CHƯƠNG BẢY. DỆT NÊN MỘT TRUYỆN TƠ LỤA

Khi giật mạnh một cái gì riêng lẻ trong tự nhiên, người ta sẽ thấy nó được kết nối với cả thế giới.

– John Muir

ĐẤT MÀU TRONG PHÁT TRIỂN MỚI NHẤT

Nhiều thế kỷ trước, người Trung Hoa đối mặt với nhu cầu thực phẩm ngày càng cao, trong khi đất màu mỡ thì hạn chế. Khi tìm những cách thức để có thêm đất trồng trọt tốt, họ quan sát và suy nghĩ về nguyên vật liệu và các quá trình mà tự nhiên sử dụng để biến đất khô cằn thành phì nhiêu. Họ để ý thấy việc canh tác và chăn nuôi thường không duy trì được nguồn cung cấp những nguyên tố phụ trợ, khiến đất màu mỡ trở nên cằn cỗi, khô kiệt. Những khám phá và chiến lược của họ không chỉ chuyển hướng phát triển nền văn minh của họ, mà có lẽ còn giúp chúng ta một cách tiếp cận theo gương các hệ sinh thái để chuyển đổi mô hình kinh tế và thay đổi chiến lược kinh doanh những sản phẩm hiện đại khác nhau như máy bay và dao cạo.

Cây dâu tằm (Morus alba) phát triển ở hầu hết những vùng đất khô cằn tiêu biểu của Trung Quốc. Lá dâu là đồ ăn của ấu trùng loài bướm đêm Bombyx mori mà tên gọi phổ biến hơn là con tằm. Phân tằm rơi xuống đất thu hút vi khuẩn và những vi sinh vật khác đến và nhanh chóng chuyển hóa thành chất dinh dưỡng làm giàu đất. Trải qua nhiều năm, nhiều thế kỷ và cả đến nhiều thiên niên kỷ, mỗi năm lớp đất màu được tạo nên như thế dày thêm khoảng một milimet. Con số đó tương ứng với 15 đến 25 tấn màu hàng năm trên một mẫu Anh đất làm giàu theo phương pháp sinh học.

Quan hệ cộng sinh giữa cây dâu và con tằm góp phần làm tăng độ màu của đất và hứa hẹn sẽ bảo đảm an ninh lương thực cho một dân cư phát triển mạnh. Trung Quốc đã thực hiện kế hoạch trồng cây trên diện rộng. Các triều đại hưng thịnh rồi suy tàn, nhưng sự màu mỡ của đất luôn luôn được phục hồi và gìn giữ. Trước kia, đất cằn cỗi trở thành phì nhiêu mà không cần cày bừa hay tưới nước. Nhà nông trồng xen canh cây mắt đen và đậu phộng. Trong suốt quá trình lịch sử, nhiều quốc gia Trung Đông và châu Âu cũng trồng cây dâu tằm và hưởng lợi từ tác động tích cực của nó đối với sự màu mỡ của đất và việc phòng chống xói mòn. Chung quanh những đồi nho, người Ý trồng dâu để ngăn chặn xói mòn, giống như người Thổ Nhĩ Kỳ vậy.

Rốt cuộc rồi những phương pháp tạo đất màu tự nhiên ấy bị quên lãng khi người ta đổi hướng từ canh tác bền vững sang trồng độc canh những giống cây thương mại. Một ngành kinh tế sinh lợi và sự giàu có tột bực đã nảy sinh từ việc sản xuất một trong những tạo tác huyền thoại của văn minh nhân loại: tơ tằm, sợi polyme tự nhiên từ kén tằm.

Theo truyền thuyết Trung Hoa, ý tưởng dùng kén tằm để se tơ được cho là của hoàng hậu Luy Tổ. Vào một buổi xế trưa, khi hoàng hậu đang nhấp nháp trà dưới một cây dâu tằm, một cái kén rơi vào tách trà. Bà để ý đến những sợi chắc, mịn ló ra ngoài cái kén và từ từ kéo chúng ra khỏi tách. Bà mê mẩn, hào hứng khi thấy một sợi dài hơn một ngàn feet (30,5 mét). Tương truyền, ban đầu hoàng hậu Luy Tổ nghĩ ra cách sử dụng tơ tằm để làm quần áo và bọc rau quả – một kỹ thuật bảo quản đã được chứng minh là tốt. Hoàng Đế, đấng phu quân lừng danh của Luy Tổ, được xem là người tìm ra phương pháp nuôi tằm và se tơ. Người ta cũng tin rằng Hoàng Đế đã dạy cho loài người cách sản xuất đồ gỗ, gốm và kim loại, cũng như truyền lệnh làm những chiếc thuyền và những chiếc xe có bánh đầu tiên.

Truyền thuyết trên hàm ý tơ tằm là một phát hiện bất ngờ, lý thú. Lúc đầu, nó chỉ là một sản phẩm phụ không giá trị so với tầm quan trọng chiến lược, lâu dài của việc phục hồi đất và làm đất khô cằn trở thành màu mỡ. Gần đây hơn, việc đưa vào thị trường những hàng vải polyme tổng hợp từ chất hóa dầu không chỉ thay thế một sản phẩm bền vững (tơ tằm) bằng một sản phẩm không bền vững, mà khiến đất trồng xen canh mất đi hàng triệu tấn phân bón nữa. Sự ưa chuộng vải polyme chắc và rẻ đã làm suy yếu ngành sản xuất tơ lụa. Do đó, việc trồng trọt và chăm sóc cây dâu tằm trở nên lỗi thời. Truyền thống hàng ngàn năm về việc phục hồi đất màu đã bị lãng quên từ khi tơ lụa mất sức cạnh tranh trên thị trường hiện đại. Tệ hơn nữa, trong khi chất dẻo và polyme nhân tạo xâm nhập vào mọi tầng lớp tiêu dùng, không những đất trồng trọt mất đi nguồn dinh dưỡng bổ sung mà còn phải cần phân hóa học để nâng cao mức sản xuất thực phẩm. Điều ấy làm tăng nhu cầu năng lượng và sự lệ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến việc thải nhiều khí nhà kính hơn.

Ngày nay, tình trạng mất đất màu là một trong những thách thức lớn cho an ninh lương thực của dân cư địa cầu trong tương lai. Ethiopia, một nước có nhiều núi mà đất trồng trọt trên sườn dốc bị xói mòn nặng nề bởi mưa gió, mất khoảng một tỉ tấn đất màu hàng năm. Đó là lý do tại sao Ethiopia dường như thường xuyên ở ngưỡng cửa của nạn đói, không bao giờ có khả năng tích trữ đủ ngũ cốc để lập biện pháp an ninh lương thực có ý nghĩa. Mỗi năm, chỉ riêng những cơn bão bụi cũng thổi mất của châu Phi từ hai đến ba tỉ tấn hạt đất mịn, làm suy giảm độ màu mỡ và sức sản xuất sinh học của lục địa, trong khi bụi tụ lại ở biển Caribe làm đục nước và tác động đến các rạn san hô nơi đó. Cách thức canh tác do thực dân đem vào châu Phi không thích ứng được với điều kiện khí hậu của lục địa.

Vài nhà nông bảo tồn đất họ gieo trồng. Ngược lại, đa số chỉ dựa vào phân hóa học, thuốc trừ dịch hại và cách tưới dùng nhiều nước. Việc áp dụng những kỹ thuật canh tác hiện đại ấy hàng năm làm mất đi từ một đến 10 tấn lớp đất mặt trên một mẫu Anh. Tuy nhiên, mất từ 125 đến 250 tấn đất trên một mẫu Anh là việc bình thường. Có tài liệu cho thấy những mất mát từ 750 đến 1.800 tấn trên một mẫu Anh do đất bị nước cuốn trôi trong một trận mưa duy nhất. Bởi các nhân tố gây xói mòn ấy, nhiều nông dân bị thuyết phục là sản lượng sẽ cao hơn nếu sử dụng phân bón hóa học và hạt giống biến đổi gien, mặc dù hứa hẹn ấy thường là giả dối hay chỉ đem lại kết quả ngắn ngủi.

Trong thời gian hơn 5 năm, GS. George Chan nghiên cứu kỹ lưỡng những hệ thống canh tác tổng hợp chung quanh truyền thống sử dụng cây dâu, con tằm kéo dài hàng ngàn năm của Trung Hoa. Ông đã trợ giúp rất nhiều cộng đồng nông nghiệp ở hơn 70 nước trong việc áp dụng nguyên lý lưu chuyển dưỡng chất để tạo lớp đất màu bằng cách trồng dâu, nuôi tằm. Kỹ thuật tạo đất màu của ông Chan đã gợi ý cho ngành công nghiệp dựa vào nông nghiệp ở Nambia, Đức, Nhật, Fiji và Hoa Kỳ chấp nhận chiến lược lưu chuyển dưỡng chất riêng của họ. Như vậy, một truyền thống cổ xưa của người Trung Hoa đang chuyển đổi ngành công nghiệp thực phẩm hiện đại.

TƠ TẰM ĐỂ CỐ ĐỊNH CARBON

Tơ tự nhiên chứa hơn 30% carbon. Việc thay thế nó bằng sợi hóa học đã chấm dứt quá trình cố định carbon qua việc trồng dâu, sản xuất tơ tằm kết hợp với việc tạo đất màu. Như vậy, trường hợp này cho thấy những phát thải từ dầu lửa chỉ là phân nửa vấn đề. Sự thay thế một nguyên liệu bền vững (tơ tằm) bằng một nguyên liệu không bền vững (dầu lửa) đã loại bỏ những bể carbon tự nhiên. Hệ sinh thái mất tính hiệu quả vì không còn khả năng bổ sung chất dinh dưỡng cho đất. Vì vậy, người canh tác buộc phải bón đất bằng phân hóa học. Việc ấy làm tăng thêm lượng khí nhà kính, nhất là từ khi phân đạm trở thành nguồn thải oxit nitơ (N 2 O) lớn nhất.

Theo Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC), mặc dù mức thải khí N 2 O tương đối thấp nhưng tác động của nó hết sức to lớn. Một tấn N 2 O thải ra tương đương với 310 tấn CO 2 . Các hệ thống canh tác truyền thống hoạt động hài hòa với những mối liên kết dễ bị tổn thương vốn là đặc điểm của một hệ sinh thái. Ở đây chúng ta thấy một thí dụ gây kinh ngạc về sự phân rã của những chu trình tích cực ấy trước phương thức độc canh và sợi tổng hợp. Phân bón hóa học và chất dẻo được mô tả như những biểu tượng của thời hiện đại thật ra là đối tượng nghiên cứu về trường hợp những hệ thống sản xuất và tiêu dùng đã thoái hóa từ trạng thái bền vững sang không bền vững như thế nào.

Wallace Carothers, người kỹ sư hóa đã sáng chế sợi ni-lông cho công ty Dupont, có thể không có ý nghĩ là sợi hóa dầu của ông sẽ làm phân rã một mạng lưới của sự sống, mạng lưới đã phát triển ngành sản xuất nông nghiệp một cách hài hòa thành một thác dinh dưỡng nhiều tầng cải tạo đất và giúp ích việc canh tác suốt cả năm ngàn năm. Thành thật mà nói, khi cố gắng đạt tính hiện đại, chúng ta đã tỏ ra không biết gì về tác động do các phát minh của mình gây ra. Làm sao chúng ta có thể chờ đợi chính quyền và ngành công nghiệp có khả năng vượt qua thách thức của biến đổi khí hậu, trừ phi họ hiểu rằng hàng ngàn mối liên kết có thể bị phá hủy bởi sự thiếu hiểu biết của họ? Một khi chúng ta hiểu thấu mối tương tác hài hòa của vật lý và sinh hóa trong các hệ sinh thái, chúng ta mới có thể tạo thêm nhiều đổi mới mang tính đột phá, những đổi mới mở ra ngày càng nhiều khả năng hơn để đạt tới sự tiến bộ và trạng thái đầy đủ. Nhưng có thấy được các cơ hội hay không là tùy ở tất cả chúng ta.

HÌNH HỌC CỦA TƠ TẰM

Hiểu rõ vấn đề cũng là chìa khóa để giải quyết nó. Hàng trăm loài có thể tạo ra tơ, trong số đó có kiến, ong bắp cày, trai và nhện. Nhưng chỉ một loài duy nhất, con tằm, đã được thuần hóa. Nhờ có thiết bị tinh vi, người ta có thể xem xét các loại tơ khác nhau trong phạm vi nanomet. Các nhà khoa học bắt đầu hiểu những polyme tự nhiên có thể có những đặc tính hơn hẳn vài loại sợi nhân tạo tương ứng và ngay cả vài kim loại như titan vốn được đánh giá là có tỉ số sức bền - trọng lượng cao nhất trong các kim loại. Nếu chúng ta biết cách sản xuất những polyme sinh học trong điều kiện môi trường chung quanh như các loài kể trên, với dưỡng chất có thể có được, thì sẽ mở ra vô số khả năng mới cũng như một chu trình tái tạo đất và ổn định khí hậu tuyệt hảo.

Trong khi công tác ở Trung Mỹ, Giáo sư trường Đại học Oxford Fritz Vollrath bắt gặp loài nhện dệt cầu vàng Nephila clavipes giăng một mạng lưới vàng đẹp đẽ có đường kính tới một mét. Ông hứng thú với bằng chứng thử nghiệm để đưa ra giả thuyết là màu ấy có một mục đích kép: thu hút con mồi và cải trang. Sau mấy thập kỷ nghiên cứu, ông đã hiểu được tơ nhện cầu vàng và các đặc tính đáng chú ý của nó: dẻo, đàn hồi và bền chắc. Ông thấy rõ tơ nhện có được những tính chất đặc biệt ấy nhờ ở cấu trúc hình học trong phạm vi nanomet của nó. Hình học là một phần của toán học. Trong trường hợp tơ nhện, Vollrath đã sử dụng hình học để xác định cái cấu trúc với một phần kết tinh và một phần vô định hình tạo ra sức bền mà nhiều kim loại và chất dẻo không cạnh tranh nổi. Chỉ bằng cách kiểm soát áp suất và độ ẩm ở phía sau bụng nó lúc chăng tơ, nhện cầu vàng có khả năng sản xuất bảy loại tơ khác nhau.

Lưới của loài nhện Nephila clavipes tốt hơn lưới của nhiều loài khác về sức căng và tính đa năng trong những điều kiện thay đổi. Độ bền của tơ do nhện sản xuất có nguồn gốc từ việc gấp xếp tài tình các protein hợp thành tơ. Việc gấp xếp protein này chủ yếu phụ thuộc vào lượng nước chính xác chiết ra chỉ bởi áp suất trong bụng nhện. Cách ép nước ấy được hiểu rõ hơn nhờ sự so sánh giữa nhện và côn trùng của giáo sư Vollrath.

Nhện có khả năng đáng chú ý là tái sử dụng, khôi phục mạng lưới để đáp ứng yêu cầu mới. Chúng nuốt phần mạng mà chúng muốn sửa chữa, phân tách ra các axit amino ban đầu. Làm sao chúng ta không có ấn tượng về thành tích ấy được? Đó là một trong những chương trình tái chế polyme tốt nhất từ trước tới nay! Làm sao có thể so sánh mạng nhện với thứ chất dẻo “dùng một lần” ngày càng tích tụ nhiều hơn ở cái lục địa rác chất dẻo đang trôi nổi trên Thái Bình Dương, đầu độc các sinh vật biển sống quanh đó?

Tuy nhiên, việc thuần hóa nhện là một thách thức. Những con nhện được thuần hóa rất hung dữ. Cả khi không còn hành động tự vệ ấy nữa, năng suất của chúng cũng thấp hơn bình thường. Chúng tái chế, tái xử lý mạng lưới quá nhiều để tạo ra một loại tơ mới thích ứng với hoàn cảnh mới và không có nhu cầu sản xuất thêm. Giới hạn ấy thúc đẩy Vollrath so sánh cấu trúc của tơ tằm với tơ do nhện cầu vàng tạo ra. Cùng với ê kíp Oxford của mình, ông sử dụng các axit amin cơ bản theo công thức của tơ nhện để làm cho tơ tằm trở nên như tơ nhện. Polyme mà họ phát triển theo cách đó là một loại tơ có đặc tính giống hệt loại tơ độc nhất vô nhị của nhện.

Giáo sư Vollrath tham gia tích cực vào việc tạo ra một phương pháp sản xuất polyme sinh học từ những nguồn tái tạo, rất giống chiến lược phục hồi đất chính gốc của người Trung Hoa. Trên cơ sở nghiên cứu có tầm nhìn xa của ông, Vollrath đã thành lập những xí nghiệp sản xuất các polyme nói trên và nhận dạng những thị trường cho các sản phẩm sinh học tốt và rẻ hơn những polyme hóa học cũng như những hợp kim đắt tiền. Thay vì gây thiệt hại ngoài ý muốn, như trường hợp những sản phẩm khiến khí nhà kính phát sinh, các polyme có thể giúp kết nối nền kinh tế của chúng ta với mục tiêu ban đầu của việc sản xuất tơ tằm Trung Hoa: tái tạo, đổi mới và làm gia tăng độ màu mỡ của đất, năng suất thu hoạch và khả năng cố định carbon.

Hơn một thế kỷ trước đây, sản lượng tơ thô hàng năm xấp xỉ một triệu tấn. Mức sản xuất hiện nay dao động trong một khoảng dưới 100.000 tấn/năm. Ngoại trừ những loại vải xa xỉ như hàng của công ty Hermès, thị trường tơ trong tương lai sẽ không nhắm tới hàng vải hay quần áo. Về mặt giá cả, tơ không thể cạnh tranh với những polyme tổng hợp nổi tiếng đang chiếm một thị phần lớn hơn trong công nghiệp dệt. Tuy nhiên, tơ lại trội hơn những kim loại đắt tiền (gấp sáu lần, xét về giá và năng suất) như thép không rỉ và titan. Titan trở thành vật liệu cấu trúc tiêu chuẩn cho động cơ phản lực, tàu vũ trụ, nhà máy khử muối, bộ phận chân tay giả, vật cấy ghép chỉnh hình, răng cấy, hàng thể thao và điện thoại di động. Mặc dù ngành công nghiệp vũ trụ và hàng không tận dụng phần lớn nhất lượng titan đã gia công, càng ngày càng có nhiều hàng tiêu dùng chứa titan như vật dụng bằng thép không rỉ, cũng như những sản phẩm từ khung xe đạp, nữ trang đến vật cấy ghép và bộ phận giả.

Ở đây, chúng ta có thể nhận ra một chuyển đổi trong chiến lược kinh doanh có khả năng làm nảy sinh một mô hình phát triển kinh tế mới. Quá trình sản xuất titan từ quặng tiêu thụ một lượng lớn magie, clo, acgon. Titan phải được hàn trong một môi trường khí trơ để tránh bị nhiễm oxy, nitơ hay hydro. Cả năng lượng đầu vào lẫn việc sử dụng nguồn khoáng sản quí hiếm đều đáng kể nên sản phẩm sau cùng có giá cao. Titan đã được gia công và tôi luyện có tỉ số sức căng - tỉ trọng lớn và độ bền cao đối với oxy và sự ăn mòn của nước biển. Vì những đặc tính mong muốn ấy, người tiêu dùng chi trả nhiều hơn và không quan tâm đến thiệt hại cho môi trường. Nếu chúng ta đối chiếu chu kỳ sống của titan với quá trình biến đổi lá dâu thành tơ tằm ở nhiệt độ, áp suất và độ ẩm gần với môi trường chung quanh, thì rõ ràng tơ sẽ nằm trong phần tích cực của bảng chỉ số bền vững. Chúng ta nhanh chóng hiểu rằng chúng ta có thể thúc đẩy các ngành công nghiệp kể trên tới sự bền vững như thế nào. Những công ty muốn hưởng lợi ích từ sự hiểu biết của Vollrath về cấu trúc hình học của tơ trong phạm vi nanomet sẽ nhận thấy các polyme tơ là những thứ lý tưởng để thay thế kim loại hiệu năng cao.

CẠO SẠCH NHẴN

Một ví dụ có thể thấy khắp mọi nơi về lối tiêu dùng không bền vững là dao cạo. Ít có hoạt động nào tầm thường hơn việc cạo râu. Râu tóc không ngừng mọc từ năm này qua năm khác. Nhiều bức họa trong hang động cho thấy ngay cả người tiền sử cũng dùng dụng cụ bằng đá hay vỏ trai để loại bỏ những sợi râu thừa. Trong thời đồ đồng, người ta phát triển khả năng rèn những kim loại đơn giản và bắt đầu làm dao cạo bằng sắt và đồng đỏ. Người Ai Cập cổ cạo cả râu lẫn tóc, một phong tục có lẽ đã được người Hy Lạp và La Mã tiếp nhận, đặc biệt những chiến binh đối đầu với cuộc cận chiến: không có tóc trên đầu là một chỗ nắm ít hơn cho kẻ thù.

Một lưỡi dao cạo hiện đại chế tạo vào đầu thế kỷ XXI cần một lượng kim loại ít hơn 20 lần so với lưỡi dao dùng một lần do vua C. Gillette bắt đầu sử dụng hơn một thế kỷ trước. Trong khi điều này xác nhận một nỗ lực nhằm đạt hiệu quả sử dụng nguyên liệu, thì giá hạ cùng với khả năng mua lớn hơn khiến việc kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm ít được khuyến khích. Khi hoạt động nghiên cứu mạnh mẽ của công ty Gillette làm tăng lợi nhuận và thị phần, tổng thể tích dao cạo cũng như tổng trọng lượng chất thải kim loại tăng lên một cách khủng khiếp. Hàng năm, khoảng 10 tỉ dao cạo đã qua sử dụng, tức khoảng 250.000 tấn kim loại quý bị vứt bỏ, khiến thể tích rác của chúng ta càng lớn hơn nữa. Đáng tiếc hơn cả, các kiểu dao cạo mới nhất có đến sáu, thậm chí bảy, thay vì hai lưỡi như đến nay. Ở đây, chúng ta chứng kiến một tác động ngược lại tính hiệu quả nguyên liệu đạt được trong 50 năm qua.

Biểu đồ 7. Dao cạo thép: một mô hình không hiệu quả

Lưỡi dao cạo tiếp xúc với sự ẩm ướt nên phải làm bằng hợp kim thép chống rỉ đặc biệt hay bằng titan. Thép phải đủ cứng để lưỡi dao giữ được hình dạng của nó nhưng cũng phải dễ uốn để có thể cạo tốt. Thép carbua được ưa chuộng, bao gồm: carbon, silic, mangan, crom, molipden, với phần còn lại là sắt và lớp ngoài cùng bằng titan. Thép được nung nóng tới 1100ºC, rồi nhúng vào nước có nhiệt độ khoảng -70ºC để tăng độ cứng. Thép được tôi ở nhiệt độ 350ºC. Sau đó, để tạo cạnh sắc, lưỡi dao cạo được dập với tốc độ 800 đến 1.200 cái trong một phút. Vì lưỡi dao rất mỏng nên cần một khung bằng chất dẻo và kim loại đặc biệt để giữ chặt nó trong vỏ đựng. Giống như titan, thép không rỉ là một phần của những mô hình sản xuất và tiêu dùng không bền vững. Dao cạo được sản xuất bằng cả quá trình trên đây chỉ để cạo râu vài lần rồi vứt vào bãi rác.

Ngày nay, ngành công nghiệp làm dao cạo đã có một lựa chọn. Thay vì tăng số lượng sản phẩm ở thị trường, họ có thể thay đổi mô hình kinh doanh dao cạo nhằm góp phần giải quyết khủng hoảng môi trường và tình trạng thiếu việc làm nghiêm trọng, đồng thời cung cấp những thứ vừa tốt vừa rẻ hơn. Một dao cạo làm bằng tơ sẽ cắt đứt sợi keratin (râu tóc) nhưng không bào da vì hàng trăm sợi tơ cực nhỏ của nó quay trên bề mặt da; nó thật ra là một dạng bé tí của máy cắt cỏ đẩy tay. Công nghệ đã có sẵn. Việc điều chỉnh chính xác và sản xuất chỉ còn đòi hỏi thời gian và tiền bạc. Dùng tơ để thay thế kim loại làm giảm một lượng phát thải carbon hết sức lớn, thậm chí còn cố định carbon nhờ trồng dâu nuôi tằm. Việc ấy cho thấy một tỉ lệ chi phí - lợi ích lý tưởng. Nếu một cân Anh tơ đã qua xử lý giá 100 đô la, mỗi dao cạo làm bằng tơ sẽ có giá dưới một đô la, nhưng năng suất và cảm giác khi sử dụng nó sẽ bằng những loại dao cạo công nghiệp mới nhất.

MỀM MẠI NHƯ TƠ

Bởi vì sản xuất là một bí mật thương mại nên một cách sử dụng polyme không bền vững khác đã thoát khỏi sự chú ý của người tiêu dùng: mỹ phẩm. Sau nước, polyme là thành phần lớn thứ hai của các mỹ phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân. Một loạt polyme được dùng để: tạo màng, hãm bay hơi dầu thơm, làm cô đặc, nhũ hóa, ổn định bọt, dưỡng tóc, làm da mềm mại, tạo cảm giác dễ chịu và diệt khuẩn. Giá trị thị trường hiện nay của các polyme tổng hợp là 15 tỉ đô la và có chiều hướng gia tăng. Chúng đã thay thế những thành phần có nguồn gốc tự nhiên trước đây. Trong khi khó tưởng tượng được tơ tằm có thể thay thế thép không rỉ trong dao cạo và máy bay như thế nào, sự liên tưởng đến tơ khi rờ một vật mềm mại khiến chúng ta dễ hình dung nó có thể là một thành phần chính của các sản phẩm chăm sóc da, tóc. Việc áp dụng công nghệ nano sử dụng tơ nhằm thay thế các polyme tổng hợp có thể là một phương hướng đầy hứa hẹn và đem lại lợi nhuận cao cho ngành công nghiệp mỹ phẩm.

Chỉ cần một công ty dẫn đầu thị trường như Clarins hay Shiseido chuyển sang dùng polyme tự nhiên là thu hút được sự chú ý của các đấu thủ chính trên thị trường. Có lẽ ứng dụng đầu tiên sẽ là kem chống nắng, vì tơ tằm có thể có hai chức năng, vừa tạo cấu trúc cho kem vừa phân tán tia tử ngoại. Polyme tơ cũng có thể là một thay thế tương thích sinh học cho titan trong kem chứa titan oxit để chống phơi nhiễm tia tử ngoại.

Thị trường thuốc nhuộm tóc là lĩnh vực thứ hai mà những chế phẩm từ tơ có thể nhanh chóng chiếm thị phần. Người Hy Lạp và La Mã đã dùng xà phòng có độ kiềm cao, trái óc chó luộc và lá móng để tạo ra những màu sắc khác nhau. Mặc dù những sản phẩm nhuộm màu như thế rất dễ chịu đối với thân mình chúng ta, nhưng chúng không giữ màu nhuộm được lâu. Thuốc nhuộm làm bằng hóa chất mạnh tạo ra một màu tóc bền hơn. Tuy nhiên, khi có nghiên cứu xác định mối liên hệ giữa bệnh ung thư và việc dùng thuốc nhuộm tóc thường xuyên, Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Thuốc Hoa Kỳ (US Food and Drug Administration) đã nghiên cứu độc tính tiềm ẩn của các thuốc nhuộm ấy. Polyme tơ và những nguyên liệu tái tạo có nguồn gốc sinh học khác rất tiện lợi cho việc thay thế thuốc nhuộm tóc độc hại, đồng thời khai thông một dòng thác tác động tích cực đến sức khỏe và môi trường sinh thái.

NHỮNG ỨNG DỤNG TƯƠNG THÍCH SINH HỌC TRONG Y KHOA

Từ nhiều năm nay, sợi chỉ tơ được sử dụng trên khắp thế giới để khâu vết thương sau những ca phẫu thuật và nhãn khoa phức tạp. Nó thích hợp với mục đích ấy nhờ những sợi mảnh mềm mại và sức căng của nó. Nó cũng dễ dàng buộc chặt nhưng khó gỡ ra. Tập hợp các protein của nó tương thích với thân thể con người nên không cần phải loại bỏ bằng phẫu thuật. Các ứng dụng y học khác đã được thương mại hóa: khẩu trang chống chứng sổ mũi mùa, miếng gạc, băng dùng cho bệnh ngoài da đều làm bằng tơ. Việc phát triển công nghệ để phân tách sợi tơ và tạo lớp màng từ các protein cấu thành tơ đã mở đường cho nghiên cứu và phát triển nhằm tạo da, mạch máu và gân nhân tạo, phục hồi dây thần kinh, cũng như sản xuất kính tiếp xúc, ống thông dùng trong phẫu thuật và chất chống đông máu. Tất cả các ứng dụng ấy đều dựa trên tính tương thích sinh học và tính thấm nước của tơ.

Biểu đồ 8. Cây dâu và con tằm: một mô hình thác nhiều tầng

Ngày nay, nếu sụn đầu gối hay xương sống bị hư hỏng và không thể tái sinh được, người ta dùng phẫu thuật để gắn một đầu gối bằng titan vào. Một sản phẩm khác do giáo sư Vollrath và ê kíp của ông phát triển là một bộ phận đỡ làm bằng tơ có những đặc tính cơ học gần giống như sụn sợi (sụn liên kết). Cài vào chỗ đầu gối bị hỏng, bộ phận đỡ bằng tơ ấy kích thích sự tăng trưởng tế bào trên bề mặt xốp của nó và tái tạo sụn nhờ phản ứng miễn dịch của cơ thể. Đó là một hệ thống tự nhiên với những thành phần tương thích sinh học có khả năng củng cố một cấu trúc hiện hữu, trái với một hệ thống gồm những thành phần không tương thích cần phải có thuốc kìm hãm miễn dịch để khỏi bị thải loại. Thị trường thế giới của những thiết bị tương thích sinh học đã đạt gần 20 tỉ đô la/năm, với tỉ lệ tăng trưởng hàng năm vượt quá 10%. Ngoài chỉ khâu vết thương bằng tơ, sắp có thêm băng y tế, khớp nhân tạo và bộ phận cấy ghép chỉnh hình được chế tạo từ tơ, tất cả đều nhờ hiểu biết sâu sắc về cách thức hoạt động của các hệ thống tự nhiên.

PHẦN THƯỞNG CỦA PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG – MỘT THẬP KỶ ĐẠT THÀNH QUẢ ĐÁNG KỂ

Việc sản xuất 100.000 tấn tơ tằm biến 6,25 triệu mẫu Anh đất khô cằn thành màu mỡ.

1 kg tơ thô tương ứng với 9 kg phân tằm nguyên chất, vậy tổng sản lượng tơ tương ứng với 900.000 tấn/năm.

Một thập kỷ sản xuất tơ sẽ cung cấp đủ đất màu để trồng xen canh quanh những gốc dâu.

Quá trình sản xuất ấy sẽ cố định 300 triệu tấn khí nhà kính qui đổi ra CO 2 (trong cây dâu, đất và tơ) và tránh được việc khai thác và chế biến quặng cũng như việc sử dụng phân đạm (chứa N 2 O). Ngoài ra, quá trình ấy giúp giảm một lượng phát thải khoảng một tỉ tấn CO 2 , đồng thời tạo ra bình quân 2,4 việc làm trên một mẫu Anh hay 15 triệu việc làm trong một thập kỷ.

Nhu cầu về sản phẩm y tế làm bằng tơ là một bằng chứng tốt nhất cho sự đúng đắn của quan niệm cho rằng những sản phẩm ấy có thể chấp nhận được về mặt tài chính, ngay cả trong điều kiện kinh tế hiện tại. Giáo sư Vollrath và ê kíp của ông đã thành công trong việc đưa các sản phẩm có nguồn gốc từ tơ ra thị trường. Các cơ hội sử dụng những công nghệ ấy trên khắp thế giới sẽ kích thích mạnh mẽ nhu cầu về tơ. Nếu công trình nghiên cứu những sản phẩm phức tạp như thế được hoàn thành thì việc sản xuất dao cạo hay những thành phần mỹ phẩm từ polyme sẽ trở nên dễ dàng. Chỉ cần chúng ta để tâm trí vào việc ấy thôi. Nhưng ai sẽ làm việc ấy? Các công ty Bic, Schick, Gilette hay một tập hợp những nhà doanh nghiệp sẽ biến đổi một hàng tiêu dùng hoàn toàn không bền vững thành một sản phẩm vừa cố định carbon vừa có tác dụng dễ chịu như tơ tằm? Điều gì sẽ xảy ra nếu nhu cầu dùng tơ để làm dao cạo và mỹ phẩm trong mười năm tới đạt mức 100.000 tấn, một phần nhỏ của khối lượng hiện nay của hai loại sản phẩm ấy?

Cách tiếp cận nói trên càng hấp dẫn hơn vì nó không xóa bỏ một việc làm công nghiệp nào cả. Nó chỉ hạ mức yêu cầu về quặng và cắt giảm rất nhiều năng lượng tiêu dùng, điều mà có lẽ tất cả chúng ta đều xem là một đóng góp tích cực. Số việc làm có thể mất trong lĩnh vực năng lượng và khai thác quặng sẽ rất ít so với số việc làm mới tạo ra − cứ mỗi 100.000 tấn tơ thu hoạch sẽ đem lại tổng cộng 15 triệu việc làm. Áp dụng một mô hình bền vững sử dụng tơ thay vì chất dẻo tổng hợp sẽ có tính cạnh tranh và dễ dàng tiếp thị hơn, đồng thời tạo ra đất màu và cắt giảm lượng phát thải carbon. Đó chính là Nền Kinh tế Xanh Lam mà chúng tôi cố gắng đưa vào vị trí trung tâm của xã hội hiện đại.

NHỮNG CÁCH SỬ DỤNG TƠ KHÁC

Dưới hình thức vải dệt, tơ đồng hành với loài người trong suốt quá trình lịch sử của nó.

Những ứng dụng khác được phát triển không ngừng, như chất liệu làm màng lọc và bộ lọc dựa vào khả năng hấp thu hay lọc những chất đặc thù (ví dụ: oxy và oxit carbonic). Màng cố định enzim bằng tơ có thể được dùng trong bộ cảm biến sinh học.

Dây câu cá thân thiện với môi trường cũng có thể được sản xuất từ tơ. Vốn là vật liệu tự nhiên dễ phân hủy sinh học, tơ hứa hẹn sẽ góp phần giải quyết vấn đề dây câu cá bị đứt làm hư hại nơi sinh sống của loài chim nước.

Một kỹ thuật pha trộn bột tơ vào chất phủ bề mặt cũng đã được phát triển. Được biết dưới tên “da bằng tơ”, nó được dùng làm vô lăng xe sang trọng, cũng như những sản phẩm điện tử như máy video, đồng hồ và viết bi. Da tơ tạo một kết cấu mềm mại và một vẻ óng ánh cho sản phẩm. Điều này khiến nó trở nên hấp dẫn đối với những doanh nhân tích cực trong việc tạo ra những sản phẩm và ứng dụng khác.

Ngày xưa, phụ nữ đã biết rau quả bọc trong tơ sẽ tươi tốt lâu hơn. Điều ấy được chứng minh bởi những thử nghiệm cho thấy tơ hút khí ethylen do cây phát ra như thế nào. Ở Nhật Bản có một loại vải làm bằng tơ sợi và polyester với thương hiệu “Silk Sheet” (tấm tơ hay giấy tơ) dùng để giữ rau quả tươi tốt, đem lại lợi ích kinh tế đáng kể.

Nhiều thử nghiệm dùng tơ để làm sạch những con sông bị ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Kén tầm phế thải với vi khuẩn cấy vào những lỗ hổng được sử dụng để tách riêng và hấp thu chất ô nhiễm. Mục tiêu là giữ kim loại độc như urani và tác nhân gây ung thư như đioxin bằng màng lọc trên cơ sở tơ tằm.

Nguồn: Hiệp hội Tơ lụa Nhật Bản và Công ty hữu hạn Kinkame Shigyo

CHƯƠNG TÁM. TỪ VĨ ÐẠI ÐẾN TÍ HON

Mặt trời, với tất cả những hành tinh xoay quanh nó và phụ thuộc vào nó, vẫn còn khả năng khiến một chùm nho chín như thể nó không có việc gì khác để làm trong vũ trụ.

– Galileo Galilei

CHỈ CÁCH MỘT NHỊP TIM ĐẬP

Trong khi chúng ta thật sự lo ngại về biến đổi khí hậu do con người gây ra, nhân loại đang luẩn quẩn giữa hai vùng ngự trị của tử thần: trẻ em chết vì thiếu những chất dinh dưỡng cơ bản nhất và người lớn tử vong vì ăn quá nhiều thứ bậy bạ. Đồ ăn tinh chế phản tự nhiên kết hợp với sự thiếu vận động đã làm giảm chất lượng đời sống và tuổi thọ của chúng ta. Sự thật đáng kinh ngạc là chúng ta biết điều ấy. Cho tới khi mẫu hình ấy thay đổi, giám sát bệnh tim là một việc cần làm trước tiên.

Bệnh tim gây ra nhiều thiệt hại về sinh mạng hơn bất cứ một bệnh nào khác. Trong hàng thập kỷ, nhiều nhà nghiên cứu y học đã cố gắng giải quyết vấn đề ấy và đã tìm được cách ứng dụng công nghệ nhằm điều chỉnh những rối loạn tim tốt hơn. TS. Jorge Reynolds là một trong những nhà nghiên cứu đó. Tốt nghiệp ngành kỹ sư điện tử ở trường Đại học Cambridge năm 1953, ông nghĩ ra một phương pháp điều chỉnh nhịp tim không đều đặn là điều biến dòng điện đã được biến thế từ một bình ắc quy xe và gắn vào hai điốt nối với trái tim.

Trong khoảng thời gian giữa 1954 và 1964, giáo sư Reynolds đã phát triển một nguyên mẫu máy điều hòa nhịp tim có thể được đặt vào tim để điều chỉnh chức năng của nó. Mặc dù thiết bị ấy có kích thước của một bình ắc quy ô tô đặt trên bánh xe và phải thường xuyên nối với người bệnh sau khi mổ, hơn 1.700 bệnh nhân đã được trợ giúp bởi phát minh của ông. Nguyên mẫu máy điều hòa nhịp tim của Reynolds được trưng bày tại Bảo tàng Khoa học và Công nghiệp ở Luân Đôn. Trong những năm 60 của thế kỷ trước, ông đã chuyển giao tất cả các bằng sáng chế và báo cáo khoa học của ông cho một bên thứ ba để phát triển thêm và cống hiến phần còn lại của đời mình cho việc nghiên cứu. Ông tìm một phương pháp tốt hơn để giữ cho tim người bệnh tiếp tục hoạt động. Óc tò mò và lòng ham muốn tìm hiểu đã dẫn ông đến việc nghiên cứu cách hoạt động của tim những loài có vú khác. Lúc bắt đầu xem xét trái tim và bộ máy tuần hoàn của cá voi, ông đã bị lôi cuốn hoàn toàn.

NĂNG LƯỢNG TỪ CÁ VOI

Trước đây lâu lắm, cá voi là động vật có vú ở đất liền nhưng rồi trở lại biển, tiến hóa thành loài vật lớn và thông minh nhất địa cầu. Thế kỷ 18, người ta săn cá voi để lấy mỡ. Dầu cá voi chế biến từ mỡ của nó được thu hoạch và buôn bán trên khắp thế giới. Cá voi bị săn nhiều đến nỗi gần tuyệt chủng. Phải phát triển thêm 250 năm nữa, con người mới hiểu rằng điều kỳ diệu ở cá voi không phải là mỡ của nó nhưng là khả năng tạo ra dòng điện 6 tới 12 vôn chỉ từ các nguyên tố kali, natri và canxi. Điều đó rất đáng kể vì cá voi chỉ dựa vào tôm krill và cá nhỏ để sống và tạo ra năng lượng. Khả năng sinh hóa tạo ra điện ấy là một hiện tượng mà Reynold nghiên cứu. Suốt ba thập kỷ, ông đã thậ̣n trọng theo dõi nhịp đập của tim cá voi.

Reynolds tự hỏi làm thế nào trái tim của loài hữu nhũ to lớn phi thường ấy có thể thích ứng với những biến chuyển vật lý và sinh lý học đáng kể của nó. Với mỗi nhịp đập, tim cá voi, nằm giữa lớp mỡ dầy, bơm hơn 1.100 lít máu qua các mạch máu với chiều dài tổng cộng 160 triệu kilomet, và như thế trong suốt thời gian sống khoảng 80 năm mà không cần bảo quản hay chữa trị gì cả. Trong khi bắp thịt, van, động mạch và tĩnh mạch tiến hóa theo thời gian, Reynolds suy nghĩ làm sao cá voi có thể phân phối điện trong thân hình vĩ đại của nó và điều hòa nhịp đập của trái tim lớn hơn tim của tổ tiên của nó xưa kia một ngàn lần, khi cá voi chỉ lớn bằng con chó. Không có trường hợp ngưng tim nào được biết ở loài cá voi. Nếu như tim chúng ta nằm giữa mỡ như thế, nó sẽ hoàn toàn ngưng hoạt động.

Reynolds đặt các câu hỏi chủ yếu sau: Chúng ta học được gì từ hiện tượng ấy? Có hướng dẫn nào không? Không ai có thể trả lời. Ông bắt đầu tìm hiểu thật cặn kẽ mọi điều có thể về tim của cá voi và những loài hữu nhũ khác. Với ý muốn ghi âm và vẽ biểu đồ nhịp tim cá voi, ông thiết kế một máy ghi điện tâm đồ gắn vào thân cá và truyền dữ liệu qua vệ tinh đến trung tâm nghiên cứu của ông ở Bogotá. Mặc dù chúng ta thể hình dung việc thiết kế và chế tạo máy móc cũng như xây dựng hệ thống truyền dữ liệu điện tử khó khăn như thế nào, nhưng cách thức gắn máy ghi địa tâm đồ vào cá voi mới là một kỳ công thật sự. Reynolds đã làm việc đó bằng tay, mỗi lần chỉ ở một con cá, từ một chiếc thuyền không mui giữa sóng nước đại dương. Thật là khoa học mạo hiểm!

Sự nghiệp nghiên cứu về tim của Reynolds kéo dài năm thập kỷ nhưng đam mê của ông không giới hạn ở cá voi. Ông ghi điện tâm đồ của hơn 200 loài vật, có loài nhỏ như ruồi, có loài hay lẩn tránh như cá heo hồng ở vùng Amazona, hoặc tò mò như giông mào trên quần đảo Galapagos. Đến nay, Reynolds và ê kíp của ông đã thu thập hơn 10.000 điện tâm đồ cá voi. Để nghe dưới nước, họ sử dụng những hệ thống lọc âm thanh hiện đại mà lúc đầu người ta thiết kế để nghe lén bí mật quân sự. Điều này khiến việc nghiên cứu được dễ dàng vì không cần gắn thiết bị vào thân cá voi. Cuối cùng, ê kíp của Reynolds thu thập được rất nhiều dữ liệu nên ông đã có thể mô tả chính xác hoạt động của tim cá voi. Nhiều dữ liệu đáng chú ý khác được tiết lộ từ việc mổ xẻ xác cá voi chết vì mắc cạn. Một số nhà khoa học mặc nhận rằng cá voi có những kênh tế bào dường như chỉ dành cho việc dẫn những dòng điện bên trong và chung quanh trái tim của nó. Những dòng điện này điều tiết hoạt động của tim cá voi và có khả năng điều chỉnh hướng đi của chúng để tránh những mô hư hỏng.

Tính hiếu kỳ của Reynolds đã thúc đẩy ông nghiên cứu sâu hơn, chứ không dừng lại ở việc quan sát nhịp đập tim cá voi. Để hiểu trên bình diện phân tử cách thức kali, natri và canxi kết hợp thành dòng điện mà không cần cả pin lẫn dây kim loại, ông nghiên cứu toàn thể sự hình thành và chuyển hóa của tim cá voi từ lúc nó mới là phôi trong bụng mẹ. Ông ghi các kết quả của mình vào một trái tim ảo ba chiều. Sử dụng phần mềm tiêu chuẩn AutoDesk dành cho ngành kỹ sư, ông cho phép những nhà khoa học khác và bác sĩ khoa tim tiếp cận những thông tin gốc được trình bày một cách sinh động.

Trên cơ sở quan sát của mình, ông xem xét lại các nguyên tắc cơ bản của máy điều hòa nhịp tim. Ngày nay, thiết bị kéo dài đời sống của hàng triệu người ấy gần như có mặt ở khắp nơi. Nhưng nó được nối với bên trong trái tim và chạy bằng pin, chớ không có khả năng tạo ra dòng điện tự nhiên. Tuy nhiên, hàng trăm ngàn lần hư hỏng đã gây khó khăn cho việc sử dụng thiết bị ấy. Điều đó thúc đẩy Reynolds suy nghĩ ngoài phạm vi của sự hiển nhiên. Lúc đầu, ông do dự vì ý tưởng của mình quá đơn giản. Lấy cảm hứng từ cá voi, ông nghĩ mình có thể tạo ra những ống có kích thước nhỏ như một tế bào để cải thiện việc phân phối dòng điện trong cả trái tim. Ông dự kiến sẽ thay thế thiết bị mà ông đã góp phần sáng chế bằng những ống carbon nano có tác dụng như một máy điều hòa nhịp tim. Cuộn carbon nhỏ tí ti không thay thế chức năng tự nhiên của tim nhưng chỉ chuyển dòng điện từ mô khỏe mạnh sang mô hư hỏng. Đó là một lối tư duy cách mạng: dựa trên khả năng tạo ra điện hiện có và chỉ cải thiện tính dẫn điện.

Ý tưởng cách mạng thứ hai dựa trên hiểu biết của ông về việc cá voi, mọi loài vật có vú khác và ngay cả ruồi cũng tạo ra điện và dẫn điện mà không cần pin cũng như dây kim loại. Những loài khác nhau trên hành tinh của chúng ta đã học cách làm ra lượng điện cần thiết từ rất nhiều nguồn năng lượng: trọng lực, chênh lệch nhiệt độ, chênh lệch độ pH, động năng, năng lượng áp điện từ sức ép của tim và máu, năng lượng từ khí carbonic và kim loại sinh học nội sinh. Các nghiên cứu của Reynolds dẫn đến kết luận là tất cả những ứng dụng của các loài kể trên đều có hiệu quả và trên thực tế đã được thử thách suốt hàng triệu năm.

Ông đã thiết kế một loạt máy móc y tế mới vận hành như trong tự nhiên – nghĩa là không cần đến dây dẫn hay máy phát điện. Ông tập trung vào cách thức cá voi phát ra xung điện liên tục từ nguồn năng lượng cực nhỏ và điều tiết những phản ứng hóa học giữa kali, natri và canxi. Các thiết bị y tế và hệ thống giám sát cơ thể mà ông sáng chế và công ty khởi nghiệp CoroCare cung cấp chỉ dựa vào những nguồn năng lượng hiện hữu trong và chung quanh thân thể con người.

Ứng dụng đầu tiên mang đặc tính ấy là máy điều hòa nhịp tim nano do Reynolds chế tạo, một thiết bị chỉ dài 700 nanomet (700 phần triệu của một milimet) được điều khiển bởi bộ vi xử lý mới nhất. Nó mô phỏng những kênh dẫn điện của cá voi và đã tỏ ra có khả năng hiện thực trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, lý lẽ ủng hộ nó là hoạt động hiệu quả ở cá voi không thuyết phục được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Thuốc (Food and Drug Administration) của Mỹ. Chi phí để phát triển nguyên mẫu thành một dụng cụ y học mà cơ quan ấy chấp nhận nằm trong khoảng từ 100 triệu đến 500 triệu đô la. Mặc dù Reynolds chỉ có một vốn ban đầu hạn chế, nhưng ông dự trù sẽ nhận được tiền trả trước cho những phát minh phụ để chi cho các thử nghiệm lâm sàng như theo qui định.

Thật dễ hiểu tại sao các công ty dẫn đầu thị trường máy điều hòa nhịp tim như Medtronic, Johnson & Johnson và Boston Scientific, những công ty nắm chắc thị trường trong nhiều thập kỷ nữa sẽ chống lại đổi mới ấy. Họ đang hưởng phí bản quyền từ mỗi ca phẫu thuật, cũng như ngành công nghiệp dược sẽ bán thuốc cho người bệnh suốt cuộc đời còn lại của họ. Làm sao các nhà sản xuất máy trợ tim quan trọng nhất có thể chấp nhận một đổi mới sẽ cắt giảm nguồn thu nhập bảo đảm lên tới 50.000 đô la từ mỗi người được chẩn đoán là mắc chứng rối loạn nhịp tim và tiền bán thuốc bình quân cũng khoảng 50.000 đô la nữa? Tất cả những chi phí ấy sẽ chỉ còn 500 đô la cho mỗi trường hợp. Việc đặt dây dẫn điện nano được thực hiện với một ống thông và không buộc phải dùng thuốc gây mê toàn thân. Vì người bệnh có lẽ không cần tiếp tục uống thuốc nữa, tổng số tiền công ty bảo hiểm phải trả sẽ hạ xuống còn 1/2000. Vì vậy, các hãng bảo hiểm nên nhanh chóng tiếp nhận ứng dụng này.

DÒNG ÐIỆN KHÔNG CẦN PIN VÀ TỐT CHO SỨC KHỎE

Hệ thống công nghiệp của chúng ta được định hướng theo công suất và qui mô lớn. Vì thế chúng ta không ngạc nhiên khi những nguồn điện năng thật nhỏ của các hệ thống tự nhiên bị coi như không đáng kể. Nhưng đồng hồ tự động và đèn nháy ở gót giày trẻ em là những ứng dụng thương mại được chọn vào danh sách vòng trong của ngành công nghiệp. Tim và não của chúng ta cũng hoạt động với những dòng điện cực nhỏ như thế. Không có cơ quan nào cần pin hay dây dẫn điện, ngoại trừ khi ghép máy điều hòa nhịp tim hay khi gắn máy trợ thính vào tai. Dòng điện đơn giản, hình thành một cách tự nhiên đủ mạnh để làm cho dòng máu liên tục chảy qua trái tim của chúng ta. Trong đời sống một người, tổng số năng lượng mà cơ thể chúng ta chuyển hóa từ những thành phần chính của thức ăn đủ để nâng một côngtenơ 40 feet (12,2 m) từ cảng Mumbai (Ấn Độ) lên tới đỉnh núi Everest!

Nghiên cứu của Reynolds và những đổi mới tiếp theo có lẽ báo trước hồi kết thúc sự lệ thuộc của chúng ta vào pin hóa học đang tràn ngập các bãi rác và làm ô nhiễm môi trường. Không còn cần pin nữa, chúng ta sẽ loại trừ được ô nhiễm và rác độc hại. Pin rất tiện lợi nhưng nó là một trong những sản phẩm đòi hỏi nhiều khoáng sản nhất và ít khi được tái chế hoàn toàn. Việc kim loại từ pin gây ô nhiễm môi trường và nguy hiểm cho sức khỏe không phải là điều bí mật. Hàng năm có hơn 40 tỉ pin được sản xuất và bán ra thị trường. Đại đa số những pin nhỏ “dùng một lần” trở thành rác thải. Tệ hơn nữa, khuynh hướng này đang tăng nhanh. Thị trường pin tăng trưởng hai con số. Ngay cả Thụy Điển và Đức, hai nước có kỷ luật xã hội cao, cũng chỉ tái chế phân nửa số pin đã qua sử dụng. Giá rẻ, dễ có và kích thước nhỏ khiến việc tái chế chúng dễ dàng bị gạt bỏ, nên những pin nhỏ thường chất đống trong các bãi rác. Một bi kịch khác diễn ra hàng ngày là chúng ta không có khả năng hiểu tác động có hại của một vật dụng nhỏ như thế đối với sức khỏe của hành tinh, và rốt cuộc rồi sức khỏe của chính chúng ta cũng bị tác động. Các kim loại chứa trong pin bị phát tán bừa bãi vào hệ sinh thái mà chúng ta lệ thuộc vào, làm nhiễm bẩn những nguồn tài nguyên thiết yếu như nước uống và đất màu.

Chúng ta cũng không có khả năng tính toán chi phí lớn lao của năng lượng từ pin. Nếu so sánh giá mỗi kilowatt giờ của một cục pin với phí tổn cho cùng lượng điện năng ấy từ lỗ cắm điện ở nhà, chúng ta sẽ bị sốc khi khám phá ra rằng chúng ta phải trả cho điện pin từ 100 đến 500 lần nhiều hơn điện trong nhà chúng ta. Những nhà phân tích công nghiệp am hiểu vấn đề ấy đang nỗ lực tìm loại pin hiệu quả nhất. Nhiều chính phủ và nhà đầu tư đã chi hàng tỉ cho việc sản xuất loại pin bền nhất và ít gây ô nhiễm nhất để người tiêu dùng có thể sử dụng một cách tiện lợi và linh động. Trong khi chi trả những số tiền khổng lồ, dường như chúng ta quên rằng loại pin nào làm bằng kim loại (nặng) cũng đòi hỏi quá nhiều tài nguyên từ trái đất khiến nó không còn khả năng đáp ứng nhu cầu tương lai nữa. Tệ hơn nữa, điều ấy mở rộng việc khai thác quặng và làm tăng thêm sự phát tán không được điều tiết vào môi trường. Tóm lại, pin có thể là một nguồn năng lượng tiện lợi nhưng đồng thời gây ra những phí tổn không hợp lý về kinh tế và môi trường.

DỮ LIỆU Y TẾ TRỰC TUYẾN

Máy trợ tim của Reynolds là đổi mới đầu tiên lấy cảm hứng từ việc quan sát những nguồn điện tự nhiên của ông. Một phát minh khác, miếng đắp màng mỏng CoroPatch, có thể được gắn vào da để đo và truyền nhiệt độ cơ thể cũng như những dữ liệu về tim mà không cần đến pin hay dây dẫn điện. Nó được sạc điện bằng chính cơ thể mang nó và những lực vật lý hiện hữu. Vài ứng dụng hoàn hảo đã nảy sinh từ đó.

Mẫu hình thay đổi nhiệt độ là một chỉ báo đơn giản nhưng chính xác về khả năng sinh sản. Nhiệt độ cơ thể của một phụ nữ thấp hơn trước khi và cao hơn trong thời gian rụng trứng. Hơn nữa, nhiệt độ được nâng lên trong 18 ngày liên tiếp cho biết với xác suất lớn là đã thụ thai. Một miếng đắp màng mỏng có thể đo nhiệt độ với độ chính xác từ 0,2 đến 0,3 độ Celsius mà không cần pin hay dây dẫn. Nó có thể truyền số liệu này tới một trang web cá nhân hay ngay cả một điện thoại di động để người phụ nữ có quyết định đúng đắn và độc lập hơn về việc sinh sản của mình.

Trong phạm vi giám sát tim, một lần đi bệnh viện để đo tâm điện đồ rất cần cho một chẩn đoán chính xác, nhưng những lần kiểm tra sau đó có thể được thực hiện với một miếng màng mỏng đắp trên ngực. Ba tới sáu điểm tiếp xúc đủ để chuyển những dữ liệu quan trọng đến một trang web cá nhân hay gởi bảo đảm một ảnh đến một điện thoại lưu động. Nó có thể xác định tình trạng sức khỏe, khuyên đi bác sĩ tim mạch để kiểm tra hay tự động gọi cấp cứu trong trường hợp khẩn cấp, vừa cho biết địa điểm chính xác từ vị trí GPS của một điện thoại di động. Phí tổn một lần đi bệnh viện để đo tâm điện đồ chắc chắn hơn 750 đô la. Giá một tấm đắp có thể chỉ là 20 đô la. Kể cả khi một người bệnh cần 10 tấm đắp trong năm, vẫn còn rẻ hơn một lần viếng bệnh viện. Tuy nhiên, tiềm năng thu lợi lớn hơn nhiều vì chi phí thấp sẽ cho phép nhiều người tiếp cận ứng dụng ấy hơn. Đó chính là mô hình kinh doanh tạo ra một công cụ hiệu quả cho sự hồi sinh của nền kinh tế trong giai đoạn khó khăn: nhiều ứng dụng và nhiều dòng thu nhập từ một công nghệ nền tảng thành công.

Một ứng dụng trên cơ sở màng mỏng như CoroPatch sẽ không cần đến việc đo và phân tích tâm điện đồ như theo thông lệ, nhưng chỉ đòi hỏi sự chú ý khi trị số giám sát bị sai lệch so với mẫu hình thông thường. Điều ấy sẽ cho phép các bác sĩ khoa tim và nhân viên của họ để tâm vào công việc mang lại lợi tức lớn hơn. Kết quả là người hành nghề y tế, bệnh viện và công ty bảo hiểm đều có được thu nhập thực tế. Tấm đắp có thể cung cấp một tập hợp dữ liệu đáng kinh ngạc về hoạt động của tim người bệnh thông thường hay cá nhân có nguy cơ cao, trong những điều kiện hoàn toàn khác nhau. Số dữ liệu từ một cuộc kiểm tra bằng tấm đắp lớn gấp 14.000 lần con số nhận được trong một lần khám kéo dài hai phút ở bệnh viện. Nói tóm lại, lợi ích thực tế là: nhiều dữ liệu được thu thập hơn, việc giám sát theo thời gian thực sẽ có chi phí hợp lý; phí tổn cho mỗi người bệnh sẽ giảm đáng kể và thời gian tiết kiệm có thể được dùng để tạo những nguồn thu nhập khác – tất cả đều không cần đến một cục pin nào cả.

Song song với việc giảm tiêu dùng kim loại, tính cơ động và linh động tăng lên. Pin không được dùng nữa sẽ không cần những khoản đầu tư lớn lao cho việc nghiên cứu và phát triển loại pin mới ít độc hơn. Nhu cầu khoáng sản sẽ giảm, tổng số lượng phát thải carbon cũng thế, bởi vì việc chế biến kim loại tất nhiên cần rất nhiều năng lượng. CoroPatch chính là một công nghệ tốt cho sức khỏe của chúng ta, tốt cho việc giảm chi phí y tế và tốt cho trái đất. Khi tính toán lợi nhuận đầu tiên của mình, công ty của Reynolds sẽ dành một phần cho việc bảo tồn nơi cư trú của cá voi. Việc tài trợ cho công tác bảo tồn hệ sinh thái truyền cảm hứng chúng ta để làm cho thế giới ít lệ thuộc vào pin và kim loại hơn và có khả năng sử dụng những nguồn năng lượng hiện có ở địa phương như là một phần của một hệ thống kinh tế - tài chính mới xuất hiện.

PHÂN TÍCH, ĐỐI CHIẾU ĐIỆN TÂM ĐỒ VỚI COROPATCH

DỊCH VỤ

BỆNH VIỆN

TẤM ĐẮP MÀNG MỎNG

Chi phí

ít nhất 750 đôla

tối đa 20 đôla

Điện

điện lưới hay pin

tự cung cấp

Kết nối

dây dẫn điện

không dây

Dữ liệu

ghi đo trong 2 phút

giám sát 24 giờ

Dấu chân carbon

đi xe tới bệnh viện

thực hiện tại chỗ

Môi trường

pin cũ vào bãi rác

100% tái chế được

Phân tích

chỉ riêng bác sĩ khoa tim

chỉ cần bác sĩ tim mạch lúc khẩn cấp

Khai thác dữ liệu

bộ phận hỗ trợ

dữ liệu qua điện thoại di động; giám sát sức khỏe trong thời gian thực

Việc làm

số việc không đổi

cứ 1 triệu tấm đắp tạo ra 20 việc làm

Thu nhập

nhiều hơn

1 tỉ tấm đắp và rất nhiều dịch vụ mới

Công nghệ nói trên tạo ra bao nhiêu việc làm? Mặc dù còn trong giai đoạn phát triển, bức tranh ban đầu đã khá hấp dẫn. Trong khi không một ai trong dịch vụ y tế, từ y tá tới bác sĩ khoa tim mất việc, vô số dữ liệu sẽ được thu thập. Điều ấy rất hấp dẫn đối với lĩnh vực khai thác dữ liệu vốn là một trong những dòng lợi tức lớn nhất của những công ty như Google và Yahoo. Các thống kê chi tiết và các báo cáo dân số học dựa trên kết quả của việc khai thác dữ liệu có thể giúp cho việc nghiên cứu sâu rộng về các vấn đề: thực phẩm, thuốc men và ngay cả lối sống có ảnh hưởng như thế nào đối với sức khỏe. Điều đó sẽ hỗ trợ cho việc đo lường, thiết kế và quản lý trong lĩnh vực trị liệu.

Trong thập kỷ tới, ngành công nghiệp sản xuất tấm đắp màng mỏng mới thành lập có thể tạo thêm 20.000 đến 50.000 việc làm. Các dịch vụ chung quanh ngành ấy có thể tạo ra một số cơ hội việc làm lớn. Có lẽ sẽ xuất hiện một làn sóng hoạt động kinh tế tương tự như trong ngành điện thoại di động. Tuy nhiên, những người đầu tiên nhanh chóng chấp nhận dịch vụ đặc biệt ấy là những vận động viên hàng đầu, chẳng hạn như tay đua xe đạp Vòng quanh nước Pháp, người chinh phục những đỉnh núi hùng vĩ hay người chạy maratông muốn thử giới hạn kiên trì của mình. Thật vậy, có một tương lai xán lạn cho việc loại bỏ những tiêu cực.

MỘT CÁCH LÀM MÁT KHÔNG CẦN ĐIỆN

Trong nhiều thập kỷ qua, những nhà nghiên cứu y học đã thành công lớn trong việc phát triển vắc-xin nhằm loại trừ những bệnh hiểm nghèo. Đáng tiếc là cơ cấu cung cấp vắc-xin không được thành công như thế. Theo ước tính của Tổ chức Y tế Thế giới, chỉ 50% vắc-xin sản xuất và bán ra thị trường thật sự được quản lý tốt. Hơn nữa, vì thiếu thiết bị giữ lạnh ở những điểm ngoại vi của hệ thống quản lý y tế nên chỉ có 50% trẻ em có nguy cơ mắc bệnh được tiếp cận.

Do đó, thách thức chính cho việc cung ứng vắc-xin là việc bảo quản dây chuyền lạnh. Phỏng chừng có 6.000 tủ lạnh dùng năng lượng mặt trời tại những điểm cung cấp thuốc ở các nước phát triển. Chúng được sử dụng để giữ vắc-xin ở một độ lạnh đáng tin cậy. Với giá mỗi tủ lạnh trung bình từ 5.000 đến 7.000 đô la, tổng số tiền đầu tư vượt quá 30 triệu đô la. Mặc dù có thể biện luận rằng năng lượng mặt trời là nguồn cung cấp đáng tin cậy hơn dầu lửa, nhưng có một khả năng lựa chọn khác: cơ cấu cung cấp dựa vào tự nhiên, thay thế việc làm lạnh với nhiên liệu hóa thạch và năng lượng sạch bằng việc không làm lạnh gì cả.

Thông thường, khi nước bốc hơi, tế bào bị khô đi. Màng tế bào vỡ ra, không thể phục hồi lại được. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã nhận dạng và nghiên cứu rất nhiều vi sinh vật cũng như một số loài động, thực vật đơn giản có thể mất hết nước và có vẻ như đã chết, nhưng chúng có khả năng sống sót và phục hồi chức năng sinh học hoàn toàn trong vòng hai tiếng đồng hồ khi tiếp xúc với nước. Hai trong số các loài này – một loài thủy sinh cực nhỏ được biết dưới tên “gấu nước” hay “con vật đi chậm” ( Hypsibius dujardini ), và một loại dương xỉ bò trên mặt đất sống ở châu Phi và châu Mỹ có tên gọi “dương xỉ hồi sinh” ( Polypodim polypodioides ) – là những sinh vật sống sót bằng cách tạo ra dung dịch đường đậm đặc trong mô của chúng. Khi mất nước, những loại đường đặc biệt ấy cứng lại như thể làm bằng kính, bảo vệ tế bào và mô. Một khi có nước trở lại, đường hòa tan, cho phép tế bào tiếp tục hoạt động sinh học bình thường.

Bruce Roser cộng tác với hãng Cambridge Biostability Ldt. của Anh để áp dụng quá trình tự nhiên nói trên vào việc ổn định dược phẩm. Ứng dụng của Roser không những khiến vắc-xin không cần được giữ lạnh nữa, mà còn vượt qua thách thức của việc cung cấp ống tiêm. Thay vào đó là một hệ thống tiêm chủng trọn gói không cần dây chuyền lạnh, nguồn nước địa phương hay một biện pháp xử lý nào khác. Như vậy, việc cung cấp vắc-xin hiệu dụng được cải tiến hoàn toàn với giá thấp hơn nhiều. Tổ chức Y tế Thế giới ước lượng số tiền tiết kiệm hàng năm của các nước đang phát triển có khả năng lên tới 200 triệu đến 300 triệu đô la. Quan trọng hơn nữa là số trẻ em được cứu sống.

Những ứng dụng khác của công nghệ nói trên báo hiệu các siêu thị không cần có gian thực phẩm đông lạnh nữa (có lẽ ngoại trừ tủ kem!). Chỉ cần nghiên cứu cách xóa bỏ sự lệ thuộc vào nhóm chất perfluorocarbon (PFCs), những khí nhà kính hiện đang được sử dụng để làm phân tán vi hạt trong vắc-xin. Chúng ta thường quên đặt câu hỏi tại sao chúng ta lại đông lạnh thực phẩm. Đó là để giữ thực phẩm lâu hơn mà không mất mùi vị hay kết cấu của chúng. Do đó, việc áp dụng công nghệ không cần dây chuyền lạnh có khả năng đạt tới những thị trường có giá trị cao như thức ăn trẻ sơ sinh, thực phẩm đông lạnh hay thực phẩm chức năng. Ngay cả những sản phẩm dễ hư hỏng chế biến từ cà phê, trà, trái cây và thịt cũng có thể được đưa ra thị trường bằng phương pháp đã được thử thách trong trường hợp khó khăn nhất: việc cung cấp vắc-xin có thể sử dụng tốt cho các nước đang phát triển.

Có thể tạo ra bao nhiêu việc làm bằng cách thay thế việc làm lạnh bằng “không làm lạnh”? Trong lĩnh vực dịch vụ y tế, không lãng phí vài trăm triệu đô la để làm lạnh bằng năng lượng đắt tiền có nghĩa là có thể sử dụng rất nhiều triệu đô la vào việc chi tiêu cho những khoản ưu tiên khác. Theo ước tính, số tiền tiết kiệm nói trên có thể dùng để tài trợ cho khoảng 40.000 đến 60.000 việc làm y tế ở các nước đang phát triển, một triển vọng rất đáng hoan nghênh.

Phát thải trực tiếp và gián tiếp từ những hệ thống làm lạnh là nguyên nhân của khoảng 20% tác động của khí nhà kính. Vậy việc bảo quản vắc-xin chỉ là một vấn đề nhỏ. Kỹ thuật của Roser, kết hợp với những công nghệ hiện hữu khác, cho thấy một đổi mới lấy cảm hứng từ gấu biển và dương xỉ hồi sinh có thể đạt nhiều kết quả hơn là đưa vắc-xin đến những trẻ em cần nó nhất. Điều ấy giúp giảm thải carbon trên suốt lộ trình. Chúng ta có thể được thôi thúc bởi những lợi ích ấy.

(BẠN ĐÃ NGHE CHƯA?) TIẾNG VANG VỀ NHÓM CHẤT FURANON

Sinh vật đầu tiên trên trái đất là vi khuẩn. Sự quang hợp bởi vi khuẩn đã có cách đây ít nhất 2,8 tỉ năm, rất lâu trước khi các loài thực vật xuất hiện. Nhiều nhà khoa học gọi các vi sinh vật đơn bào ấy là “ monera ”, còn chúng ta thường gọi chúng là “vi khuẩn”, “vi trùng” hay “mầm bệnh”. Vi khuẩn ở khắp mọi nơi, và gần như mọi vật chúng ta biết đều có nguồn gốc từ vi khuẩn. Mắt, mũi, tai và thụ thể vị giác của chúng ta đều có mối liên quan với loài đầu tiên của tạo hóa. Trong khi chúng ta hay nghĩ rằng tổ tiên của mình là khỉ, thì thật sự ra, chúng ta là cháu bao đời của vi khuẩn! Chúng ta biết là không thể tiêu hóa nếu không có chúng, nên càng lạ lùng hơn nữa khi chúng ta muốn tận diệt mọi vi khuẩn.

Kể từ khi kính hiển vi cho phép chúng ta quan sát sinh vật đơn bào không nhân ấy, từ khi khoa học và ngành công nghiệp thuyết phục chúng ta về “ý đồ đen tối” của chúng, chúng ta đã cố gắng hủy diệt chúng. Nếu chúng ta quyết tâm giết chúng như thế, bằng cách sử dụng những loại hóa chất và thuốc trụ sinh (có nguồn gốc từ cấu trúc sinh học của nấm) mạnh nhất, thì chúng ta sẽ... tự giết mình.

Chúng ta “tẩy sạch” buồng tắm và nhà bếp bằng hóa chất bất lợi cho sự sống. Giả sử mỗi ngày chúng ta đánh răng hai lần, có lẽ vẫn còn nhiều vi khuẩn trong miệng chúng ta hơn số người sống trên trái đất. Nỗi bận tâm của chúng ta với việc diệt trừ vi khuẩn chắc chắn sẽ thất bại. Loài Monera là hình thức sống cơ bản và có mặt khắp mọi nơi, thậm chí chiếm gần 10% trọng lượng của chúng ta.

Chắc chắn chúng ta sẽ thất bại với việc sử dụng quá nhiều các chất diệt khuẩn. Không những một số lớn các hóa chất ấy có liên quan tới tỉ lệ ung thư cao cũng như một loạt tác động phụ có hại cho sức khỏe và gây rối loạn sinh lý, ý muốn loại trừ các vi sinh vật ấy thật ra chỉ kích thích chúng mau có những đột biến hơn. Vi khuẩn có thể thay đổi gien bất cứ lúc nào vì chúng không có nhân mà cũng chẳng có ADN [1] . Việc tàn sát bằng hóa chất đã đẩy những sinh vật cực nhỏ nhưng mạnh mẽ ấy vào con đường biến chuyển thành siêu vi khuẩn. Thường xuyên bị stress vì phải đương đầu với những hóa chất diệt khuẩn và phải hoạt động không có sự hỗ trợ của các vi khuẩn có ích cũng bị giết bởi chính những hóa chất ấy, hệ thống miễn dịch của chúng ta không thể nào phản ứng kịp. Bị hóa chất tấn công trong khi hệ thống phòng thủ tự nhiên bị suy yếu nên cơ thể chúng ta kiệt quệ, mất khả năng đối phó hiệu quả.

Bởi vì tiêu diệt vi khuẩn thật ra là tự sát, chúng ta nên quan sát hình thức sống thứ hai trên trái đất – loài vi tảo hay protoctista , tổ tiên của rong biển – đã thích ứng với vi khuẩn như thế nào. Vì lẽ đại dương là nơi xuất hiện sự sống, là nồi xúp của vi khuẩn theo nghĩa đen của từ này, việc giết vi khuẩn không phải là khôn ngoan đối với loài vi tảo đến sau. Nếu như loài protoctista phát triển một thuốc độc đủ mạnh để giết hết vi khuẩn, nó sẽ hủy diệt mọi sự sống, kể cả chính bản thân nó.

Khi rong biển bắt đầu sinh sống ở các đại dương, chúng nhận thấy ngay mặt nước đã bị vi khuẩn thống trị. Vi khuẩn dần dần tạo ra một màng sinh học giống hệt như những màng mỏng lót bên trong hệ tiêu hóa hay phủ lớp da đầu và mặt trên lưỡi của chúng ta. Nếu “thuộc địa” không còn kiểm soát được nữa và vi khuẩn cảm thấy mình đông đủ, chúng có thể quyết định chiếm lấy vật chủ.

Vậy rong biển làm thế nào để có khả năng cạnh tranh và vượt qua thách thức đối với sự tồn tại của chúng? Để sống sót, loài mới đến ấy cần phải khống chế môi trường chung quanh. Loài tảo đỏ Delicea pulchra được tìm thấy giữa đảo Tasmania (Úc) và Nhật Bản, hoàn thiện một cách làm tắc nghẽn thông tin giữa các vi khuẩn. Thay vì tiệt trừ vi khuẩn (nhưng sẽ không hiệu quả) và gây hại cho tương lai lâu dài của chính mình, Delicea pulchra chỉ học cách làm cho vi khuẩn “điếc” một thời gian. Nó tạo ra một phân tử nhỏ mang tên “furanon”. Phân tử này chiếm giữ thụ thể của vi khuẩn, khiến nó không thể “nghe” một vi khuẩn cùng loại khác.

Đó là một giải pháp cực kỳ hiệu quả. Vi khuẩn dùng những chất hóa học để thông tin với nhau. Nếu chúng không nhận được những phân tử đặc thù của nhau vì các thụ thể cần cho việc đó đã bị bịt kín – bởi phân tử furanon của rong biển, chúng không biết những thành viên gia đình khác đang ở đâu. Trong tình trạng ấy, vi khuẩn khó tạo ra một màng sinh học áp đảo. Hơn nữa, những màng sinh học hiện có sẽ tan rã vì vi khuẩn không thể liên lạc với nhau để phối hợp hành động. Và nếu không có màng sinh học thì sẽ không có hiểm họa nhiễm trùng.

Nhà khoa học Peter Steinberg và đồng nghiệp của ông, Staff Kjelleberg, đã thực hiện nghiên cứu mang tính khai phá về loài Delicea pulchra tại trường Đại học New South Wales ở thành phố Sydney (Úc). Họ nhanh chóng hiểu rõ giá trị khám phá của họ: thay vì gây đột biến gien cho vi khuẩn khiến chúng trở thành siêu vi khuẩn, con người có thể kiểm soát chúng theo cách thức của rong biển! Các ứng dụng tiềm năng mà họ dự kiến cho phép họ có nhiều lựa chọn chỗ bắt đầu thực hiện.

Tuy nhiên, những rào cản của ngành công nghiệp thật đáng sợ. Vì đó là những ứng dụng nhằm ngăn ngừa vi khuẩn lan rộng, nên nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: xây dựng nhà tư nhân, cao ốc thương mại, vận chuyển, nông nghiệp, sản xuất hàng tiêu dùng, thiết bị y tế và dược phẩm đều có thể hưởng lợi. Nhưng một chất tự nhiên làm vi khuẩn điếc và ngăn cản sự sinh sôi nảy nở của chúng lại đe dọa con gà đẻ trứng vàng của các đại công ty dược: thuốc trụ sinh dường như được kê đơn một cách tùy tiện cho hầu hết các trường hợp khó khăn về sức khỏe. Hơn thế nữa, các thủ tục đầu tư và xét đơn xin hỗ trợ thường nhiêu khê đến nỗi phải cần nhiều năm, thậm chí nhiều thập kỷ mới đưa một đổi mới y tế ra thị trường được. Nếu thủ tục phê chuẩn của chính phủ không dai dẳng và phức tạp như thế thì có lẽ bây giờ nhóm chất furanon đã thay thế thuốc trụ sinh và chất diệt khuẩn.

Trong khi đó, đã có thể thấy rõ những lĩnh vực ít chịu gánh nặng của quá trình phê chuẩn. Hàng tiêu dùng cũng như những ứng dụng công nghiệp và nông nghiệp cho thấy tiềm năng lớn lao của công nghệ nền tảng quan trọng ấy. Hãy xem xét các chất khử mùi cơ thể, hiện chúng được sản xuất với những chất phụ gia đáng ngờ về mặt an toàn, kể cả titan và kẽm. Mùi cơ thể được gây ra bởi vi khuẩn sống bằng mồ hôi. Một chất khử mùi dựa vào furanon sẽ làm giảm số vi khuẩn và do đó giảm bớt mùi hôi.

Rồi tới việc đánh răng, một hoạt động theo lệ thường của chúng ta. Số vi khuẩn trong miệng chúng ta thật là ấn tượng. Trong khi một số vi khuẩn góp phần vào quá trình tiêu hóa và khả năng vị giác của chúng ta, một số khác sống bằng cặn bã thức ăn trong miệng gây ra chứng hôi miệng và sâu răng. Nếu có chất furanon, màng sinh học chứa vi khuẩn không thể thành hình được. Như vậy, nước súc miệng chứa một ít chất ấy sẽ có tác dụng chống hôi miệng.

Nông nghiệp cũng bị ảnh hưởng bởi những màng sinh học như thế. Có thể bảo vệ hạt giống khỏi bị nhiễm vi khuẩn bằng cách ngâm chúng vào một dung dịch furanon. Hoa cắm bình hay thối rữa vì bị vi khuẩn tấn công sẽ tươi lâu hơn nếu được giữ trong nước pha furanon.

Những hệ thống sưởi và làm mát các tòa nhà có nguy cơ hình thành màng sinh học, kể cả màng bám dính vi khuẩn legionalla rất đáng lo ngại. Loài vi khuẩn này rất khó loại trừ vì nó sống trong một vật chủ. Liều lượng cần thiết để giết vật chủ khiến người sống trong tòa nhà bị phơi nhiễm quá nhiều hóa chất. Một khả năng khác là lắp đặt máy lọc và thay thế bộ lọc thường xuyên, một việc sẽ làm tăng chi phí vận hành và thời gian ngừng chạy máy. Trong tất cả các ứng dụng nói trên, furanon là một chất thay thế đáng kể cho những hóa chất độc hại được dùng rộng rãi hiện nay.

Năm 2006, báo chí đã chạy tít lớn về British Petroleum vì đường ống dẫn dầu của công ty này bị rò rỉ. Ít ai biết tình trạng rỉ sét thường ảnh hưởng tới đường ống dẫn dầu khí hay ống nước là do vi khuẩn gây ra. Cứ mỗi hai tuần, cả hệ thống đường ống phải ngừng hoạt động và được súc sạch với hóa chất chứa axit để phá hủy màng vi khuẩn tích tụ bên trong. Từ khi người ta biết ngay cả biện pháp ấy cũng không đủ sức loại bỏ tất cả các vi sinh vật ăn mòn, một máy làm sạch đường ống được sử dụng để cạo sạch lớp tích tụ vi khuẩn. Có thể xử lý vấn đề một cách đơn giản và an toàn hơn nếu như rót furanon vào hệ thống ống dẫn.

Việc sản xuất nước ngọt từ nước biển bằng công nghệ thẩm thấu nghịch cũng chịu tác động có hại của màng sinh học tích tụ trong bộ lọc. Điều này làm giảm hơn 50% công suất của nó. Ngày nay, cũng giống như trường hợp đường ống dẫn dầu khí, người ta phải ngưng vận hành cả hệ thống lọc nước để diệt vi khuẩn bằng clo. Điều bất lợi là việc sử dụng quá nhiều clo làm phân hủy màng thẩm thấu, giảm tuổi thọ của hệ thống và tăng thêm chi phí.

VÀI CÁCH SỬ DỤNG TIỀM NĂNG NHÓM CHẤT FURANON

Nhà ở, cao ốc

điều hòa không khí, cung cấp nước

Nông nghiệp

nuôi cá, bảo quản thực phẩm

Công nghiệp

chế biến thực phẩm, vi điện tử

Vận tải

dầu khí

Dược phẩm

xơ hóa bàng quang, bệnh lao

Thiết bị y tế

ống thông nước tiểu, ống tiêm

Hàng tiêu dùng

chất khử mùi thân thể, vệ sinh răng miệng, chăm sóc da

Vài ứng dụng trên đây chỉ là một phần nhỏ các khả năng thôi. Thật ra, tương lai của việc sử dụng furanon – điều hấp dẫn chính đối với Peter Steinberg – là ứng dụng sự hiểu biết sâu sắc của ông vào các thiết bị y dược. Xơ hóa bàng quang và bệnh lao là hai bệnh gây ra bởi màng sinh học; ở những bệnh này, một ổ vi khuẩn khống chế vật chủ dần dần, đều đặn rồi cuối cùng gây tử vong cho vật chủ. Một khi màng vi khuẩn đã hình thành, thuốc trụ sinh rất ít hiệu quả. Nhiều khi cần phải tăng liều lượng lên tới một ngàn lần. Hãy hình dung một chất nhân tạo tương tự tác động theo cách thức của rong biển. Khi vi khuẩn bị nhóm chất furanon làm cho trở nên điếc, chúng sẽ phân tán và tan rã vì cảm thấy không còn đủ số thành viên tối thiểu nữa. Sau cùng, siêu cấu trúc (màng) không còn tác dụng nữa và các vi khuẩn riêng lẽ dễ dàng bị tiêu diệt bởi quá trình bảo dưỡng tự nhiên của cơ thể.

Sự hiểu biết về cách thức hoạt động của nhóm chất furanon – không giết sạch nhưng chỉ làm suy yếu chức năng của vi khuẩn có hại – dẫn đến một nhận thức mới về khả năng cải thiện sức khỏe và chữa bệnh không kích thích sự hình thành của những siêu vi khuẩn vốn coi thường hệ thống miễn dịch của chúng ta. Nếu như các ứng dụng y tế của Steinberg vào được thị trường – có lẽ nhờ công ty Venture, chủ nhân mới của những bằng sáng chế trước đây thuộc công ty Biosignal – điều đó sẽ đặt nền tảng cho hàng trăm ứng dụng khác nhau. Lập luận đã rõ ràng, thành quả có thể chứng minh được, sản phẩm có sức cạnh tranh vì nồng độ hiệu quả của nhóm chất furanon xem ra chỉ là vài chục phần tỉ.

Nếu dự đoán tiềm năng việc làm trên cơ sở kinh nghiệm, chúng ta phải xét đến việc nhóm chất furanon sẽ thay thế những hóa chất được sản xuất với số lượng lớn và đã chứng tỏ là nguy cơ nghề nghiệp và sức khỏe. Do đó, số việc làm trong lĩnh vực sản xuất sẽ không thay đổi. Hiệu quả nguyên liệu có thể tăng thêm khoảng 20 - 25%; ví dụ như màng thẩm thấu nghịch và đường ống dẫn sẽ hoạt động lâu hơn, hiệu quả hơn và với chi phí bảo quản thấp hơn. Tuy nhiên, chúng ta có thể tạo ra rất nhiều việc làm nhờ vận dụng khả năng đánh bại vi khuẩn của một số loài thường hoạt động một cách âm thầm.

LOÀI DÒI PHI THƯỜNG

Sự lan truyền của AIDS, sốt rét và những rối loạn do thiếu i-ốt ở khắp châu Phi đã thu hút sự chú ý của các chuyên gia y tế phương Tây. Một số quỹ từ thiện Hoa Kỳ tài trợ mạnh mẽ cho công việc tìm kiếm giải pháp. Tuy nhiên, thực tế có nhiều người châu Phi phải chịu tác động của tình trạng thiếu dịch vụ cơ bản trong lĩnh vực chữa trị vết thương hơn là những bệnh gây suy nhược nói trên. Vết thương không được điều trị tốt sẽ dẫn đến sự nhiễm trùng, hoại thư và cưa cắt bằng phẫu thuật, những điều báo trước tình trạng phải sống ngoài lề xã hội và giảm tuổi thọ trung bình. Nếu như dịch vụ điều trị cơ bản được tiếp cận rộng rãi hơn, nhất là ở những làng quê, thì có thể tránh được các vấn đề lớn tiếp theo. Dù nghe có vẻ lạ tai, một kỹ thuật chữa trị vết thương xem chừng như vô lý (nhưng hiệu quả) bắt nguồn từ sự hiểu biết cách thức giữ gìn vệ sinh của loài dòi.

Trong tự nhiên, khi một con thú chết và bắt đầu phân hủy, ruồi bu lại cả bầy. Chúng nó ăn thỏa thích rồi đẻ trứng. Dòi nhanh chóng xuất hiện, tiêu thụ thịt đã thối rữa. Mất hết thịt, vi khuẩn không còn cơ hội sinh sôi nảy nở nữa. Còn dòi thì hoặc trở thành ruồi hoặc bị ăn ngốn ngấu bởi chim, cá hay những loài có bộ máy tiêu hóa chứa nhiều axit cần cho việc hấp thụ mau lẹ 80% lượng protein của dòi.

Phương pháp sử dụng dòi vào việc xử lý vết thương một cách nhẹ nhàng được chứng minh đầy đủ bằng tư liệu lịch sử. Các thầy thuốc trong nền văn hóa cổ Maya và ở những bộ lạc thổ dân châu Úc thường xuyên dùng dòi để chữa trị vết thương. Bác sĩ trưởng của hoàng đế Napoleon, nam tước Dominique Larrey, đã báo cáo về việc sử dụng dòi để chữa trị vết thương trong chiến dịch của Pháp ở Ai Cập vào năm 1799. Chắc hẳn điều kiện vệ sinh trong các chiến dịch quân sự còn nhiều điểm không đáng hài lòng. Nhưng dòi đã là một liệu pháp quan trọng và hiệu quả ở chiến trường. Việc sử dụng rộng rãi con dòi để chữa trị vết thương trước Thế chiến thứ hai đã giảm bớt sau khi Alexander Fleming khám phá penixilin vào năm 1928.

Mới đây hơn, với việc thừa nhận những hiểm họa từ vi khuẩn kháng thuốc trụ sinh, nhiều bác sĩ đã tìm cách áp dụng trở lại phương pháp chữa trị vết thương bằng dòi. Phương pháp ấy được hơn 4.000 bác sĩ chuyên khoa ở 20 nước trên thế giới sử dụng. GS.TS Stefen Britland thuộc Đại học Leeds (Anh) mở đầu việc nghiên cứu về khả năng chữa lành vết thương của dòi. Công ty Advanced Gel Technologies của ông dự tính sẽ bổ sung các sản phẩm được phát triển bởi công ty hữu hạn ZooBiotic, công ty này có trụ sở ở Wales (Anh), khởi đầu là một nhà cung cấp dịch vụ chính phủ và hiện nay là công ty lớn nhất thế giới chuyên cung cấp dòi sống để chữa trị vết thương. Nghiên cứu của Britland cho thấy dòi không chỉ làm sạch vết thương. Chúng còn tạo ra những enzim kích thích tế bào tăng trưởng bằng cách phát ra những luồng điện nhẹ. Đối với loài dòi, cả những vi khuẩn có sức đề kháng đối với thuốc trụ sinh cũng không khác gì những kẻ cạnh tranh thực phẩm. Hãy để dòi làm việc nó có thể làm tốt nhất, thì nó sẽ hoàn thành việc ấy một cách xuất sắc.

Tuy nhiên, bệnh viện hiện đại đòi hỏi những điều kiện vô trùng, nhưng thông thường dòi lại không được liên hệ với vệ sinh vô trùng (mặc dù người ta cũng thường nghĩ thế về môi trường bệnh viện hiện đại). Một trong những đổi mới của Britland là một cách thức chiết lấy những hoạt chất chữa vết thương từ dòi, không cần dùng chúng trực tiếp. Phương pháp ấy khá đơn giản và không khác gì lắm với việc xảy ra khi chúng ta nuốt vài ngụm nước mặn trong lúc bơi ngoài biển – chúng ta nôn mửa. Dòi được thu nhặt rồi ngâm trong nước muối để làm nó ói ra. Phương pháp này vừa mau lẹ, vừa rẻ, lại dễ dàng. Như công ty ZooBiotic giới thiệu, nó cho phép chữa lành vết thương mà chỉ sử dụng chất nôn mửa giàu enzim, không phải có cảm giác khó chịu khi thấy cảnh tượng dòi ăn mô hoại tử đầy vi khuẩn.

Liệu pháp dùng dòi thuận lợi hơn, nếu so sánh với cách điều trị trong chân không đòi hỏi phải cách ly chỗ loét chân trong một môi trường áp suất thấp để tế bào dễ dàng tăng trưởng. Việc dùng dòi chữa vết thương loại bỏ yêu cầu sử dụng thuốc trụ sinh vì một khi dòi đã ăn hết mô chết, vi khuẩn không sản sinh được nữa. Như vậy, tính kháng thuốc trụ sinh không còn là một nhân tố đáng quan tâm. Kết quả thử nghiệm lâm sàng cho thấy cách điều trị bằng dòi có hiệu quả ngang hàng với chế độ điều trị bằng thuốc trụ sinh mạnh nhất, điều đó tự nó đã là một phần thưởng đáng kể.

Ngoại trừ lợi ích chính của việc chữa trị ít nguy cơ nhiễm trùng, một ưu điểm lớn khác là những khoản tiết kiệm chi phí bệnh viện cho người bệnh tuy không nặng nhưng cần được điều dưỡng để tránh nhiễm trùng. Điều ấy đặc biệt quan trọng trong trường hợp bệnh nhân tiểu đường có những vết bỏng hay chỗ loét. Ê kíp của Britland nhận được tài trợ từ chính phủ Anh để phát triển và thương mại hóa phương pháp điều trị ấy, đó là nhờ các báo cáo y tế cho thấy rõ ràng những khoản tiết kiệm cực kỳ lớn trong việc chữa trị vết thương. Tiết kiệm nhờ giảm thời gian trung bình ở bệnh viện từ 72 xuống còn 14 ngày. Trước đây, thời gian nằm viện kéo dài vì những vết loét chân không chữa được buộc phải cưa chân. Trong phương pháp mới, khoản chi lớn nhất dùng cho việc nuôi dòi, vì chúng ở vị trí khá cao trong chuỗi thức ăn và phải ăn thịt. May mắn thay, chúng không kén ăn và không chê bất cứ phần xác thú vật nào hay những mảnh thịt vứt bỏ từ lò sát sinh.

Trong bối cảnh những thách thức về y tế của châu Phi, liệu pháp dùng dòi có thể góp phần quan trọng vào việc chữa trị vết thương. Tình trạng thiếu điều trị gây ra nhiều vấn đề sức khỏe lớn lao. Khi vết thương không được xử lý, những chỗ loét vẫn còn. Tổ chức Y tế Thế giới ước đoán số trường hợp tử vong ở châu Phi vì thiếu chăm sóc vết thương cũng nhiều như bệnh sốt rét. Có vẻ như vấn đề này dễ giải quyết. Tuy nhiên, chi phí cung cấp các sản phẩm cần thiết đến những vùng xa xôi rất cao nên không hiệu quả. Một mô hình sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, cung cấp sản phẩm, tạo ra dòng tiền và việc làm có thể được xây dựng tại chỗ một cách dễ dàng. Thật vậy, hệ thống mà Trung tâm Songhai ở Benin đã áp dụng thành công (được giới thiệu ở chương hai) cho thấy điều ấy được thực hiện như thế nào. Việc điều trị vết thương bằng dòi đã trở thành một sáng kiến quan trọng về y tế, đồng thời tạo ra rất nhiều việc làm mà không cần nhập vật liệu và trang thiết bị từ bên ngoài.

Nước Benin ở Tây Phi trước kia là một thuộc địa nhỏ của Pháp giáp biên giới với Nigieria. Là một phần của vương quốc Songhai trải dài qua Benin và Nigieria trước khi Anh Pháp áp đặt những đường biên chia cắt văn hóa và truyền thống của các dân tộc sống nơi đó, Benin có một lịch sử rất phong phú. Năm 1987, cha Godfrey Nzamujo, sinh quán ở Nigieria, đảm nhận một kế hoạch đầy tham vọng nhằm tạo ra một hoạt động chăn nuôi trồng trọt tổng hợp đem lại an ninh lương thực cho người dân trong khu vực. Ở phần trên, chúng tôi đã mô tả cách thức cha khởi động Trung tâm Songhai tại thành phố Porto Novo của nước Benin. Như mọi chương trình nông nghiệp bao gồm công việc chăn nuôi và một lò sát sinh, việc giữ gìn vệ sinh ở mức độ cao là một thách thức chính. Phải làm gì với đồ lòng và những phần xác thú không thể chế biến thành thịt thực phẩm hay xúc xích? Khi bệnh bò điên hoành hành ở châu Âu trong thập kỷ trước, người ta cho đó là vì chất thải thú vật được dùng làm đồ ăn cho bò. Các lò mổ ở châu Âu bị buộc phải thiêu hủy tất cả các chất thải ở đó. Cha Nzamujo đề ra một phương pháp khác: cho ruồi ăn chất thải, như trong tự nhiên − nhưng dưới sự kiểm soát của người.

Chiến lược của cha Nzamujo là thí dụ điển hình về nguyên tắc canh tác của người Trung Hoa: nếu loài gây hại đến, bạn hãy cho nó cái gì nó thật sự thích. Hãy dành một mảnh đất trồng loại cây nó ưa thích, thì loài gây hại sẽ để yên vụ mùa của bạn. Đối với loài ruồi lúc nào cũng gây khó chịu trong một dự án chế biến thực phẩm cũng thế. Giết ruồi bằng hóa chất cũng giống như giết vi khuẩn; việc ấy không hiệu quả lắm. Chức năng sinh thái của chúng bảo đảm sự hiện diện đông đảo khi có nguồn thức ăn dồi dào.

Cha Nzamujo đã dành một địa điểm cách biệt trên khu đất của Trung tâm Songhai để chứa đồ thải bỏ từ lò sát sinh trong những thùng nhỏ vuông vức; những thùng này được phủ lưới nhằm ngăn kền kền tới dự tiệc. Ruồi vào ăn rồi đẻ trứng; trứng nở thành dòi. Dòi lớn lên, được người ta thu hoạch bằng cách đổ nước vào các thùng chứa, dòi phải nổi lên mặt nước để thở. Mỗi ngày người ta có thể vớt dòi một cách dễ dàng để cho chim cút ăn. Cút phát triển tốt và trứng của chúng được xuất khẩu sang Pháp, nơi trứng cút là một món ăn ngon rất được ưa chuộng. Một phần dòi được dùng để nuôi cá, rồi người ta đánh cá để tiêu thụ ở địa phương; những phần thừa thì dùng làm phân compost góp phần cải tạo đất, bón cây lương thực không hóa chất. Trung tâm Songhai sản xuất thực phẩm hữu cơ. Theo lời cha Nzamujo, “việc ấy dễ làm ở châu Phi, vì khó có được phân bón và thuốc bảo vệ thực vật, mà dù có được, chúng cũng quá đắt đỏ.”

Dùng dòi để nuôi cá và chim cút đem lại lợi tức xứng đáng trên nhiều phương diện. Tuy nhiên, những enzim mà dòi nôn mửa có thể được thu hoạch dễ dàng và dùng làm thuốc chữa vết thương, chúng tạo ra giá trị gấp nhiều lần toàn thể hệ thống. Không cần đến một nhà toán học để tính toán số việc làm và các khoản thu nhập. Nếu xét rằng châu Phi nhập khẩu phần lớn vật tư y tế cho việc chăm sóc vết thương thì khả năng sử dụng một nguồn ở địa phương sẽ đem lại những khoản tiết kiệm to lớn. Ở Trung tâm Songhai, mặc dù mỗi tháng không thu hoạch được tới 60 cân Anh enzim, nhưng mô hình của họ hứa hẹn sẽ là một khả năng chính để giảm nhu cầu nhập khẩu vật liệu điều trị vết thương của châu Phi, cũng như sẽ đưa ứng dụng lý tưởng và ít tốn kém ấy tới đông đảo người cần được chữa trị khẩn cấp.

Ở châu Phi, có khoảng 15.000 lò sát sinh. Thêm vào đó, nhiều thú vật bị mổ thịt ở những làng nhỏ. Ước chừng có 200.000 làng chế biến thịt tại địa phương. Nếu như ngoài hoạt động chính ra, mỗi lò mổ ở châu Phi còn lập trại nuôi dòi, cá và gia cầm (gà, gà tây, chim cút), thì sẽ tạo được khoảng 300.000 đến 500.000 việc làm mới trong việc sản xuất và cung cấp dòi để làm thức ăn gia súc giàu protein và cải thiện dịch vụ y tế. Không tốn thêm chi phí cho nguyên liệu và chỉ sử dụng những gì hiện đang là chất thải. Như vậy, còn tiết kiệm được năng lượng và công sức để vứt bỏ chất thải ra bãi rác. Điều ấy cũng loại trừ những rủi ro sức khỏe liên quan tới việc xử lý chất thải lò mổ. Thu hoạch enzim từ con dòi ở quy mô ấy cũng đủ để xuất khẩu. Việc sử dụng rộng rãi như thế sẽ đem lại những khoản tiết kiệm chưa từng có trong ngành y tế và lợi ích lớn lao cho những người cần được chăm sóc vết thương; họ sẽ sớm hồi phục sức khỏe và khả năng đi lại một cách nhanh chóng và chắc chắn.

Biểu đồ 9. Mô hình Songhai

TIÊM KHÔNG ĐAU

Nếu loài dòi truyền một ít cảm hứng cho bạn và có lẽ cũng nhận được phần nào lòng kính trọng của bạn, chúng ta hãy tiếp tục với muỗi, một loài vật khác có tên trong đa số các danh sách vòng trong những loài gây hại. Đối với nhiều người, vết muỗi cắn chỉ gây ngứa ngáy khó chịu hay chỉ là một sự quấy rầy, hay cũng có thể là một lần xoa bóp điểm. Nhưng đối với Tetsuya Oyauchi thuộc công ty Terumo, một tổ chức kinh doanh dụng cụ y tế lớn Nhật Bản, và Masayuki Okano, chủ tịch một công ty ép kim loại, đối với hai ông ấy, vết cắn không đau của muỗi là một điều hoàn hảo khêu gợi trí tò mò của họ. Okano tự hỏi: “Tại sao mũi tiêm của chúng ta làm đau như thế, trong khi muỗi hoàn toàn có khả năng hút máu mà không gây đau đớn gì cả?”

Đa số người ghét tiêm thuốc vì đau. Một số bệnh nhân còn sợ nữa. Khi các kỹ sư và nhà nghiên cứu của Tesumo biết cái gì cho phép muỗi hút chất dinh dưỡng từ vật chủ mà không gây đau đớn và cái gì làm người ta đau khi bị tiêm, họ kinh ngạc vì tính đơn giản cơ học của vấn đề. Cái vòi muỗi nhỏ hơn cây kim tiêm và càng xa về phía trên càng rộng hơn. Hồi trước, người ta nghĩ rằng đường kính của cây kim phải luôn luôn bằng nhau, không thay đổi. Người ta cho là sẽ khó truyền dung dịch thuốc hơn nếu nó có đường kính nhỏ hơn một giới hạn quy định. Nhưng chính cái dạng hình trụ của cây kim đã gây đau đớn.

Ở Nhật Bản, Okano-san nổi tiếng dưới danh hiệu “nhà ảo thuật làm đồ kim loại”. Bắt đầu với một tấm thép không rỉ cực mỏng, Okano cuộn nó thành một ống rất nhỏ có hình chóp nón thuôn dài rồi hàn đường mép lại cho kín. Oyauchi dùng bí quyết kỹ thuật trong phạm vi y tế của mình để cải tiến và phát triển cái mà ông gọi là “kim tiêm Nanopass 33”. Đường kính mũi kim này chỉ có 0,2 milimét, 20% nhỏ hơn ở những cây kim trước đây. Quấn tấm kim loại thành một hình chóp nón với một đường viền đặc thù khiến mũi kim trở nên hết sức tinh vi. Cây kim dần dần trở nên rộng hơn, y hệt hình dạng cái vòi con muỗi. Vấn đề đã được giải quyết.

Đơn đăng ký sáng chế của Terumo về một “kim tiêm và dụng cụ truyền chất lỏng” được chấp nhận năm 2004. Ngày nay, kim tiêm dưới da của Terumo là tiêu chuẩn cho nhu cầu hàng ngày của người mắc bệnh tiểu đường. Chỉ riêng ở Nhật đã có chừng 600.000 bệnh nhân tiểu đường cần tiêm insulin hàng ngày. Gần tám phần trăm dân số nước Mỹ, tức là khoảng 23,6 triệu người, phải khổ sở vì bệnh đái tháo đường. Vì thế, kim tiêm của Terumo đáp ứng nhu cầu của một nhóm người bệnh đông đảo và biết ơn. Vì nó cần ít kim loại hơn kim tiêm bình thường, nên việc dùng nó cũng có lợi về mặt hiệu quả nguyên liệu.

Kim tiêm Nanopass 33 được giải thưởng Grand Good Design Award của Hội nghị Thúc đẩy Thiết kế Công nghiệp Nhật Bản năm 2005. Khi nhận giải thưởng, Okano phát biểu như sau: “Thật là vui khi làm cái gì không có trên thế giới và hoàn thành điều mà người khác nghĩ là không thể làm được.” Giống như trường hợp của tơ, đây là một thí dụ về việc hình học vay mượn của tự nhiên giúp tạo hình những sản phẩm đáp ứng nhu cầu của chúng ta. Tuy không thể khẳng định rằng kim tiêm của Terumo đã tạo ra việc làm, nhưng nó làm giảm đáng kể sự đau đớn của những bệnh nhân cần tiêm thuốc. Điều này khiến nó vượt xa nhiều công nghệ “phá vỡ” mà chúng ta chấp nhận một cách thiếu thận trọng.

LỰC DẪN ĐỘNG KHÔNG CẦN GAS

Trong tự nhiên, các hệ sinh thái ưu tiên sử dụng những lực vật lý, không cầu viện tới hóa học. Một lần nữa, giá trị của điều ấy được chứng minh bởi một ứng dụng tiềm năng có tầm quan trọng đáng kể: khí dẫn động hay khí đẩy. Nhà nghiên cứu Mario Molina thuộc Đại học California, người cùng với Sherwood Rowland nhận giải Nobel cho công trình độc đáo của họ, đã xác định khí dẫn động là nguyên nhân của sự suy giảm tầng ozon nghiêm trọng mà ngày nay chúng ta phải chịu hậu quả. Công trình của họ (công bố lần đầu năm 1974) đã dẫn đến việc cấm khí chlorfluorcarbon (CFC) có tiếng xấu và những chất dẫn xuất của nó trong Nghị định thư Montreal. Mặc dù ngành công nghiệp chào bán vài biến thể của khí đẩy, việc sử dụng chúng là một thí dụ cho thấy việc gây hại ít hơn vẫn còn là rất có hại.

Khí dẫn động thông thường được dùng trong những ứng dụng tiêu dùng bao gồm máy phun sương (để định liều lượng thuốc chống dị ứng hay chất diệt khuẩn) và những sản phẩm tẩy sạch hay xịt tóc. Công nghệ phun sương cho phép điều chỉnh độ lớn của giọt chất lỏng, nhiệt độ và tốc độ một cách chính xác. Vì vậy, nó cũng có những ứng dụng khác như trong hệ thống phun nhiên liệu của động cơ ô tô. Mới đây hơn, trong vài trường hợp như thuốc xịt tóc, máy phun sương được thay thế bằng bình phun khí dung dưới áp suất cao. Đó lại là một thí dụ tốt cho thấy ngành hóa đã tìm thấy một giải pháp theo đúng hướng nhưng lại thất bại trong việc loại trừ những tác động phụ không chủ ý do hít phải hóa chất. (Chúng tôi cũng xin lưu ý là người bị bệnh lao hay xơ hóa bàng quang có thể phá hủy màng sinh học do một loài vi khuẩn có hại tạo ra, nếu hít không khí pha lẫn chất furanon.)

Mặc dù nhà triết học Pháp Voltaire đã có lần tuyên bố: “Cái hoàn hảo không nên gây trở ngại cho cái tốt” , đã đến lúc cần nhận ra sự khác biệt cơ bản giữa cái tốt và cái “ít xấu hơn”. Sự tìm kiếm một giải pháp hoàn hảo không nên ngăn cản bất cứ người nào thực hiện một giải pháp tốt, nhưng việc tìm cách loại trừ nguy cơ vẫn nên giữ vị trí ưu tiên trong chương trình nghị sự. Trong trường hợp khí dẫn động, việc loại trừ nguy cơ trở thành một thực tế với sự hỗ trợ của bọ pháo thủ. Nó có một khả năng có thể giúp cải tiến việc phun thuốc trị bệnh đường hô hấp dưới dạng sol khí, nâng cao hiệu quả nhiên liệu xe ô tô, giảm phát thải từ hệ thống phun nhiên liệu, thậm chí giảm nguy cơ nổ ở hầm mỏ.

Trong tự nhiên, có nhiều việc liên quan với đồ ăn và bản năng tự vệ, hay với dã thú và con mồi. Bọ pháo thủ (Brachinus carabidae) là một loài sống sót hiếm có của quá trình tiến hóa. Loài côn trùng nhỏ đáng kinh ngạc này có khả năng phun một chất lỏng nóng 100ºC (212ºF) làm đau nhói và gây khó chịu trong một khoảng cách gấp mười lần chiều dài của nó. Điều ấy đã lôi cuốn sự chú ý của Andy McIntosh, giáo sư động nhiệt học và lý thuyết về sự đốt cháy ở Đại học Leeds, khi được nhà côn trùng học Tom Eisner thuộc Đại học Cornell giới thiệu khả năng vượt trội của bọ pháo thủ.

Với thân hình chỉ dài hai centimet, bọ pháo thủ phun một chất lỏng dưới áp suất để tự bảo vệ trước loài kiến. Nó chế chất lỏng ấy bằng phản ứng tỏa nhiệt của hydroquinone với hydrogen peroxide trữ trong những tuyến nhiên liệu của nó, đồng thời gây ra một vụ nổ chất lỏng bão hòa hơi. “Buồng đốt” có đường kính một centimet của con bọ hoạt động như một nồi áp suất. Một lần nữa, đây là một vấn đề vật lý (áp suất) chứ không phải hóa học. Chất lỏng được giữ trong buồng đốt dưới áp suất và bốc hơi đột ngột khi một van mở ra. Van đóng lại, buồng đốt lại đầy và khi van mở ra lần nữa, chất lỏng trở nên nóng hơn độ sôi ở áp suất khí quyển. Bọ pháo thủ hoạt động mau lẹ và hiệu quả, phun chất lỏng với tần số 400 đến 500 Hertz. “ Về cơ bản, đó là một vụ nổ có sức công phá với hơi nước áp suất cao ”, McIntosh giải thích.

Hệ thống dẫn động hoàn hảo dựa vào cơ học của con bọ phát tán một chất lỏng với hạt lớn tối đa hai nanomet vào không khí. Các nhà khoa học đã mô phỏng hệ thống ấy, lập lại hoạt động phun chất lỏng của bọ pháo thủ với tần số 20 Hertz. Vì những bong bóng chứa hydroquinone và hydrogen peroxide trong phản ứng hóa học nói trên rất nhỏ nên tỉ số giữa diện tích bề mặt và thể tích chất phát tán tăng lên nhiều, do đó cũng tăng tính hiệu quả.

McIntosh nói: “Chưa ai nghiên cứu bọ pháo thủ dưới góc nhìn vật lý hay kỹ thuật. Lúc đầu, chúng ta không đánh giá đầy đủ những gì chúng ta sẽ học được từ nó.” Khám phá mới của ông có khả năng loại trừ tác động của các khí dẫn động trên tầng ozon cũng như tăng năng suất của trạm xá. Nhà doanh nghiệp Thụy Điển Lars Uno Larsson rất thích đổi mới ấy và phát triển nó từ ý tưởng thành dự án thí điểm, rồi thành khả năng thương mại hóa. Đổi mới đã gặp doanh nhân biết sử dụng nó. Một khi đã có giá trị tham chiếu, đổi mới sẽ thôi thúc nhiều người khác tìm cách ứng dụng nó.

TẬP HỢP NHỮNG ĐỔI MỚI

Sự kết hợp chỉ một vài đổi mới trên đây cũng đủ cho phép chúng ta cải thiện cách tiếp cận vấn đề chăm sóc sức khỏe. Nếu như một công nghệ khích lệ chúng ta thì một tập hợp dăm ba công nghệ có thể thúc đẩy chúng ta thiết kế một hệ thống có khả năng đưa thế giới tới sự bền vững thật sự, xóa bỏ sự lệ thuộc vào tiện nghi giả tạo của những hóa chất dựa trên những nguồn không tái tạo và gây tác hại khôn lường. Điều ấy gợi ý cho chúng ta xem xét lại cách tiếp cận vấn đề sức khỏe và y tế, tìm kiếm và xúc tiến những giải pháp loại bỏ cái có hại và dựa vào các định luật vật lý của thế giới tự nhiên.

Để đạt mục tiêu ấy, cần phải có nhiều đóng góp hơn nữa. Nếu có thể sử dụng một máy phun sương mô phỏng khả năng của bọ pháo thủ để phát tán chất furanon từ rong biển (khống chế vi khuẩn) hay enzim từ dòi, thì chúng ta thật sự tiến tới một thời kỳ mới trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ y tế. Chúng ta sẽ không còn để cặn bã và chất thải với những tác động phụ tồn đọng trong sinh thái quyển và các loài sinh vật. Thay vào đó, chúng ta sẽ vay mượn những yếu tố tự nhiên được hoàn thiện qua hàng triệu năm để lập một hệ thống tổng hợp hoạt động tốt. Thành quả đích thực của quá trình tiến hóa không phải là sự sống còn của các loài nhưng là sự xuất hiện một mối liên kết. Nhiều loài đã điều chỉnh các quá trình của chúng cho phù hợp với nhau để có thể sống cộng sinh, thỏa mãn các nhu cầu và nâng cao khả năng sinh tồn của chúng.

Điều ấy có nghĩa là cơ hội cho các nhà doanh nghiệp không phải là tạo ra pin hay thuốc kháng sinh mới nhưng là tập hợp các đổi mới vào những hệ thống bền vững. Những cơ hội việc làm mà Nền Kinh tế Xanh Lam báo trước đã chỉ rõ con đường tiến hóa vững chắc cho các doanh nghiệp và cho chính ngành kinh tế nữa. Các đổi mới của nhiều người sẽ kết hợp với nhau để đạt tới một toàn thể lớn hơn.

Những điều chúng ta phát hiện được chỉ mới lướt sơ qua một tiềm năng to lớn. Trong gần một trăm năm phát minh và áp dụng khoa học kỹ thuật “hiện đại”, chúng ta chỉ đạt được những kết quả nhỏ bé trong việc chế ngự vi rút và vi khuẩn gây bệnh cũng như việc vượt qua những hiểm họa mà chúng ta cảm nhận từ hệ sinh vật chung quanh. Nhưng một số giải pháp được thử thách qua thời gian của tự nhiên có thể cho chúng ta biết cách thức chiến thắng vi rút và vi khuẩn. Trùn đất và cây hoàng liên gai tạo ra những thuốc trụ sinh mạnh và nhờ vậy mà có sức đề kháng đối với những đột biến của vi khuẩn qua hàng triệu năm. Sống sót trong cuộc chống chọi với những đạo quân kiến, bọ pháo thủ rất đáng được chúng ta khâm phục và mô phỏng khả năng chiến thắng một loài có trí thông minh bầy đàn vượt bậc như loài kiến. Chỉ riêng điều ấy cũng đủ thôi thúc chúng ta tôn trọng tính đa dạng sinh học và các hệ sinh thái, cũng như khuyến khích chúng ta đi xa hơn trong việc bảo tồn đa dạng sinh học, bảo đảm cho các hệ sinh thái tiếp tục tiến hóa và các loài không phải chịu tổn thất do con người gây ra. Điều ấy đem lại cho nhân loại một logic chặt chẽ để góp phần vào quá trình tiến hóa thành những hệ sinh thái ngày càng cố kết và thích nghi với nhau hơn.

ĐA DẠNG SINH HỌC VÀ SỨC KHỎE

Cùng với tổn thất về đa dạng sinh học là sự mất cơ hội học hỏi ở các loài cũng có tri giác như chúng ta và áp dụng các giải pháp mà chúng đã sáng tạo. Điều đó hoàn toàn đúng ở trường hợp loài ếch ấp trứng trong dạ dày ( Rheobatrachus silus ). Đáng tiếc là nó đã không sống sót vì phơi nhiễm quá nhiều thuốc bảo vệ thực vật và chất diệt cỏ, cũng như chịu tác động nặng nề của việc thả những loài ngoại lai vào nơi cư trú của chúng. Giả sử loài ếch ấy còn tồn tại, nó có thể dạy chúng ta cách hỗ trợ tiêu hóa và khống chế vi khuẩn. Khi ếch mẹ đẻ, nó nuốt trứng vào dạ dày ấp cho tới khi con nó sẵn sàng được nhả ra thế giới bên ngoài. Nó làm được điều ấy nhờ khống chế, tiệt trừ vi khuẩn thích axit và điều tiết độ pH trong dạ dày. Trong giai đoạn đầu, những chú ếch tí hon sống trong môi trường kiềm. Nếu như dạ dày vẫn còn tính axit tiêu biểu và vi khuẩn ưa axit, thì các chú ếch con sẽ không thể nào sống sót.

Rheobatrachus silus đã có thể là nguồn cảm hứng lớn đối với việc giữ gìn sức khỏe tiêu hóa của chúng ta. Trong nhiều thập kỷ, người ta hiểu biết rất ít về u nhọt và ung thư dạ dày. Không thể xem vi khuẩn ưa axit là nguyên nhân của những bệnh dạ dày ấy. Tuy nhiên, hai nhà khoa học Marshall và Robin Warren đã nhận dạng những vi khuẩn gây ra u nhọt và ung thư nên có thể lập một phương thức điều trị thích hợp và cả những biện pháp phòng ngừa cho người có nguy cơ cao. Năm 2005, các nhà khoa học ấy được tặng thưởng giải Nobel hóa học cho công trình của họ. Giả sử chúng ta còn cơ hội nghiên cứu thêm về ếch ấp trứng trong dạ dày, có lẽ chúng ta đã biết cách tránh mọi hiểm nguy do nồng độ axit quá cao trong dạ dày gây ra. Chúng ta thiếu sự hiểu biết ấy vì đã ngu dốt hay coi thường tác động của những hệ thống sai lầm đối với môi trường chung quanh, những hệ thống khiến chất thải bị lãng phí rồi cuối cùng trở thành ô nhiễm. Hàng ngàn loài sinh vật hiện đang bị đe dọa bởi chính sự ngu dốt ấy.

Hành tinh xanh xinh đẹp của chúng ta, mãi mãi quay trong vũ trụ tăm tối và ánh mặt trời rực rỡ, đã tạo ra những điều kiện sống mà chúng ta phụ thuộc vào để không chỉ tồn tại mà còn hạnh phúc nữa. Đã đến lúc phải kết nối, bằng ý thức và hành động, sức khỏe của chúng ta với sức khỏe của Trái Đất. Đã đến lúc phải đánh giá lại những đóng góp và khả năng thiên tài của các hệ sinh thái, cũng như tìm cách thích nghi với những quá trình tự nhiên và giải pháp toàn hệ thống nhằm bảo đảm sinh kế, sự sống còn và hành tinh của chúng ta. Làm như vậy, chúng ta sẽ khám phá, như mọi loài khác qua hàng triệu, thậm chí có thể hàng tỉ năm, những mô hình mới cho sự sinh tồn, bền vững và phong phú; những mô hình dựa trên Nền Kinh tế Xanh Lam − một nền kinh tế của sự hỗ trợ và trao đổi − cung cấp nhiều hơn với ít nguồn lực hơn và có ích cho mọi sự sống.

* * *

[1] Chữ viết tắt của từ Pháp acide désoxyribonucléique (tiếng Anh: deoxyribo-nucleic acid, DNA), là axit nucleic có trong nhiễm sắc thể, chứa thông tin di truyền.