Không chỉ khẳng định vai trò nổi bật trong nông nghiệp, chitosan còn được xem là vật liệu sinh học đa năng với tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp và y học. Nhiều công trình nghiên cứu trong nước đã được triển khai nhằm tối ưu giá trị của chitosan.

Ứng dụng trong công nghiệp

Trong công nghiệp môi trường, chitosan được đánh giá là một vật liệu sinh học đầy hứa hẹn nhờ khả năng hấp phụ và loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước, đặc biệt là ion kim loại nặng và hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Một nghiên cứu tiêu biểu là “Nghiên cứu chế tạo và phân tích các đặc trưng của vật liệu polyvinyldiene fluoride/graphene oxide/chitosan (PVDF/GO/CS) ứng dụng làm màng lọc hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng trong nước” do TS. Nguyễn Thị Thu Thủy và cộng sự (Trường Đại học Phenikaa) thực hiện, công bố năm 2023, được Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) tài trợ. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công màng lọc PVDF/GO/CS bằng phương pháp kéo sợi điện (electrospinning) kết hợp phủ màng composite, tạo ra cấu trúc vật liệu có diện tích bề mặt lớn và độ bền cơ học cao. Màng lọc này thể hiện hiệu quả hấp phụ vượt trội đối với ion kim loại nặng, đặc biệt là Mn²⁺. Kết quả thí nghiệm cho thấy, hiệu suất loại bỏ Mn²⁺ đạt trên 80% trong môi trường phòng thí nghiệm. Khi ứng dụng trên mẫu nước giếng khoan thực tế tại Chương Mỹ (Hà Nội), sau hai lần lọc, nồng độ Mn²⁺ giảm từ 5,72 mg/L xuống còn 2,95 mg/L, khẳng định khả năng ứng dụng thực tiễn của màng lọc PVDF/GO/CS trong xử lý nước nhiễm kim loại nặng. Các kết quả nghiên cứu đã được đăng tải Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (Tập 60, Số 3/2024). Đối với tồn dư kháng sinh trong nước, nhóm nghiên cứu do TS. Trần Văn Sơn (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) chủ trì đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý tồn dư kháng sinh trong nước bằng vật liệu chitosan biến tính”, được công bố năm 2023. Trên cơ sở tận dụng nguồn phế phụ phẩm (vỏ tôm, bã cà phê), nhóm đã chế tạo thành công vật liệu chitosan biến tính có khả năng hấp phụ và loại bỏ hiệu quả các hợp chất kháng sinh trong nước. Nhóm đã ghép lớp vật liệu chitosan biến tính lên bề mặt màng lọc MF, hình thành màng lọc có hoạt tính cao, giúp tăng cường đáng kể hiệu quả xử lý. Nghiên cứu xác định được điều kiện tối ưu, cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ, đồng thời đánh giá khả năng tái sinh và ứng dụng của vật liệu.

Trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, chitosan được xem là vật liệu sinh học đa năng nhờ đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa và tạo màng sinh học bảo vệ tự nhiên, giúp kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng sản phẩm. Một nghiên cứu tiêu biểu là đề tài “Nghiên cứu chế tạo màng và lớp phủ nanocompozit trên cơ sở polyme thiên nhiên và khảo sát hoạt tính diệt khuẩn, chống oxi hóa định hướng ứng dụng trong bảo quản thực phẩm” do TS. Phạm Thị Lan và cộng sự (Viện Kỹ thuật Nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) thực hiện, công bố năm 2024. Nhóm đã tổng hợp thành công phức hợp cyclodextrin - polyphenol (rutin, quercetin) chiết xuất từ hoa hòe Việt Nam, kết hợp với chitosan và nano TiO₂ để tạo ra màng phủ nanocompozit tự nhiên có khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa cao. Màng phủ này được ứng dụng trong bảo quản trái cây nhiệt đới, giúp hạn chế vi sinh vật gây hư hỏng, giảm tốc độ oxy hóa và kéo dài thời gian bảo quản, đồng thời vẫn đảm bảo an toàn và tính cảm quan của sản phẩm. Đối với nông sản, nghiên cứu “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học chitosan/nano HAp/nano bạc để bảo quản một số loại nông sản nhằm nâng cao giá trị sản phẩm nông nghiệp tại tỉnh Thái Bình” do ThS. Mai Đức Huynh (Viện Kỹ thuật Nhiệt đới) chủ trì, công bố năm 2022, đã phát triển thành công chế phẩm chitosan kết hợp nano hydroxyapatite (HAp) và nano bạc - một hệ vật liệu đa chức năng có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và bảo vệ bề mặt nông sản. Khi thử nghiệm trên ớt, cà chua, ổi và hồng xiêm, chế phẩm giúp kéo dài thời gian bảo quản gấp 2-3 lần, giảm hao hụt và nâng cao hiệu quả kinh tế, khẳng định tiềm năng ứng dụng thực tế. Trong bảo quản thịt tươi, đề tài “Nghiên cứu chế tạo sản phẩm phản ứng Maillard của chitosan và glucosamin bằng phương pháp chiếu xạ định hướng ứng dụng bảo quản thịt heo tươi” do ThS. Lê Anh Quốc (Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ) thực hiện, công bố năm 2024, đã chế tạo thành công sản phẩm Maillard chitosan-glucosamin bằng chiếu xạ gamma, có hoạt tính kháng khuẩn mạnh và khả năng kéo dài bảo quản thịt heo thêm 8 ngày ở 5°C. Sản phẩm an toàn, không độc hại, mở ra khả năng thay thế các phụ gia bảo quản hóa học trong chế biến thịt. Trong ngành thủy sản, đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng chế phẩm oligosaccharid (oligochitin và oligochitosan) để bảo quản sau thu hoạch nguyên liệu thủy sản đánh bắt xa bờ” do TS. Vũ Ngọc Bội (Trường Đại học Nha Trang) chủ trì, công bố năm 2016, đã xây dựng quy trình sản xuất chitin, chitosan và các dẫn xuất oligochitosan, oligochitin ở quy mô công nghiệp. Khi ứng dụng trên tôm, mực và cá đánh bắt xa bờ, chế phẩm giúp giảm tốc độ phân hủy, duy trì độ tươi và giá trị cảm quan của nguyên liệu, đáp ứng yêu cầu bảo quản dài ngày trên biển.

Trong công nghiệp dệt may và da giày, chitosan được ứng dụng rộng rãi nhờ đặc tính kháng khuẩn, khử mùi, mềm mại và phân hủy sinh học. Một hướng nghiên cứu tiêu biểu là đề tài “Nghiên cứu sản xuất vải từ nguyên liệu có chứa chitosan” do ThS. Nguyễn Đức Hóa (Viện Dệt May) thực hiện, công bố năm 2017. Đề tài đã xây dựng quy trình dệt nhuộm hoàn tất cho vải dệt kim từ bông chứa chitosan (Crabyon), xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu nhằm nâng cao khả năng kháng khuẩn, bền màu và mềm mại khi sản xuất ở quy mô công nghiệp. Thử nghiệm cho thấy vải chứa chitosan có khả năng kháng khuẩn bền vững sau nhiều lần giặt, đồng thời đạt hiệu quả kinh tế khả quan và tiềm năng thương mại hóa cao. Năm 2021, nhóm nghiên cứu ChicSafe (sinh viên Đại học Bách khoa TP.HCM) đã phát triển sợi vải kháng khuẩn từ lá khóm kết hợp dầu sầu đâu và hạt nano chitosan. Loại sợi này bền, thoáng khí, phân hủy sinh học tốt, duy trì hiệu quả kháng khuẩn trên 95% sau hơn 30 lần giặt, được ứng dụng trong khẩu trang và vải bảo hộ sinh học. Dự án giành giải Nhì cuộc thi Bach Khoa Innovation 2022 và nhận đầu tư từ Mitsui Chemicals (Singapore). Bên cạnh vải sợi, chitosan cũng được ứng dụng trong ngành da giày thông qua đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ kháng khuẩn chống mốc bằng nano chitosan cho da thuộc sử dụng làm giày và sản phẩm da” do ThS. Nguyễn Như Thanh và công sự (Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng và Chuyển giao Công nghệ mới) thực hiện, công bố năm 2022. Nhóm nghiên cứu đã xác định các loài vi sinh vật gây hư hỏng da thuộc tại Việt Nam và phát triển công nghệ thu nhận nano chitosan từ nguồn chitosan trong nước, ứng dụng phủ lên bề mặt da để tăng khả năng kháng khuẩn, chống mốc và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

Ứng dụng trong y học

Trong y học, chitosan và các dẫn xuất của nó được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi từ điều trị vết thương, tái tạo mô đến vật liệu y sinh, dược phẩm.

Chẩn đoán và điều trị ung thư: chitosan được ứng dụng như tác nhân ổn định và dẫn truyền hoạt chất trong các hệ vật liệu nano y sinh nhờ tính tương thích sinh học và khả năng kiểm soát kích thước hạt. Một nghiên cứu tiêu biểu là đề tài “Nghiên cứu chế tạo một số hệ nano tương hợp sinh học lõi hạt từ tính cho chẩn đoán và chữa bệnh ung thư” do GS.TSKH. Nguyễn Xuân Phúc và cộng sự (Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) thực hiện, công bố năm 2018. Nhóm đã chế tạo thành công hệ hạt nano từ tính Fe₃O₄ và FeCo bằng các phương pháp tiên tiến như phân hủy nhiệt, thủy nhiệt và nghiền cơ năng lượng cao, đạt từ độ bão hòa cao và độ ổn định tốt trong môi trường sinh lý. Các hạt nano được bọc bằng chitosan, alginate, và PLA–PEG, tạo nên chất lỏng từ sinh học bền vững có khả năng tăng độ tương phản trong chụp MRI và phát sinh nhiệt trong liệu pháp nhiệt từ trị ung thư, với hiệu quả điều trị trên chuột đạt hơn 50%. Đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu selen nano bằng phương pháp chiếu xạ bằng máy gia tốc điện tử và đánh giá hoạt tính kháng ung thư trên tế bào” do TS. Trần Thị Thanh Ngọc và cộng sự (Viện Nghiên cứu Ứng dụng Tài nguyên Thiên nhiên Vật liệu và Môi trường) thực hiện, công bố năm 2023. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công selen nano kích thước 20-80 nm ở dạng dung dịch và dạng bột bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử, cho sản phẩm tinh khiết, ổn định và an toàn. Các hạt selen nano được ổn định nhờ chitosan, oligochitosan và gum arabic, thể hiện hoạt tính kháng ung thư mạnh trên tế bào ung thư vú (MCF-7) và ung thư cổ tử cung (HeLa), đặc biệt dạng bột cho hiệu quả cao hơn dạng dung dịch. Kết quả nghiên cứu khẳng định công nghệ chiếu xạ là hướng chế tạo tiềm năng cho vật liệu selen nano sinh học, có khả năng sản xuất quy mô lớn, ứng dụng trong thực phẩm chức năng và hỗ trợ điều trị ung thư, góp phần phát triển vật liệu y sinh thân thiện môi trường tại Việt Nam.

Điều trị vết thương và tái tạo mô: nghiên cứu tiêu biểu là đề tài “Nghiên cứu điều chế hydrogel đa chức năng ứng dụng hỗ trợ điều trị vết thương bệnh lý đái tháo đường” do PGS.TS. Trần Ngọc Quyển và cộng sự (Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng) thực hiện, công bố năm 2021. Nhóm đã chế tạo hydrogel composite trên cơ sở pluronic ghép chitosan hoặc alginate, mang các hoạt chất quercetin, resveratrol, L-glutamic và L-arginine, giúp kháng viêm, chống oxy hóa, kích thích hình thành mạch máu và tổng hợp collagen, qua đó tăng tốc độ liền thương trên mô hình chuột đái tháo đường. Bên cạnh đó, đề tài “Nghiên cứu tạo gạc cầm máu từ thạch dừa kết hợp với oligomer chitosan” do PGS.TS. Nguyễn Thị Hiệp và cộng sự (Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia TP.HCM) thực hiện, công bố năm 2024. Nhóm đã phát triển thành công gạc sinh học cầm máu từ thạch dừa kết hợp oligomer chitosan, xây dựng quy trình chế tạo và sấy tạo màng gạc, giúp tăng khả năng hấp thụ, bám dính và cầm máu nhanh, đồng thời an toàn và thân thiện với cơ thể.

Tái tạo mô và vật liệu y sinh: trong lĩnh vực tái tạo mô và phát triển vật liệu y sinh, nhờ tính tương thích sinh học cao, khả năng phân hủy tự nhiên và hỗ trợ hình thành mô mới. Một nghiên cứu tiêu biểu là đề tài “Nghiên cứu tổng hợp khung định dạng ba chiều trên cơ sở polymer có nguồn gốc tự nhiên/hydroxyapatit định hướng ứng dụng trong kỹ thuật tạo mô xương” do PGS.TS. Nguyễn Kim Ngà và cộng sự (Viện Kỹ thuật Hóa học) thực hiện, công bố năm 2025. Nhóm nghiên cứu đã xây dựng và tối ưu quy trình tổng hợp khung định dạng 3D trên cơ sở chitosan kết hợp hydroxyapatit (HAp), mô phỏng cấu trúc tự nhiên của xương người. Kết quả cho thấy khung chitosan/HAp có cấu trúc xốp đồng đều, độ bền cơ học phù hợp và khả năng tương thích sinh học cao, cho phép tế bào bám dính và phát triển, thúc đẩy quá trình tạo xương mới trên vật liệu nền. Nghiên cứu này khẳng định tiềm năng ứng dụng của chitosan trong phát triển vật liệu cấy ghép và kỹ thuật tái tạo mô xương, mở ra hướng phát triển vật liệu y sinh thế hệ mới phục vụ điều trị bệnh lý về xương tại Việt Nam.

Dược phẩm và hệ dẫn thuốc: trong lĩnh vực dược phẩm và công nghệ dẫn truyền thuốc, chitosan được xem là vật liệu mang thuốc sinh học tiên tiến nhờ khả năng phân hủy sinh học, tương thích sinh học cao và dễ biến tính bề mặt, giúp kiểm soát tốc độ giải phóng hoạt chất, giảm tác dụng phụ và tăng hiệu quả điều trị. Một nghiên cứu tiêu biểu là đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nanochitosan/polyaxit lactic (PLA) tương thích sinh học định hướng ứng dụng làm thuốc tác dụng kéo dài” do GS.TS. Thái Hoàng và cộng sự (Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) thực hiện, công bố năm 2017. Nhóm đã chế tạo thành công vật liệu nanochitosan/PLA mang hoạt chất nifedipin, thuốc điều trị tăng huyết áp và đau thắt ngực, có khả năng giải phóng hoạt chất chậm, duy trì nồng độ thuốc ổn định và kéo dài hiệu quả điều trị. Kết quả cho thấy vật liệu ổn định, an toàn và phù hợp tiêu chuẩn dược phẩm, mở ra tiềm năng ứng dụng chitosan PLA trong chế phẩm tác dụng kéo dài và hệ dẫn truyền thuốc nano thông minh của y học hiện đại.

***

Từ những kết quả nghiên cứu và ứng dụng đã được triển khai, có thể thấy chitosan đang từng bước khẳng định vai trò quan trọng trong cả lĩnh vực công nghiệp lẫn y học hiện đại. Qua ba kỳ chuyên đề, hành trình của chitosan đã được phác họa một cách toàn diện từ nguồn gốc hình thành, đặc tính hóa sinh độc đáo cho đến những ứng dụng đa dạng trong nông nghiệp, công nghiệp và y học. Không chỉ dừng lại ở việc tận dụng phụ phẩm của ngành thủy sản, chitosan đã phát triển vượt bậc để trở thành một vật liệu sinh học quan trọng trong thời đại hướng tới phát triển bền vững.

Kim Nhung

----------------------------------------

Tài liệu tham khảo chính

[1] CSDL quốc gia về KH&CN: https://sti.vista.gov.vn/
[2] Thư viện Trung tâm Thông tin, Thống kê và Ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ TP.HCM: https://thongtin.cesti.gov.vn/
[3] Nguyễn Văn Mạnh, Nguyễn Mạnh Khải, Lê Thị Lệ, Nguyễn Thị Thu Thủy. (2024). Đặc tính hóa lý và hiệu quả loại bỏ kim loại nặng (Mn²⁺) trong nước thải của màng polyvinylidene fluoride phủ graphene oxide và chitosan. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Tập 60, số 3.
[4] Thi Ca tổng hợp. (2022). Sáng tạo sợi vải kháng khuẩn từ hàng tấn khóm đổ bỏ. https://oisp.hcmut.edu.vn/cuoc-song-sinh-vien/hoc-thuat-nghien-cuu-khoa-hoc/sang-tao-soi-vai-khang-khuan-tu-hang-tan-khom-do-bo.html