Nanoselluloosapohjaisen filamentin rajapintojen monimutkaisuus ja sen mahdolliset sovellukset

Luonnossa useat materiaalit, kuten luu, puu ja hyönteisten kuori, rakentuvat mikro- ja/tai nanokokoisten biologisten rakennuspalikoiden järjestäytyessä hierarkkisiksi rakenteiksi. Nämä materiaalit ovat innoittaneet kehittämään nanokomposiitteja, jotka perustuvat biopohjaisiin kolloidisiin nanopartikkeleihin. Viime aikoina erityisen mielenkiinnon kohteena ovat olleet luonnonkuidut ja jatkuvarakenteiset filamentit, kuten hämähäkin silkki ja kasvisolujen mikrofibrillit. Nanoselluloosasta, joka on yksi lupaavimmista biopohjaisista nanomateriaaleista, on tullut eräs tärkeimmistä raaka-aineista uusien vihreiden materiaalien valmistukseen sen runsauden, biologisen yhteensopivuuden ja muokattavan pintakemian ja morfologian vuoksi.

Väitöstyössä on tutkittu nanoselluloosapohjaisten filamenttien valmistusta yksinkertaisella ja vihreällä ”interfacial nanoparticle complexation”-menetelmällä (INC). Työssä on erityisesti selvitetty filamenttien muodostumista INC-menetelmällä käyttämällä erilaisia vastakkaisesti varautuneita nanohiukkaspareja, kuten vastakkaismerkkisiä nanoselluloosapartikkeleita NC, kationisia kitiininanokiteitä yhdessä anionisen ja kationinen nanoselluloosan ja grafeenioksidin kanssa. Lisäksi nanoselluloosasta valmistettujen filamenttien ominaisuuksia muokattiin INC-prosessin aikana erilaisilla lisäaineilla kuten lääkeaineella (doksorubisiinihydrokloridi, DOX), hopeananohiukkasilla (Ag NPs) ja hiilinanoputkilla (CNT). Näitä funktionaalisia filamentteja voidaan hyödyntää mahdollisesti lääkkeiden annostelussa, antimikrobisissa materiaaleissa ja elektroniikassa. Kehitetty INC-menetelmä tarjoaa uusia reittejä filamenttien valmistukselle myös muista vastakkaisesti varautuneista nanopartikkeleista kuten DNA:sta ja proteiineista ja mahdollistaa täysin uusien vihreiden materiaalien (mm. kuidut, kapselit ja membraanit) kehityksen vastakkaisesti varautuneisiin kolloidisiin nanopartikkeleihin perustuen.