Tin thị trường và sản phẩm

Mỗi năm, các loại chất tẩy rửa dùng cho giặt là và rửa bát tạo ra doanh thu hàng tỷ đô la, nhưng phải trả giá bằng những tổn hại đáng kể đối với môi trường. Hiện nay, các nhà khoa học đang tìm kiếm những cách thức mới để làm sạch hiệu quả hơn bằng cách sử dụng các thành phần thân thiện với môi trường hơn.

Hầu hết các chất tẩy rửa thương mại bạn sử dụng trong gia đình đều chứa một “hỗn hợp mạnh” các hóa chất có khả năng đánh bay dầu mỡ và vết bẩn. Một số thành phần chính bao gồm: chất hoạt động bề mặt (surfactants) giúp nước thấm tốt hơn vào vải; enzyme giúp tăng tốc các phản ứng hóa học làm sạch vết bẩn; chất kiềm giúp nhũ hóa dầu mỡ; cùng các phụ gia giặt rửa khác như chất làm mềm nước, chất làm trắng quang học và chất bảo quản. Mặc dù các hóa chất này giúp giữ cho quần áo, bát đĩa và không gian sống sạch sẽ, chúng gây hại lớn cho môi trường, cả trong quá trình sản xuất lẫn khi bị thải ra môi trường qua nước thải. Đặc biệt, việc thải phosphate có liên quan đến hiện tượng phú dưỡng nguồn nước—gây bùng phát tảo, làm cạn kiệt oxy và phá hủy các hệ sinh thái mong manh—khiến nhiều khu vực trên thế giới đã cấm hoàn toàn hoặc hạn chế nghiêm ngặt việc sử dụng chúng trong chất tẩy rửa.

Rõ ràng cần có các chất tẩy rửa “xanh”, an toàn và hiệu quả. Tuy nhiên, các tác nhân làm sạch tự nhiên hiện có trên thị trường chủ yếu là chất hoạt động bề mặt có nguồn gốc thực vật. Dù thân thiện môi trường hơn, chúng có năng suất thấp, chi phí sản xuất cao và có thể làm hỏng các loại vải mỏng manh như len hoặc lụa. Tinh thể nano cellulose được chiết xuất và xử lý bền vững từ gỗ, bông hoặc cellulose vi khuẩn đã được xác định là một giải pháp thay thế sinh thái đầy triển vọng. Đây là các hạt keo rắn, có khả năng tạo thành cái gọi là nhũ tương Pickering, và nghiên cứu cho thấy các hạt tinh bột tự nhiên có thể đóng vai trò thiết yếu trong quá trình làm sạch, ảnh hưởng đến bề mặt phân cách dầu–nước.

Nhũ tương Pickering chỉ sử dụng các hạt rắn làm chất ổn định. Các hạt này tích tụ tại bề mặt phân cách dầu–nước, tạo ra một hàng rào vật lý ngăn các giọt hợp nhất với nhau. Đây là điểm khác biệt đáng chú ý so với nhũ tương cổ điển vốn được ổn định bởi các chất hoạt động bề mặt phân tử. Các hạt rắn cần có độ “ưa nước/ưa dầu” cân bằng để bám không hồi phục tại bề mặt phân cách, từ đó tạo nên độ ổn định vượt trội. Nhờ chi phí thấp, tác động môi trường tối thiểu và độ bền cao, loại nhũ tương này đã thu hút nhiều sự quan tâm. Các bằng chứng khoa học cho thấy hạt Pickering có thể loại bỏ nhiều loại vết bẩn bề mặt thường ngày, nhưng vẫn còn ít nghiên cứu đánh giá hiệu quả trên các bề mặt khác nhau.

Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Langmuir đã khảo sát việc kết hợp Zein (một loại protein có trong nội nhũ hạt ngô) với sợi nano cellulose từ gỗ để tạo ra chất làm sạch thân thiện môi trường dựa trên hiệu ứng Pickering.

Cơ sở của nghiên cứu là Zein mang điện tích dương, đóng vai trò chất biến tính kỵ nước hiệu quả cho cellulose. Khi phủ lên bề mặt sợi nano cellulose, nó được kỳ vọng sẽ tăng cường tương tác với bề mặt phân cách dầu–nước và nâng cao độ ổn định của nhũ tương Pickering. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm dung dịch này trên các vết bẩn như mực, tương cà và dầu ớt trên nhiều vật liệu: bông, kính, thép không gỉ, gốm và đĩa nhựa. Kết quả cho thấy chất tẩy rửa zein/cellulose có khả năng làm sạch vượt trội so với bột giặt truyền thống đối với tất cả vật liệu thử nghiệm. Ngoài ra, nó không để lại cặn trên vải bông. Các tác giả nhận định rằng chất tẩy rửa tự nhiên này trong tương lai có thể trở thành giải pháp thay thế xanh và tiết kiệm chi phí cho các chất tẩy rửa thương mại.

Khám phá thêm: Nhũ tương Pickering

Việc hiểu cách nhũ tương Pickering biến đổi theo thời gian có thể giúp cải thiện độ ổn định của nhiều sản phẩm tiêu dùng như mỹ phẩm, thực phẩm và dược phẩm. Một nghiên cứu năm 2024 (cũng trên Langmuir) đã theo dõi độ ổn định của nhũ tương Pickering từ sợi nano cellulose trong vòng một tháng. Các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật MRI chuyên dụng để quan sát sự tách lớp thành dầu tự do, lớp nhũ tương và lớp huyết thanh, cũng như sự phân bố của các giọt dầu kết tụ/hợp nhất. Hình ảnh cho thấy các giọt bắt đầu kết cụm và hợp nhất khoảng một tháng sau khi tạo nhũ. Tốc độ chuyển động phân tử phụ thuộc vào loại dầu và nồng độ sợi nano cellulose.

Các hệ keo này còn hữu ích trong những tình huống làm sạch đặc thù, chẳng hạn với tác phẩm nghệ thuật. Một nghiên cứu trên ACS Applied Polymer Materials đã phát triển gel làm sạch có thể loại bỏ chất bẩn kỵ nước trên bề mặt tranh mà không cần dung môi độc hại. Gel nhũ tương Pickering được tạo từ polymer sinh học chiết xuất từ rong biển, ống nano đất sét halloysite và isooctane. Gel này loại bỏ hoàn toàn một chất bẩn kỵ nước phổ biến trên tranh chỉ trong hai phút, đồng thời thử nghiệm thành công trên một bức tranh sơn dầu thuộc bộ sưu tập tư nhân, cho thấy tiềm năng thay thế dung môi độc trong phục chế nghệ thuật.

Nhũ tương Pickering còn có nhiều ứng dụng ngoài làm sạch. Chúng có thể được dùng để tạo mỹ phẩm bền vững hơn và giảm áp lực lên tài nguyên nước toàn cầu. Nghiên cứu trước đây đã phát triển các nhũ tương dầu–nước nồng độ cao được ổn định hoàn toàn bằng hạt rắn—gọi là nhũ tương Pickering pha nội cao (HIPPEs). Việc lựa chọn cẩn trọng các thông số hạt như thành phần hóa học, kích thước và nguồn gốc cho phép các nhà hóa học “thiết kế” cấu trúc HIPPE nhằm đạt đặc tính và chức năng mong muốn.

Ngoài ra, nhũ tương Pickering còn có thể ứng dụng trong chế biến thực phẩm, đặc biệt như các hệ xúc tác enzyme. Một bài tổng quan năm 2025 trên ACS Food Science & Technology đã phân tích chi tiết xúc tác có hỗ trợ Pickering và xúc tác liên bề mặt Pickering. Cuối cùng, chúng cũng hứa hẹn trong lĩnh vực dẫn truyền thuốc, do có khả năng bao gói nhiều loại hoạt chất. Hóa học bề mặt đặc thù của các hạt ổn định nano giúp chúng bám vào màng tế bào, cho phép đưa thuốc trực tiếp vào bào tương.

Những nghiên cứu gần đây cho thấy nhũ tương Pickering có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực, mở ra các khả năng mới trong sản phẩm tẩy rửa, mỹ phẩm, chế biến thực phẩm, dược phẩm và hơn thế nữa. Khi các nhà khoa học tiếp tục khám phá và hoàn thiện công nghệ này, chúng ta có thể kỳ vọng vào nhiều ứng dụng sáng tạo và bền vững hơn trong tương lai.