1. Nhựa sinh học PHA là gì?
Nhựa sinh học PHA (hay Polyhydroxyalkanoates) là loại nhựa phân hủy sinh học có nguồn gốc từ quá trình lên men đường hoặc lipid trong tự nhiên của vi khuẩn. Nó bao gồm các polyester được làm từ axit R-hydroxy alkanoic.

1.1. Tính chất của nhựa sinh học PHA
PHA có nhiệt độ nóng chảy nằm trong khoảng từ 40 đến 180°C. Các hợp chất này cũng được biết đến với tính kháng tia cực tím và khả năng chống thấm nước vượt trội.

Hơn nữa, PHA tan trong các dung môi halogen hóa như chloroform, dichloromethane hoặc dichloroethane. Vật liệu này có thể được cải thiện khả năng xử lý, độ bền va đập và tính linh hoạt của nó bằng cách kết hợp với các chất hóa trị cao hơn. Nhựa sinh học PHA cũng không độc hại nên là vật liệu lý tưởng cho ngành bao bì thực phẩm.

Không giống như các vật liệu khác có cấu trúc hóa học cố định, PHA là một họ các polyme có thể được sản xuất với các tính chất vật lý khác nhau tùy thuộc vào quy trình sản xuất và vật liệu được sử dụng.

PHA có thể được sản xuất dưới dạng homopolyme chỉ sử dụng một loại PHA để xây dựng chuỗi polyme hoặc dưới dạng copolyme sử dụng nhiều hơn một PHA. Homopolyme thường có các tính chất cơ học hạn chế mà chỉ có thể được cải thiện bằng cách thêm chất hóa dẻo và các chất hỗ trợ xử lý khác.

1.2. Quy trình sản xuất nhựa sinh học PHA
Nhựa sinh học PHA được sản xuất trong tự nhiên bởi các vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn để đáp ứng với sự thiếu hụt chất dinh dưỡng. Các vi sinh vật sử dụng các nguồn carbon khác nhau, chẳng hạn như đường và axit béo, để tổng hợp polyme PHA. Sau đó, polyme được lưu trữ bên trong tế bào vi khuẩn như một nguồn dự trữ năng lượng. Khi vi khuẩn hết chất dinh dưỡng, chúng sử dụng polyme PHA dự trữ làm nguồn năng lượng.

Trong ngành sản xuất, PHA là một loại polyme sinh học độc đáo được sản xuất bằng quy trình lên men công nghiệp, tương tự như sản xuất bia, thay vì phương pháp tổng hợp hóa học thường được sử dụng để tạo ra các loại polyme sinh học khác. Điều này rất quan trọng vì chất thải hữu cơ hiện có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô, giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào các loại cây trồng chính.

2. Ưu điểm và nhược điểm của nhựa sinh học PHA
2.1. Ưu điểm của PHA
Một trong những lợi thế đáng kể nhất của nhựa sinh học PHA là chúng có thể tái tạo. Loại nhựa này được sản xuất từ các nguồn tài nguyên tái tạo như nguyên liệu từ thực vật và chất thải. Điều này có nghĩa là chúng không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và có lượng khí thải carbon thấp hơn so với nhựa truyền thống.

Ngoài ra, nhựa sinh học PHA có khả năng phân hủy sinh học. Chúng có thể phân hủy như phân hữu cơ và trong điều kiện môi trường bình thường. Điều này làm cho chúng trở thành một sự thay thế bền vững cho loại nhựa truyền thống có thể mất hàng trăm năm để phân hủy.

PHA có các tính chất cơ học vượt trội và có thể được đúc thành các hình dạng và hình dạng khác nhau. Nó được ứng dụng trong rất nhiều ngành bao gồm đóng gói, hàng tiêu dùng và thiết bị y tế.

2.2. Nhược điểm của PHA
Một trong những nhược điểm của nhựa sinh học PHA chính là giá thành. Loại nhựa này hiện đắt hơn so với nhựa truyền thống khiến chúng khó tiếp cận hơn với người tiêu dùng.

Một nhược điểm khác của nhựa sinh học polyhydroxyalkanoate là nguồn cung cấp hạn chế, chưa phổ biến. 

Nhựa sinh học polyhydroxyalkanoate có một số hạn chế về tính chất vật lý và cơ học, chẳng hạn như tính linh hoạt và độ dẻo dai của chúng. Điều này có thể khiến chúng không phù hợp với các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như các ứng dụng đòi hỏi có độ linh hoạt và kéo giãn cao.

3. Ứng dụng nhựa sinh học PHA
Nhựa sinh học PHA có ứng dụng đa dạng trong các ngành công nghiệp như đóng gói, nông nghiệp y sinh. Chúng tôi sẽ tiếp tục khám phá tiềm năng của vật liệu này trong các ngành công nghiệp dưới đây.

3.1. Ứng dụng trong Nông nghiệp
Một công dụng quan trọng của PHA là dùng làm màng che phủ, được sử dụng trong nông nghiệp để ngăn chặn cỏ dại mọc xung quanh cây trồng. Theo truyền thống, những màng này được làm bằng polyetylen không phân hủy sinh học có thể gây hại cho đất nếu không được loại bỏ. Tuy nhiên, màng phủ PHA có thể được ủ vào trong đất sau khi sử dụng, vì chúng sẽ phân hủy sinh học một cách vô hại vào mùa tiếp theo.

PHA cũng hữu ích cho các ứng dụng khác trong nông nghiệp, chẳng hạn như dây buộc và nhãn cho cây trồng, chậu rễ tạm thời và các bộ phận nhỏ bằng nhựa khác được sử dụng trong nhà kính và đồn điền. Sử dụng PHA trong các ứng dụng này, các vật dụng bằng nhựa có thể phân hủy sinh học vào đất mà không gây hại cho môi trường.

3.2. Ứng dụng trong Bao bì thực phẩm
Hiệu suất nhiệt độ cao của nhựa sinh học PHA vô cùng hữu ích trong việc ứng dụng cho các mặt hàng nhựa tiếp xúc với đồ uống nóng. Trong khi các loại nhựa phân hủy sinh học khác như C-PLA hiện có thể chịu được nhiệt độ cao, thì PHA hiện là polyme phân hủy sinh học duy nhất có thể xử lý nhiệt độ trên 80°C/176°F.

3.3. Ứng dụng trong Y khoa
Nhựa sinh học, cụ thể là polyhydroxyalkanoates (PHAs), đã được sử dụng trong y học từ lâu và đang được quan tâm trong nhiều lĩnh vực khoa học. Điều này bởi vì PHA,sở hữu nhiều ưu điểm như tính dẻo nhiệt, tính đàn hồi, khả năng điều chỉnh đơn giản và dung nạp miễn dịch.

Mặc dù PHA sở hữu nhiều ưu điểm nhưng chúng cũng có những nhược điểm cơ bản như dễ vỡ, tính linh hoạt thấp và chức năng bề mặt hạn chế. Các nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc tăng cường các đặc tính của PHA cho các ứng dụng y sinh bằng cách kết hợp vật liệu nano. Hợp chất nhựa sinh học PHA có thể cải thiện tính chất cơ học, tính ưa nước và sự phân hủy theo thời gian, cho phép thiết kế nhiều vật liệu tổng hợp dựa trên các ứng dụng y sinh khác nhau.

PHA đã được cải tiến có khả năng được ứng dụng trong các vấn đề y sinh và cung cấp các giải pháp bền vững cho sụn chịu lực, buồng tim, mảnh ghép vết thương và màng nhân tạo cho thận. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu, bao gồm cả những người trong lĩnh vực kỹ thuật mô, đã cho thấy nhờ khả năng dung nạp miễn dịch nâng cao, khả năng phân hủy sinh học bền vững và độc tính thấp của PHA được ứng dụng trong nhiều tiến bộ y học chẳng hạn như chỉ khâu có thể hấp thụ sinh học, cấu trúc 3D và các thiết bị y tế khác nhau.