Trung Quốc phát triển thủy tinh sinh học bền chắc gần bằng xương
Mới đây một nhóm nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển thủy tinh hoạt tính sinh học có thể in 3D với độ bền chắc gần bằng xương.
Thử nghiệm trên động vật, loại thủy tinh mới hỗ trợ xương phát triển lâu hơn so với thủy tinh thông thường và tương đương vật liệu cấy ghép nha khoa hàng đầu.
Nhờ cấu trúc phân tử mà thủy tinh lẫn xương đều chịu được lực nén tốt hơn lực kéo giãn. Silica là thành phần chính trong thủy tinh, có thể tồn tại ở dạng lỏng cũng như tự do định hình - mở ra tiềm năng cho việc chế tạo mô cấy ghép vừa khít phần xương bị tổn thương. Nhưng dù thủy tinh giàu tiềm năng, hoàn thiện quy trình in mô vẫn là trở ngại lớn.
In 3D thủy tinh thông thường đòi hỏi chất hóa dẻo độc hại cùng nhiệt độ trên 1.000oC, do đó khó sử dụng trong y tế vốn đòi hỏi an toàn và chi phí hợp lý.
May mắn là nhóm nghiên cứu do Giáo sư Xiao Jianru (Đại học Quân y số 2), Giáo sư Chen Tao (Đại học Y Trùng Khánh), Giáo sư Wang Huanan (Đại học Công nghệ Đại Liên) dẫn đầu tìm ra một giải pháp sạch hơn. Họ kết hợp hạt silica ích điện trái dấu với các ion canxi và phosphate đều có tác dụng kích hoạt hình thành tế bào. Hỗn hợp tạo thành loại gel in được, đông cứng ở hơn 700oC.
Dùng thủy tinh sinh học, thủy tinh thông thường, vật liệu thay thế xương nha khoa sửa chữa hộp sọ thỏ, nhóm ghi nhận vật liệu nha khoa thúc đẩy quá trình phát triển ban đầu nhanh hơn, còn thủy tinh sinh học bền hơn.
Sau 8 tuần, hầu hết tế bào xương bám vào khung thủy tinh sinh học, còn với thủy tinh thông thường gần như không ghi nhận sự phát triển. Nhóm kết luận vật liệu của mình duy trì sự phát triển của xương lâu hơn các lựa chọn hiện có; đồng thời tin rằng đây là bước tiến trong nỗ lực tạo ra vật liệu thay thế xương giá cả phải chăng mà lại có thể tùy chỉnh, ứng dụng không giới hạn ở lĩnh vực nha khoa.
Về phương diện kỹ thuật, thủy tinh sinh học cũng đem lại bước đột phá đáng kể. Hầu hết gốm hay thủy tinh in 3D đều phụ thuộc chất hóa dẻo hữu cơ cộng nhiệt độ cực cao, làm tăng chi phí lẫn thời gian mà lại khiến hoạt tính sinh học suy giảm, thậm chí đem lại tác dụng độc hại.
Vật liệu mới tránh được loạt vấn đề này nhờ sử dụng gel dạng keo tự phục hồi làm từ hạt nano silica hút nhau bằng tĩnh điện, đảm bảo in ra thành phẩm cấu trúc thủy tinh bền chắc chẳng cần chất phụ gia lẫn nhiệt độ cao.
Độ bền nén của thành phẩm đạt khoảng 2,3 MPa – đủ bền để làm khung xương. Chúng cũng giữ được khả năng tự phục hồi nên dễ in và kiểm soát hình dạng tốt hơn. Sau khi trải qua nhiệt độ hơn 700oC, cấu trúc in vẫn giữ nguyên hình dạng lẫn hoạt tính sinh học.
