Than hoạt tính (Activated carbon) từ lâu đã được biết đến là vật liệu hấp phụ hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống như xử lý nước ô nhiễm, xử lý khí thải, sử dụng trong ngành y tế, dược phẩm, công nghiệp và dần được ưa chuộng phổ biến trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và sắc đẹp. Năm 2015, Danh pháp quốc tế về thành phần mỹ phẩm (INCI) đã liệt kê 148 sản phẩm chăm sóc da có chứa thành phần than hoạt tính và chỉ bốn năm sau đó con số này đã tăng lên gấp năm lần (754 sản phẩm) (Sajjad và nnk., 2021). Than hoạt tính đã đi một chặng đường rất dài để tạo vị trí của nó trong lĩnh vực dược mỹ phẩm và ngày nay trở thành một xu hướng mỹ phẩm cao cấp được người tiêu dùng lựa chọn. Bác sĩ Paul Carnoil tại Viện da liễu Hoa Kỳ đã công nhận công nghệ trẻ hóa da bằng than hoạt tính kết hợp công nghệ Laser-switch Nd Yag là “tiêu chuẩn vàng trong công nghệ trẻ hóa da”. Đặc biệt, trong ngành dược phẩm, than hoạt tính đang là một trong những giải pháp cấp bách được ưu tiên lựa chọn khi xử lý những trường hợp bị ngộ độc cấp tính. Trong một báo cáo năm 2019 của Văn phòng thống kê Liên bang Đức, có 268,787 trường hợp ngộ độc được điều trị tại các bệnh viện ở Đức thì có hơn 4,37% trường hợp trong đó đã sử dụng than hoạt tính như một giải pháp giải độc hiệu quả nhất (Zellner và nnk., 2019).
Ngày nay, các nhà khoa học đã có những bước tiến lớn trong việc nghiên cứu và cải tiến công nghệ chế tạo than hoạt tính, nhằm tạo ra sản phẩm than có hàm lượng cácbon cao hơn, diện tích bề mặt lớn hơn và hệ mao quan phát triển nhiều hơn từ đó góp phần cải thiện năng lực hấp phụ của vật liệu. Tuy nhiên, với nguồn nguyên liệu khác nhau, phương pháp chế tạo khác nhau sẽ tạo ra than hoạt tính có đặc tính lý-hóa học khác nhau. Bởi vậy, việc lựa chọn than hoạt tính cho từng mục đích cần có sự nghiên cứu một cách bài bản và những minh chứng khoa học rõ ràng để tránh gây ra những tác dụng không mong muốn trong quá trình sử dụng.
Cây guột (tên khoa học Dicranopteris linearis) là loài cây rất phổ biến thường mọc hoang dã ở vùng đồi núi, có thành phần giàu cacbon ở dạng khó phân hủy sinh học, có độ bền cao nhờ cấu tạo đặc biệt bởi sự xen kẽ các lớp cenlulozơ, với hệ vi mao quản phát triển và không chứa các kim loại độc hại như (Pb, Hg, As,…) nên cây guột có tiềm năng lớn để sử dụng như một dạng vật liệu đa năng để sản xuất sản phẩm than hoạt tính cao cấp ứng dụng trong lĩnh vực dược mỹ phẩm. Dựa trên kỹ thuật chụp cắt lớp siêu hiển vi và được xử lý trên phần mềm YaDiV để tái tạo hình ảnh 3D cho phép xác định được cấu trúc, hình thái của thân cây guột. Với cấu trúc rỗng xốp, hệ vi mao quản lớn, hàm lượng lignin cao và thành phần hóa học không chứa các kim loại độc hại khiến cho cây guột trở thành một loại nguyên liệu tiềm năng ứng dụng để sản xuất than hoạt tính chất lượng cao.
Hình 1. Kết quả chụp MicroCT cây guột (Nguyen và nnk., 2019).
Trong đó: (a,b) đồi guột tại Trùng Khánh, Cao Bằng, (c,d) ảnh chụp cắt lớp, ảnh 3D của lá, (e) ảnh 3D phần cuống lá và (f,g) ảnh 3D phần thân cây guột).
Dự án đã sử dụng công nghệ hoạt hóa bằng hơi nước kết hợp dòng khí CO2 tạo ra vật liệu than hoạt tính từ cây guột có thể tùy biến đặc tính lý hóa học và ứng dụng hiệu quả cho từng sản phẩm dược mỹ phẩm. Hơn thế nữa, công nghệ hoạt hóa bằng hơi nước không những rất kinh tế, thân thiện với môi trường mà còn không gây độc hại như các phương pháp hoạt hóa hóa học vẫn đang được sử dụng trên thị trường. Phương pháp này sẽ phù hợp hơn khi sử dụng trong lĩnh vực dược mỹ phẩm. Thông qua các phương pháp chế tạo than hoạt tính khác nhau dự án đã chế tạo thành công than hoạt tính có diện tích bề mặt dao động từ 1200 đến 2900 m2g-1. Than hoạt tính được tạo ra từ cây guột không những có thể ứng dụng trong lĩnh vực mỹ phẩm mà đã được Viện kỹ thuật Kyushu Nhật Bản thử nghiệm thành công trong việc chế tạo siêu tụ điện, các kết quả nghiên cứu về than hoạt tính và khả năng ứng dụng trong lĩnh vực siêu tụ điện đã được công bố trong 2 bài báo quốc tế đăng tạp chí Scientific Reports-Nature.
Hình 02. TS. Mai Thị Nga tại phòng thí nghiệm nghiên cứu than hoạt tính
Đặc biệt, dự án đã kết hợp thành công với “Dòng họ Lộc” – chuyên sản xuất các thảo dược và các sản phẩm mỹ phẩm dành cho Cung đình từ thế kỷ XVI – để chế tạo các sản phẩm dược mỹ phẩm hoàn toàn từ thiên nhiên. Một số các sản phẩm có thể kể đến như kem đánh răng, sửa rửa mặt, xà phòng than hoạt tính, son thải độc chì v.v… Để đánh giá được chất lượng của các sản phẩm mỹ phẩm, dược phẩm đã chế tạo, dự án phối hợp với Viện Kiểm nghiệm thuốc Trung Ương – đây là cơ sở đã trải qua hơn 60 năm hình thành và phát triển trong lĩnh vực kiểm tra, đánh giá, giám sát, kiểm định chất lượng của các sản phẩm dược mỹ phẩm.
Hình 3. Quá trình kiểm nghiệm sản phẩm tại Viện Kiểm nghiệm thuốc Trung Ương
Các sản phẩm đều được kiểm định chất lượng thông qua các chỉ tiêu như không gây kích ứng da, độ sạch của sản phẩm (thử giới hạn độ nhiễm khuẩn của sản phẩm), độ an toàn của sản phẩm (không chứa hóa chất và các chất độc hại như Pb, As, Hg…). Để đánh giá hiệu quả của từng sản phẩm, Viện thực hiện việc kiểm nghiệm thông qua các quy trình thử nghiệm trên từng đối tượng gây bệnh cụ thể. Một số kết quả điển hình có thể kể đến như: Hiệu quả xử lý 99,8% vi khuẩn gây ra các tình trạng mảng bám răng và hôi miệng trên người.
Hình 4. Hiệu quả xử lý vi khuẩn (Streptococcus mutans) gây mảng bám răng
Đối với các sản phẩm trị mụn Viện sử dụng con khuẩn Acnes gây mụn và sử dụng các sản phẩm sữa rửa mặt, sữa tắm để làm sản phẩm thử nghiệm. Hiệu quả xử lý con khuẩn Propionibactecrium Acnes gây ra các vấn đề về mụn trên da đạt 99,6%.
Hình 5. Hiệu quả xử lý vi khuẩn (Propionibacterium Acnes) gây mụn
Tất cả các sản phẩm mỹ phẩm của Dự án đều đã nhận được giấy công bố của Bộ y tế và đang triển khai sản xuất quy mô công nghiệp. Dự án được thực hiện từ sự kết hợp hiệu quả giữa khoa học công nghệ hiện đại với những giá trị truyền thống mang lại cho cộng đồng những sản phẩm thực sự an toàn và hiệu quả.
Năm 2019, Dự án vinh dự là 1 trong 12 nhóm dự án xuất sắc nhất được nhận tài trợ của Quỹ đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF). Với mục tiêu của Quỹ là tài trợ cho các dự án khoa học công nghệ với định hướng tạo ra các sản phẩm, các giải pháp công nghệ mang lại những lợi ích thiết thực cho cộng đồng, VinIF đã tạo được một văn hóa nghiên cứu khoa học sáng tạo, trung thực, chuẩn mực quốc tế giúp cho các nhà khoa học phát huy tối đa được năng lực sáng tạo, cống hiến hết mình cho khoa học. Các kết quả nghiên cứu được đánh giá thông qua hội đồng khoa học có uy tín, đảm bảo tính khách quan và công bằng. Đồng thời, đội ngũ Ban điều hành quỹ luôn tận tâm theo sát và hỗ trợ kịp thời cho các dự án. Với những nỗ lực to lớn mà Quỹ VinIF đã và đang thực hiện, dự án tin rằng các nhà khoa học, các nhà nghiên cứu sẽ luôn có những động lực to lớn để nghiên cứu tạo ra những sản phẩm dịch vụ mang tầm thế giới đồng thời xây dựng được một mối liên hệ bền vững trong hệ sinh thái Nhà Trường – Nhà khoa học – Doanh nghiệp.
TS. Mai Thị Nga
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam – Hàn Quốc
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyen, M.N., Meharg, A., Carey, M., Dultz, S., Marone, F., Cichy, S.B., Tran, C.T., Le, G.H., Mai, N.T., Nguyen, T.H.T (2019). Fern, Dicranopteris linearis, derived phytoliths in soil: morphotypes solubility and content in relation to soil properties. European Journal of Soil Science, 70(3), 507–517
2. Zellner, T., Prasa D., Färber, E., Hoffmann-Walbeck, P., Genser, D., Eyer, F (2019). The Use of Activated Charcoal to Treat Intoxications, International Journal Of Community Medicine And Public Health, 116(18), 311-317.
3. Sajjad M, Sarwar R, Ali T, Khan L, Mahmood SU (2021). Cosmetic uses of activated charcoal. International Journal Of Community Medicine And Public Health, 8, 4572-4.
Nguồn: vinbigdata