thể nhìn thấy lại có thể tái định hình thế giới ? Well, quay trở lại bản chất của thế giới, chúng ta và vạn vật đều cấu tạo từ các phân tử (À, trừ trường hợp có ai đó đánh thức chúng ta và bắt ta lựa chọn giữa 2 viên thuốc đỏ và xanh) và khi chúng ta có thể thay đổi sự sắp xếp hay kết nối giữa những phân tử, một kỉ nguyên mới đã mở ra trong quá trình tiến hóa của loài người. Lần đầu tiên trong lịch sử con người có thể điều khiển những "miếng Lego" cấu thành chúng ta. Hãy tưởng tượng thay vì lắp ráp một chiếc xe có những chức năng tùy biến thì chúng ta có thể lắp ráp những tế bào, những vật liệu có thể tác động đến những ngóc ngách nhỏ nhất của vũ trụ và cung cấp cho con người "quyền năng của Chúa". 

Tiếp cận các vật liệu ở kích thước nano giúp chúng ta có thể thay đổi cả những tính chất cơ bản của chúng như nhiệt độ nóng chảy, từ tính, độ dẫn điện... Nếu chúng ta thay đổi cấu trúc của những liên kết của  kim loại vàng ở mức độ nano, vàng sẽ không có màu vàng nữa, thay vào đó là hàng loạt các màu khác nhau tùy thuộc vào ý muốn của Chúa (ý tôi là những người tổng hợp vật liệu :)) ).  Kết quả là hàng loạt những sản phẩm có ứng dụng của vật liệu nano trong đời sống được sản xuất. Nếu bạn nghĩ công nghệ nano chỉ áp dụng cho các sản phẩm công nghệ cao thì bạn lầm to rồi. Nano, chúng có mặt ở khắp mọi nơi, tiềm năng phát triển giúp chúng có một chỗ đứng "rộng rãi" hơn bất kì công nghệ nào ở thời điểm hiện tại mặc dù ngành nghiên cứu nano chỉ bắt đầu vài chục năm trở lại đây. Nhưng công nghệ nano đã đóng góp như thế nào đối với sự phát triển của nhân loại? Phần 2 sẽ trả lời cho câu hỏi đó 

Có thể sau khi xem xong phần này, các bạn có thể cảm thấy khó tin hoặc không thật sự nghĩ công nghệ nano nói chung và vật liệu nano nói riêng có thể có nhiều ứng dụng đến vậy. Có lẽ rằng công nghệ này đã đưa con người phát triển vượt xa viễn cảnh mà 50 hay 100 năm trước người ta có thể nghĩ đến. Các bạn hãy nghĩ xem đã có bao nhiêu đồ vật có ứng dụng công nghệ nano xung quanh bạn? Phủ một lớp film kích thước nano lên mặt điện thoại hoặc màn hình TV. Bùm, chúng ta có một màn hình chống trầy xước và không thấm nước, hoặc đơn giản là không phản chiếu lại (ứng dụng trong các lớp kính xe, máy ba...). Chip ứng dụng nano, giúp xử lý hàng tỷ phép tính chỉ nhỏ bằng 1/50 bàn tay. Hay các tấm pin mặt trời ứng dụng vật liệu nano (quantum dot) cải thiện hiệu suất hơn cả trăm lần vật liệu thông thường. Nhưng liệu bạn có nghĩ, những viên gạch được xây nhà cũng có thể ứng dụng nano để tạo ra điện nhờ hấp thu năng lượng mặt trời. Các nhà khoa học ở đại học RMIT đã phát minh ra một loại sơn được tạo thành nhờ các tinh thể nano có kích thước chỉ 4 nanomet hấp thụ năng lượng mặt trời, khi đó, bất kì bề mặt nào cũng có khả năng được sử dụng như một tấm pin mặt trời. Tưởng tượng  1 ngày chúng ta không cần đóng tiền điện nữa xem. Viễn cảnh ấy chắc phải đợi ít nhất 10 năm nữa, trong trường hợp COVID biến mất và quá trình thương mại hóa xảy ra thuận lợi ^^.

Do bản thân cũng đang làm nghiên cứu về vật liệu nano trong điều trị ung thư ở một viện nghiên cứu ở thành phố HCM nên tôi có thể đảm bảo rằng tiềm năng trong y học và điều trị bệnh của công nghệ nano còn lớn hơn thế nữa.  Chỉ cần một giọt máu nhỏ lên tấm film có ứng dụng nano, chúng ta có thể test nhanh hàng loạt các bệnh từ tiểu đường đến các bệnh về máu. Robot có kích thước nano cũng đã được phát triển để điều trị ung thư. Nhưng để có thể nói ứng dụng nano bản thân tôi cảm thấy thích nhất chính là hạt nano và ứng dụng mang thuốc của chúng. Các bạn nếu gia đình có ai bị ung thư hoặc đã tìm hiểu về ung thư cũng sẽ thấy hàng loạt các triệu chứng phụ sau xạ trị hay hóa trị như rụng tóc, chóng mặt, mệt mỏi buồn nôn. Đó chính là do các thuốc điều trị ung thư thường rất độc, chúng tấn công cả các tế bào khỏe mạnh.

Nhưng với công nghệ nano, việc giảm thiểu các tác dụng phụ thật sự đơn giản. Dựa vào các đặc điểm khác biệt của các khối u như môi trường acid, biểu hiện một vài thụ thể quá mức trên bề mặt khối u, việc thiết kế ra một vật liệu giúp giải phóng thuốc ngay vị trí có khối u, đúng thời điểm và đúng liều lượng là điều có thể thực hiện và đã được nghiên cứu rất nhiều trong những năm trở lại đây. Bên cạnh đó, hạt nano còn giúp chữa các bệnh mà những loại thuốc thông thường không thể làm được. Một số loại thuốc sẽ bị phân hủy ngay khi đưa vào cơ thể, nhưng với lớp vỏ nano, chúng sẽ được bảo vệ và phát huy hoàn toàn tính sinh khả dụng (hay nói đơn giản là tác dụng của thuốc) lên cơ thể. Có thể nói, trong tương lai, ung thư chỉ còn là căn bệnh thường ngày nếu được phát hiện sớm (tiện đây mình cũng có lời khuyên, nếu các bạn qua tuổi 20, hãy nên đi tầm soát ung thư 6 tháng 1 lần). Liệu pháp gen cũng cần ứng dụng nano để có thể mang những đoạn gen trị liệu đến vị trí cần thiết, mặc kệ các tác động của hàng rào miễn dịch. Căn bệnh lao phổi mà chỉ 20-30 năm trước đã giết hàng triệu người, nay trở thành một căn bệnh thông thường do sự phát triển của công nghệ nano (mặc dù nếu không được điều trị vẫn chết như thường nha quý vị). Tôi vẫn còn nhớ bác tôi do mắc lao phổi đã mất sau 1,2 năm. Qua lời kể của bố, thật bất ngờ là không phải do bệnh lao giết chết  bác tôi, mà chính là những liều thuốc bác dùng để chữa bệnh đã gây ra các tác dụng phụ không mong muốn, tấn công đến cả các bộ phận bình thường, khiến bác tiều tụy, suy thận rụng tóc có đủ cả. Cuối cùng là chết trong đau đớn ở tuổi 40. Nếu theo đà phát triển này, việc tối ưu hóa   tác dụng của thuốc, giảm thiểu khả năng gây tác dụng phụ, hàng triệu người sẽ không phải chết hằng năm. Và nếu lộ trình phát triển của công nghệ nano xảy ra đúng theo kịch bản của các nhà khoa học dự tính thì vào năm 2050, ung thư hay hàng loạt các căn bệnh bẩm sinh về di truyền sẽ chỉ còn lại vấn đề tiền bạc. Liệu bạn có đủ tiền để chi trả các chi phí điều trị bệnh hay không thôi.

Khi chúng ta đến gần hơn khả năng có thể chữa trị tất cả các loại bệnh có thể gặp phải, chắc hẳn một kỷ lục mới đã được thiết lập trong quá trình tiến hóa của loài người?

Trong thời đại mà trí tưởng tượng của người làm phim Khoa học viễn tưởng (Sci-fic)  vượt xa trình độ khoa học của loài người, liệu bạn có bao giờ tự hỏi, liệu khi nào chúng ta có thể đạt được các công nghệ tân tiến như bộ giáp NanoTech của Iron man hay khả năng biến hình vô cùng đẹp mắt mà các bộ phim Tranformers mang lại. Liệu công nghệ nano có phải là một bước tiến giúp mang lại cho con người sức mạnh to lớn và khả năng kiểm soát vạn vật? 

Nếu các bạn yêu thích chủ đề này, mình sẽ viết thêm phần 3 trong tương lai, còn hôm nay đến đó thôi :))) hết chakra rồi :)))

Đọc thêm: