Väitös, biotekniikka, MSc Jennifer Tersteegen

Väitöskirjan nimi: Exploring liquid-liquid phase separation of silk proteins as a tool for bio-inspired materials assembly

Väittelijä: Jennifer Tersteegen
Vastaväittäjä: Prof. Prof. Ilja Voets, Eindhoven Technical University, Alankomaat
Kustos: Prof. Markus Linder, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Silkkiproteiinipisaroiden valjastaminen bioinspiroituun materiaalisuunnitteluun

Luonto tarjoaa valtavan määrän materiaaleja, joilla on poikkeuksellisia ominaisuuksia. Yksi esimerkki on hämähäkin silkki: se on samanaikaisesti hyvin lujaa ja erittäin elastista. Hämähäkin silkki muodostuu proteiineista, joita tuotetaan silkkirauhasessa ja jotka muuttuvat kiinteiksi kuiduiksi kehruuprosessin aikana. Tämän prosessin tarkat mekanismit eivät kuitenkaan ole vielä täysin selvillä. Niiden ymmärtäminen on edellytys hämähäkin silkin laajamittaiselle, teolliselle hyödyntämiselle.

Tämä väitöskirja tutkii neste–neste-faasierottumisen roolia hämähäkin silkkiproteiinien kokoamisprosessissa. Neste–neste-faasierottuminen johtaa liuoksen erottumiseen kahdeksi tai useammaksi erilliseksi faasiksi. Hämähäkin silkissä muodostuu pisaroita, joissa silkin pitoisuus on hyvin korkea, kun taas ympäröivässä faasissa pitoisuus on matala. Näitä pisaroita kutsutaan myös biomolekulaarisiksi kondensaateiksi, ja niiden muodostumisen oletetaan tapahtuvan myös hämähäkkien silkkirauhasessa.

Tässä työssä silkkikondensaattien ominaisuuksia tarkastellaan useista näkökulmista. Ensin tutkitaan valmistusolosuhteiden vaihtelun vaikutusta kondensaattien ominaisuuksiin. Tällä on merkitystä esimerkiksi tuotantoprosessin suunnittelulle, erityisesti sen skaalausta silmällä pitäen. Seuraavaksi tutkitaan silkkikondensaattien epätasapainokäyttäytymistä sähkökenttää soveltamalla. Silkkikondensaatit osoittavat monimuotoisia, jännitteestä riippuvia ilmiöitä, jotka liittyvät liuoksen pH-muutoksiin. Koska luonnossa prosessit tapahtuvat usein epätasapaino-olosuhteissa, sähkökentät osoittautuivat hyvin sopivaksi menetelmäksi kondensaattien tutkimiseen näissä olosuhteissa. Lopuksi tutkitaan tiivistyneen silkkiproteiinin käyttöä uusien komposiittien valmistuksessa. Tätä varten silkkiproteiinia yhdistettiin delignifioituun puuhun, mikä johti vahvaan liimausjärjestelmään.

Yhteenvetona tämä työ valottaa proteiinipohjaisten materiaalien kokoamiseen liittyviä monimutkaisia mekanismeja ja esittelee useita tapoja, joilla kondensaattien avulla voidaan ohjata ja muokata tätä kokoamisprosessia.

Avainsanat: Neste-neste faasierottuminen, biomolekulaarinen kondensaatti, epätasapainotila, rekombinantti hämähäkinsilkkiproteiini, biomimeettinen materiaali 

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot:
E-mail: jennifer.tersteegen@aalto.fi 
LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/jennifer-tersteegen-84395a201/