Abstrakti
Selluloosa on laajalti luonnossa esiintyvä biopolymeeri, jota tuottavat kasvien ja mikrobien lisäksi jotkin eläinkunnan jäsenet. Tämä homopolymeeri, joka muodostuu toistuvista glukoosiyksiköistä, muodostaa mekaanisesti vahvoja nanokokoluokan fibrillejä ja tikkuja. Kasveissa selluloosa muodostaa mikro- ja makrokokoluokan kuituja, jotka ovat osana soluseinärakennetta. Hiljattain on pystytty näyttämään, että selluloosakuidut voidaan hajottaa fibrilleiksi ja tikuiksi erilaisin kemian menetelmin. Näitä materiaaleja kutsutaan nanoselluloosaksi. Nanoselluloosa on lupaava materiaali korvaamaan öljypohjaisia materiaaleja, koska se on uusiutuva, biohajoava ja helposti saatavilla oleva. Nanoselluloosa on myös potentiaalinen materiaali monilla eri teknologioiden aloilla suuren pinta-alansa ja ylivertaisten mekaanisten ominaisuuksiensa takia. Suurin osa sovelluksista vaatii nanoselluloosapinnan ominaisuuksien muokkaamista, koska nanoselluloosakuidut liittyvät helposti yhteen vetysidosten välityksellä.
Tässä väitöskirjassa on tutkittu biokemiallisten menetelmien soveltuvuutta nanoselluloosapintojen muokkaamisessa ja funktionalisoimisessa. Näiden menetelmien etuja ovat, että reaktiot tapahtuvat miedossa vedellisessä ympäristössä ja että biomolekyylien toiminnollisuuksien joukko on erittäin laaja. Valitsimme neljä erilaista lähestymistapaa. Ensinnä käytimme geneettisesti muokattuja selluloosaan sitoutuvia proteiineja tuomaan amfifiilisyyttä nanoselluloosan pinnalle. Näitä rakenteita käytettiin muodostamaan itsestään järjestäytyneitä pintoja nanoselluloosasta sekä stabiloimaan emulsioita. Tämän menetelmän näytettiin toimivan nanoselluloosan funktionalisoinnissa. (Osajulkaisu I) Toiseksi näytimme, että nanoselluloosan johdannaiset toimivat hyvin matriisina proteiinien suoralle kovalenttiselle kiinnittämiselle bulkissa. Nämä johdannaiset sopivat hyvin bioaktiivisten filmien valmistukseen. Lisäksi filmien ominaisuuksia voitiin muuttaa ja muokata nanoselluloosajohdannaisen ominaisuuksista riippuen. (Osajulkaisu II) Kolmanneksi tutkimme hemiselluloosan roolia nanoselluloosamatriisissa muokkaamalla nanoselluloosan pintaa spesifisillä entsyymeillä. Pystyimme näyttämään, että hemiselluloosalla on tärkeä rooli näissä verkostoissa, joskin se on erilainen kuivissa ja kosteissa systeemeissä. (Osajulkaisu III) Neljänneksi, muokkaamalla geneettisesti selluloosaan sitoutuvan proteiinin spesifiä toimintoa, näytimme, että pystymme vaikuttamaan sen sitoutumisominaisuuksiin ja näin mahdollisesti myös nanoselluloosamateriaalien toiminnollisuuteen. Näytimme myös, että selluloosaan sitoutuvan proteiinin toiminta on riippuvaista sen substraatista ja että nanoselluloosa on hyvä mallisubstraatti sitoutumiskokeissa, sillä se tuo uutta tietoa näiden proteiinien toiminnasta. (Osajulkaisu IV)
Yhteenvetona voi todeta, että erilaiset biokemialliset menetelmät soveltuvat nanoselluloosapinnan muokkaukseen ja funktionalisointiin, nanoselluloosan ja siihen sitoutuvien proteiinien luontaisten ominaisuuksien tutkimisessa, mutta myös uusien toiminnallisten materiaalien luomiseen.
Julkaisun otsikon käännös | Nanoselluloosapinnan biokemiallinen muokkaus ja funktionalisointi |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-951-38-8330-0 |
Sähköinen ISBN | 978-951-38-8331-7 |
Tila | Julkaistu - 2015 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- nanoselluloosa
- biokemiallinen muokkaus
- nanoselluloosan funktionalisointi
- itsestään järjestäytyminen
- selluloosaan sitoutuva moduli
- hemiselluloosan rooli
- bioaktiiviset filmit
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Nanoselluloosapinnan biokemiallinen muokkaus ja funktionalisointi'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
-
Biotalousinfrastruktuuri
Seppälä, J. (Manager)
Kemian tekniikan korkeakouluLaitteistot/tilat: Facility