Hiệp hội quốc tế Hóa học tinh khiết và ứng dụng (IUPAC) mới đây đã công bố danh sách 10 công nghệ hóa học mới nổi có thể có ảnh hưởng lớn đến cuộc sống trên Trái Đất, trong đó có những công nghệ quan trọng trong các lĩnh vực như chăm sóc y tế, năng lượng, ô nhiễm và biến đổi khí hậu.
1. Ắc quy ion kép
Trong khi ắc quy ion liti giành được giải thưởng Nobel Hóa học năm 2019, một kỷ nguyên mới đang mở ra đối với ắc quy ion kép. Ắc quy ion liti cho phép giảm kích thước các thiết bị lưu trữ năng lượng dùng cho máy tính xách tay, điện thoại thông minh và xe ôtô điện. Nhưng ắc quy ion liti cũng có một số bất lợi, đặc biệt là nguồn cung liti và cobalt để sản xuất loại ắc quy này khá hiếm và nhiều khi liên quan đến các phương pháp khai thác không bền vững. Những kết quả nghiên cứu mới đây cho thấy, trong tương lai ắc quy ion liti có thể được thay thế bằng ắc quy ion kép.
Ắc quy ion kép là loại ắc quy mà trong đó anion và cation tham gia vào quá trình lưu trữ năng lượng. Ắc quy ion kép thân thiện môi trường hơn ắc quy ion liti vì điện cực của chúng có thể được sản xuất từ các nguyên liệu sẵn có và rẻ tiền. Các nhà nghiên cứu đang cố gắng tạo ra những loại ắc quy ion kép với giá thành thấp bằng cách sử dụng các dung môi không độc, ví dụ nước, và tăng tính thân thiện môi trường của chúng. Các nhà hóa học cũng đã tìm ra những phương pháp mới để sản xuất loại ắc quy này bằng cách sử dụng natri, kali hoặc nhôm, đây là những nguyên liệu sẵn có hơn nhiều so với liti.
2. Phát sáng do kết tụ
Một số loại phân tử nhất định giải phóng năng lượng ở dạng ánh sáng khi chúng kết tụ với các loại phân tử khác. Hiện tượng này được gọi là phát sáng do kết tụ và có thể nhận thấy trong các luminogen, ví dụ các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng và oligosaccarit. Các nhà nghiên cứu cho rằng, sự phát sáng do kết tụ như vậy có thể được sử dụng trong các vật liệu phát quang mới, ví dụ các thiết bị OLED, cảm biến và các công cụ chụp ảnh sinh học kiểu mới.
3. Hệ sinh vật trong cơ thể người và các hợp chất có hoạt tính sinh học
Khi đáp ứng với các tác nhân kích thích, vi khuẩn trong ruột có thể tạo ra rất nhiều loại phân tử khác nhau. Những phân tích vi tính mới đây về bộ gen của hệ sinh vật trong cơ thể con người đã phát hiện nhiều hợp chất đáng chú ý, trong đó có cả những hợp chất diệt khuẩn mạnh. Những phát hiện như vậy cho thấy còn rất nhiều điều chúng ta chưa biết về hệ sinh vật trong cơ thể và những kết quả đó có thể được khai thác để sử dụng trong nghiên cứu y học.
4. Công nghệ cổng chất lỏng
Thoạt nghe, các màng được kiểm soát bằng các cổng chất lỏng có vẻ là nghịch lý. Nhưng công nghệ này hiện đã được biểu thị trên thực tế. Các màng cổng chất lỏng có thể đáp ứng với các thay đổi về áp suất, chúng đóng mở các lỗ theo yêu cầu mà không cần cơ cấu kiểm soát bằng điện. Cổng chất lỏng có thể được sử dụng để xử lý chọn lọc các hỗn hợp chất lỏng mà không gây tắc, vì vậy các nhà nghiên cứu dự báo công nghệ này sẽ được áp dụng trong các quá trình tách và lọc, ví dụ để làm sạch nước.
5. Công nghệ hóa học áp suất cao
Trong lĩnh vực hóa học áp suất cao, các nhà nghiên cứu tác động áp suất cao lên hóa chất và phân tích các đáp ứng xảy ra. Ở điều kiện áp suất siêu cao, các quy tắc về liên kết hóa học thay đổi và những hiệu ứng như phát quang có thể được tăng cường.
Lĩnh vực nghiên cứu này có thể dẫn đến việc phát hiện những tính chất mới trong hóa học hàng ngày, giúp phát hiện những vật liệu như chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.
6. Polyme có thể tái chế dễ hơn
Loại bỏ phế thải chất dẻo trên đại dương là nhiệm vụ mà các nhà hóa học đang cố gắng thực hiện từ nhiều góc độ khác nhau. Một trong những giải pháp là thiết kế lại chất dẻo để tạo ra các vật liệu thân thiện môi trường hơn, chế tạo chất dẻo có thể phân hủy dưới ánh sáng UV hoặc đưa các nhóm nguyên tử khác và các nhóm chức vào cấu trúc polyme, qua đó tạo thành những polyme có thể thủy phân và tái chế dễ hơn.
7. Áp dụng trí tuệ nhân tạo trong hóa học
Tương tự như trong nhiều lĩnh vực khác, trí tuệ nhân tạo sẽ cải thiện phương pháp làm việc của các nhà hóa học. Các nhà nghiên cứu đang phát triển những thuật toán giúp đẩy nhanh việc hiểu các cấu trúc hóa học, tăng cường phân tích hồi cứu, thiết kế các trình tự phản ứng tối ưu và phát hiện các loại dược phẩm mới. Các phản ứng có thể được thực hiện và nâng cấp lên quy mô lớn dễ dàng hơn, đồng thời cũng thân thiện môi trường và hiệu quả hơn.
8. Cảm biến nano
Cảm biến giúp phát hiện những thay đổi trong môi trường xung quanh. Các cảm biến nano hóa học có khả năng phát hiện một phạm vi rộng các chất. Ngày nay lĩnh vực này đã phát triển đến mức có thể phát hiện từng phân tử riêng rẽ.
Công nghệ cảm biến nano có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và sẽ thay đổi cách chúng ta đưa ra quyết định về thế giới xung quanh. Ví dụ, trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe việc phát hiện một loại protein đặc thù có thể là dấu hiệu về một căn bệnh để các bác sĩ đưa ra liệu pháp điều trị thích hợp.
Cảm biến nano cũng có thể được áp dụng để tìm kiếm các phân tử cụ thể trong thực phẩm, qua đó xác định thực phẩm có an toàn để sử dụng hay không.
9. Chẩn đoán xét nghiệm nhanh
Nhờ hóa học nên hiện nay đã có nhiều phương pháp xét nghiệm đa dạng, có thể giúp phát hiện nhiều hóa chất khác nhau. Chúng không chỉ giúp phát hiện bệnh, chẳng hạn những xét nghiệm mang thai là những xét nghiệm chẩn đoán nhanh thông qua việc phát hiện hoocmôn.
Trong bối cảnh của dịch COVID-19, xét nghiệm nhanh để phát hiện virut Sars-CoV-2 đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu tích cực. Một số xét nghiệm nhanh có thể phát hiện các dòng RNA, trong khi đó những xét nghiệm khác tìm kiếm các kháng thể. Tuy nhiên, Tổ chức Y tế thế giới hiện chưa khuyến cáo cơ quan y tế ở các nước áp dụng những phương pháp xét nghiệm này trên phạm vi toàn cầu, vì hiệu quả của chúng vẫn chưa được đảm bảo. Việc tìm ra phương pháp xét nghiệm nhanh, có thể phát hiện virut corona cũng như các bệnh khác một cách nhanh chóng và hiệu quả, vẫn đang là thách thức đối với các nhà hóa học.
10. Vacin RNA
Trong thời gian qua, các nhà hóa học đã nỗ lực nghiên cứu tìm kiếm vắc-xin để chấm dứt đại dịch COVID-19 trên toàn cầu. Các công ty dược phẩm như Pfizer đã nghiên cứu một loại vắc-xin độc đáo để chống lại virut corona, đó là vắc-xin RNA. Loại vắc-xin mới đây được thông báo có hiệu quả trên 90% chống lại dịch COVID-19 chính là vắc-xin RNA.
Vắc-xin RNA là vắc-xin dựa trên mRNA tổng hợp protein của virut, nhờ đó có thể được tạo ra và sản xuất ở quy mô lớn một cách dễ dàng. Sau khi tiêm vắc-xin, mRNA sẽ chuyển hóa thành protein của virut. Hệ miễn dịch đáp ứng với những protein này, qua đó tạo ra miễn dịch cho người được tiêm vắc-xin.
Theo các nhà khoa học, công nghệ mRNA không chỉ giúp nhân loại đối phó với dịch COVID-19 và các đại dịch khác trong tương lai, mà còn mở ra cơ hội điều trị ung thư, bệnh tim mạch và các bệnh truyền nhiễm.
Hoahocngaynay.com
Nguồn Chemistry & Industry/Vinachem
