“Màng lọc ngược” cho phép hạt to đi qua, giữ lại hạt nhỏ

Nhóm kỹ sư cơ khí của Đại học Penn đã phát triển được một loại màng chất lỏng “như trong phim khoa học viễn tưởng”. Nó hoạt động như một “màng lọc ngược” cho phép vật thể to đi qua và giữ lại vật thể nhỏ.

Màng lọc ngược này thực chất là một màng chất lỏng có thể tự lành lại và rất ổn định, nó hoàn toàn trái ngược với các loại phễu, đầu lọc thông thường, nhưng nguyên lý thì cũng không khó hiểu.

Đầu lọc và các loại sàng, rây có nguyên lý hoạt động giống nhau. Nếu bạn bỏ vào đường cát và đậu xanh lên một cái rây thường dùng trong bếp và lắc nhẹ, đường sẽ rơi xuống trong khi các hạt đậu xanh to hơn bị giữ lại. Chúng ta áp dụng nguyên lý này trong rất nhiều thứ, từ đầu lọc cà phê cho tới các hệ thống lọc nước phức tạp hơn.

Nhưng sẽ ra sao nếu chúng ta có thể tạo ra một loại đầu lọc ngược: cho phép hạt đậu xanh đi qua và giữ lại các hạt đường? Đó là ý tưởng khởi nguyên cho nghiên cứu của nhóm kỹ sư đại học Penn, họ đã áp dụng rất nhiều các loại màng chất lỏng để thực hiện ý tưởng này.

Ý tưởng cơ bản là một loại màng “treo” giữa chiếc vòng, giống như màng của nước bong bóng xà phòng treo trên đầu thổi mà trẻ em hay chơi. Những chiếc màng này cần có khả năng tự phục hồi (tự lành lại), giống như sức căng mặt ngoài của nước.

Như vậy, khi bạn đưa ngón tay hay một vật thể xuyên qua màng, nó sẽ luôn ôm sát vật thể và tự đóng lại ngay sau khi vật thể đi xuyên qua.

Các loại đầu lọc thông thường dùng kích thước lưới đan để quyết định sẽ cho phép loại hạt to nhỏ thế nào đi qua, còn loại màng chất lỏng này dùng động năng khi vật thể chạm vào màng để quyết định.

“Về cơ bản, các vật nhỏ hơn và nhẹ hơn thì có động năng yếu hơn,” ông Tak-Sing Wong, phó giáo sư ngành cơ khí và y sinh cho biết. “Vì thế, vật thể lớn với động năng cao sẽ đi xuyên qua màng, còn các vật nhỏ với động năng thấp sẽ bị giữ lại.”

>> Phát minh mới: Kính chịu lực trong suốt làm từ… gỗ (Video)

Được tạo thành từ nước và nhiều loại chất giúp ổn định bề mặt giữa nước và không khí, “màng lọc ngược” này hoạt động tương tự như màng tế bào trong cơ thể; và cũng không ngạc nhiên khi nguyên mẫu đầu tiên được tạo thành từ… xà phòng.

Sau này, màng lọc được cải tiến để làm cho nó chịu lực mạnh hơn cũng như có khả năng kháng khuẩn và khử mùi. Người ta còn có thể làm cho nó bền vững lâu hơn và không thể xuyên qua đối với một vài loại khí nhất định.

Nhóm nghiên cứu của ĐH Penn nhìn thấy tiềm năng ứng dụng rất cao của loại màng này một khi phát triển xong. Ví dụ, nó có thể dùng làm màng chắn phẫu thuật dã chiến ở các nơi thiên tai hay chiến trường nhằm tránh nhiễm trùng. Bởi có khả năng tự lành, nó còn có thể đóng vai trò một loại phòng phẫu thuật mini, đặt ngay trên vết thương và bác sĩ có thể đưa dao kéo, thiết bị qua màng còn tất cả vi khuẩn sẽ bị giữ lại bên ngoài.

Video minh hoạ khả năng của màng lọc ngược:

“Màng lọc này có tiềm năng ngăn ngừa vi khuẩn, bụi hay các yếu tố gây dị ứng để chúng không đi vào vết thương hở, trong khi vẫn cho phép bác sĩ thực hiện phẫu thuật an toàn,” ông Wong nhận định.

Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Science Advances.

Theo Penn State, NewAtlas,
Phong Trần biên dịch