Tưởng tượng một vật liệu cấy ghép có thể "trò chuyện" và hòa hợp với cơ thể, thậm chí tự biến mất khi hoàn thành nhiệm vụ? Đó chính là thế giới kỳ diệu của vật liệu sinh học. Cùng khám phá ngay công nghệ đang thay đổi y học này!

Vật liệu sinh học là gì?

Vật liệu sinh học là những chất có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc được tổng hợp trong phòng thí nghiệm, được thiết kế để tương tác trực tiếp với cơ thể con người.

Chúng có thể được sử dụng để đánh giá, điều trị, cải thiện hoặc thay thế một mô, cơ quan hay chức năng sinh học nào đó.

Hãy tưởng tượng cơ thể giống như một ngôi nhà phức tạp, còn hệ miễn dịch chính là hệ thống an ninh cực kỳ nhạy bén. Khi một vật liệu được đưa vào cơ thể, nó giống như một “vị khách”. Để được “chào đón” và không bị hệ miễn dịch tấn công, vật liệu đó phải sở hữu đặc tính quan trọng nhất: tương thích sinh học.

Tương thích sinh học (biocompatibility) có nghĩa là vật liệu có thể tồn tại và hoạt động trong cơ thể mà không gây ra tác dụng phụ có hại như viêm nhiễm, độc tính, dị ứng hay bị đào thải.

Một vật liệu có tính tương thích cao sẽ hoạt động đúng chức năng, đồng thời có thể “chung sống hòa bình” với các mô và cơ quan xung quanh.

Các loại vật liệu sinh học phổ biến trong y học cấy ghép

Trong lĩnh vực y tế cấy ghép, các nhà khoa học đã phát triển nhiều nhóm vật liệu sinh học khác nhau, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với những mục đích cụ thể.

Kim loại (Metals)

• Ví dụ: Thép không gỉ, hợp kim titan, hợp kim cobalt-crom.
• Đặc tính: Cứng, chịu lực tốt, độ bền cao.
• Ứng dụng: Chế tạo khớp háng, khớp gối nhân tạo, nẹp vít xương, cấy ghép nha khoa (implant).

Gốm sứ (Ceramics)

• Ví dụ: Alumina, Zirconia, Hydroxyapatite (chất khoáng chính trong xương).
• Đặc tính: Rất cứng, chịu mài mòn tốt, có tính trơ và tương thích sinh học cao.
• Ứng dụng: Làm răng sứ, vật liệu trám xương, lớp phủ cho các bộ phận cấy ghép kim loại để tăng tính tương thích.

Polyme (Polymers)

• Ví dụ: Polyethylene, Silicone, và đặc biệt là các loại vật liệu tự phân hủy như Axit Polylactic (PLA), Axit Polyglycolic (PGA) - những loại bioplastics phổ biến.
• Đặc tính: Mềm dẻo, linh hoạt, dễ chế tạo thành nhiều hình dạng phức tạp.
• Ứng dụng: Chế tạo van tim, ống dẫn mạch máu nhân tạo, chỉ khâu tự tiêu, hệ thống phân phối thuốc.

Vật liệu tổng hợp (Composites):

• Ví dụ: Polyme gia cố bằng sợi carbon.
• Đặc tính: Kết hợp ưu điểm của nhiều loại vật liệu khác nhau, ví dụ vừa cứng như kim loại lại vừa nhẹ như polyme.
• Ứng dụng: Chế tạo các bộ phận cấy ghép chỉnh hình thế hệ mới.

>>> Xem nội dung liên quan: Vật liệu tự phục hồi tăng độ bền và tuổi thọ sản phẩm

Những ứng dụng của vật liệu sinh học làm thay đổi cuộc sống

Các ứng dụng của vật liệu sinh học đã và đang tạo ra những cuộc cách mạng trong điều trị y tế. Hai ví dụ kinh điển nhất chính là chỉ tự tiêu và van tim nhân tạo.

Chỉ tự tiêu

Trước đây, việc khâu vết mổ đòi hỏi bệnh nhân phải quay lại bệnh viện để cắt chỉ. Ngày nay, với chỉ tự tiêu làm từ các polyme như PGA, sợi chỉ sẽ giữ hai mép vết thương lại với nhau đủ lâu để chúng liền lại. 

Sau đó, cơ thể sẽ từ từ phân hủy sợi chỉ thông qua quá trình thủy phân thành các chất vô hại và hấp thụ chúng. Đây là một ví dụ hoàn hảo về một vật liệu tự phân hủy thông minh, giúp giảm bớt một thủ thuật y tế cho bệnh nhân.

Van tim nhân tạo

Đối với bệnh nhân bị hỏng van tim, van tim nhân tạo là cứu cánh. Chúng có thể được làm từ kim loại, polyme hoặc vật liệu sinh học tự nhiên (van tim heo đã qua xử lý). 

Thách thức lớn nhất là vật liệu phải cực kỳ bền để chịu được hàng triệu chu kỳ đóng-mở và phải có bề mặt siêu mịn, tương thích cao để không gây ra hiện tượng đông máu nguy hiểm.

>>> Mở rộng kiến thức: Graphene vật liệu siêu mỏng siêu bền thay đổi công nghệ

Vật liệu sinh học đang mở ra những cánh cửa không giới hạn cho y học tái tạo. Việc hiểu rõ chúng giúp ta trân trọng hơn những tiến bộ khoa học và hy vọng vào một tương lai sức khỏe tốt đẹp hơn cho mọi người.

>>> Cập nhật thêm thông tin: Công nghệ vật liệu tiên tiến thay đổi nhiều ngành công nghiệp