Biến Chất Thải Sữa Thành Vật Liệu In 3D Bền Vững
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Wisconsin–Platteville (UW–Platteville) đã phát triển một phương pháp tái sử dụng chất thải sữa thành vật liệu in 3D bền vững. Giáo sư John Obielodan và Joseph Wu gần đây đã nhận được bằng sáng chế Hoa Kỳ có tiêu đề “Phát triển Vật liệu Bio-Composite cho In 3D Sử dụng Protein Sữa”. Công nghệ này sử dụng protein từ sữa hỏng để tạo ra nhựa sinh học, mở ra một hướng sử dụng mới cho các sản phẩm sữa dư thừa đồng thời giảm thiểu chất thải ra môi trường.
“Bước đột phá này làm nổi bật loại hình nghiên cứu tiên tiến đang diễn ra tại UW–Platteville”, Tiến sĩ Tammy Evetovich, Hiệu trưởng UW–Platteville, cho biết. “Tiến sĩ Obielodan và Tiến sĩ Wu đại diện cho sứ mệnh của trường đại học chúng tôi. Công trình của họ thúc đẩy các vật liệu bền vững, có thể phân hủy sinh học cho in 3D và cung cấp các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho nhựa gốc dầu mỏ, có thể giúp duy trì hành tinh của chúng ta cho các thế hệ mai sau.”
Từ Chất Thải Sữa Đến Nhựa Sinh Học
Dự án bắt đầu trong đại dịch COVID-19, khi tình trạng dư thừa sữa và gián đoạn chuỗi cung ứng dẫn đến tình trạng thải bỏ tràn lan. "Chúng tôi biết các sản phẩm sữa có chứa protein như casein và whey", Obielodan chia sẻ. "Chúng tôi tự hỏi, 'Tại sao sữa này, thay vì bị lãng phí, lại không thể được biến thành thứ gì đó có giá trị?'"
Sau năm năm thử nghiệm, Quỹ Công nghệ WiSys đã nhận được bằng sáng chế Hoa Kỳ cho một quy trình chuyển đổi chất thải sữa thành vật liệu nhựa hữu ích. "Nhiều loại nhựa dùng một lần trôi dạt ra đại dương, nơi chúng được các động vật biển ăn vào - cuối cùng xâm nhập vào chuỗi thức ăn của chúng ta", Obielodan lưu ý. "Tác động đầy đủ đến sức khỏe con người vẫn chưa được biết rõ. Ngoài ra, việc sản xuất nhựa tổng hợp gây ô nhiễm môi trường và thải ra khí nhà kính. Vật liệu sinh học mang đến một giải pháp thay thế bền vững hơn, biến vật liệu tự nhiên và chất thải thành polyme hữu ích với ít rủi ro hơn về môi trường và sức khỏe."
Tiến sĩ John Obielodan (trái) và Tiến sĩ Joseph Wu (phải) trong phòng thí nghiệm sau khi được công bố bằng sáng chế Hoa Kỳ. Ảnh qua UW-Platteville.
Phát triển Vật liệu
Việc tạo ra sợi in 3D từ sữa hỏng đòi hỏi phải xác định loại protein nào hoạt động tốt nhất. "Chúng tôi cần tìm ra loại protein nào, và ở dạng nào, sẽ mang lại kết quả tốt nhất", Obielodan giải thích. "Chúng tôi bắt đầu bằng cách tự tạo ra protein, sau đó thử nghiệm các loại protein thương mại trước khi tìm ra kết quả tốt nhất."
Sinh viên từ cả khoa hóa học và khoa kỹ thuật cơ khí đã tham gia vào nghiên cứu, tích lũy kinh nghiệm thực tế trong việc chuẩn bị và thử nghiệm các polyme sinh học. Dự án bắt đầu với khoản tài trợ hai năm trị giá 50.000 đô la từ Trung tâm Đổi mới Sản xuất Sữa (Dairy Innovation Hub), một sáng kiến do tiểu bang Wisconsin tài trợ, kết nối UW–Platteville, UW–Madison và UW–River Falls để hỗ trợ nghiên cứu và tiếp cận cộng đồng liên quan đến sữa. Khoản tài trợ bổ sung đã nâng tổng số tiền lên khoảng 180.000 đô la.
Nhóm nghiên cứu có kế hoạch phát triển hơn nữa công nghệ này và hợp tác với các đối tác trong ngành để thương mại hóa nó. Obielodan cho biết: "Nhiều loại sản phẩm có thể được tạo ra bằng cách sử dụng protein có nguồn gốc từ sữa - từ sợi in 3D đến các vật liệu kỹ thuật khác".
Nghiên cứu in 3D sinh học
Ngoài UW–Platteville, các viện khác cũng đóng góp vào lĩnh vực in 3D sinh học. Năm 2025, các nhà nghiên cứu từ Đại học Washington (UW) đã giới thiệu một phương pháp mới để in 3D vật liệu sinh học tổng hợp từ sợi nấm, loại bỏ nhu cầu sử dụng khuôn mẫu truyền thống. Dưới sự dẫn dắt của Danli Luo, cùng với Junchao Yang và Nadya Peek, phương pháp này sử dụng một loại keo dán in 3D chuyên dụng có tên là Mycofluid, một hệ thống in 3D được thiết kế riêng có tên là Fungibot, và một quy trình ủ cho phép sợi nấm phát triển bên trong các cấu trúc in. Được công bố trên tạp chí In 3D và Sản xuất Bồi đắp, nghiên cứu này nhấn mạnh cách phương pháp này có thể cung cấp một giải pháp thay thế bền vững hơn cho chế tạo thông thường mà không ảnh hưởng đến chức năng.
Vật liệu đóng gói xung quanh chiếc cốc nhỏ này được in 3D từ bã cà phê đã qua sử dụng. Ảnh qua UW.
Ở một nơi khác, các nhà nghiên cứu của Đại học Vilnius và Đại học Công nghệ Kaunas đã phát triển một loại nhựa sinh học có thể tái chế sử dụng đậu nành cho In 3D Quang học (O3P).
Vật liệu này đáp ứng các yêu cầu về công nghệ và chức năng của polyme in 3D truyền thống, đồng thời mang lại khả năng tương thích sinh học cao hơn với chi phí thấp hơn. Bằng cách kết hợp chiết xuất đậu nành, loại nhựa này đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất hàng loạt nhỏ và nhằm mục đích giảm sự phụ thuộc vào polyme quang học gốc dầu mỏ không thể tái chế.
Hình ảnh nổi bật cho thấy Tiến sĩ John Obielodan (trái) và Tiến sĩ Joseph Wu (phải) trong phòng thí nghiệm sau khi được công bố bằng sáng chế Hoa Kỳ. Ảnh qua UW-Platteville.
