Väitös biotuotetekniikan alalta, DI Ville Rissanen

Väitöskirjan nimi: Development of Leaf-Inspired Functional Structures from Cellulose Nanofibers - Matrix Scaffolds for Solid-State Photosynthetic Cell Factories

Tohtoriopiskelija: DI Ville Rissanen
Vastaväittäjä: professori Lars Berglund, KTH Royal Institute of Technology, Ruotsi
Kustos: professori Eero Kontturi, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu, biotuotteiden ja biotekniikan laitos

Selluloosanokuitujen käyttö lehdenomaisten toiminnallisten rakenteiden kehittämisessä

Tässä työssä tutkittiin selluloosananokuiduista (CNF) valmistettavien hydrogeelien käyttöä fotosynteettisten mikrobien immobilisointiin. Työn tarkoituksena oli luoda kestäviä ja huokoisia matriisirakenteita, etsiä tapoja näiden ominaisuuksien luotettavaan mittaamiseen, sekä arvioida miten ne vaikuttavat fotosynteettisten solujen biologiseen suorituskykyyn. Lopullisena tavoitteena oli luoda fotosynteettinen solutehdas, joissa matriisiin sidotut solut voivat tuottaa kaasumaisia kemikaaleja tehokkaasti. Laajemmasta näkökulmasta katsoen työssä pyrittiin kehittämään biomateriaaliteknologiaa hyödyntäviä työkaluja ja yhdistämään niitä synteettisen biologian ja leväbioteknologian kanssa, jotta saataisiin kokonaisvaltaisempi ymmärrys siitä, miten tämänkaltaisten tuotantojärjestelmien tehokkuutta voisi optimoida entistä paremmin. Opinnäytetyössä sovellettiin reologiaan, pintaherkkään analytiikkaan ja termoporosimetriaan perustuvia menetelmiä, joiden avulla pyrittiin tunnistamaan ja tutkimaan CNF-pohjaisten matriisien keskeisimpiä ominaisuuksia. Havaittiin, että TEMPO-hapetettu CNF (TCNF) mahdollisti vahvojen ja bioyhteensopivien matriisien rakentamisen, kun kuidut ristisilloitettiin polyvinyylialkoholin ja Ca2+-ionien kanssa. Tavanomaisesti immobilisoinnissa käytettyyn alginaattiin verrattuna TCNF-pohjaiset matriisit kestivät rakenteiden murtumista paremmin. Ne olivat myös huokoisempia, mutta rakenteeltaan heterogeenisempiä. Biologisissa kokeissa havaittiin, että molemmat matriisityypit pitävät solut elinvoimaisina 9 viikon ajan, mutta tuotanto-olosuhteissa TCNF-pohjaiset matriisit olivat kestävämpiä ja mahdollistivat suuremman vedyn ja eteenin tuoton. Solujen kaasujenvaihtomittaukset puolestaan viittaavat siihen, että sekä solujen että matriisien ominaisuudet muuttuvan ajan myötä tavalla, johon matriisien reologia ja huokoisuus ovat kytköksissä. Näiden ominaisuuksien hienosäätöä varten kehitettiin osmoottista vedenpoistoa hyödyntävä menetelmä, jolla TCNF-hydrogeelien lopullista huokoisuutta ja tiheyttä voidaan säätää tarkemmin. Kaiken kaikkiaan nämä tulokset korostavat TCNF-pohjaisten hydrogeelien monipuolisuutta ja suorituskykyä fotosynteettisten solujen immobilisaatioalustana, sekä osoittavat, miten tehokkaita solutehtaita voidaan kehittää poikkitieteellisen yhteistyön avulla.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä)

Yhteystiedot: 
DI Ville Rissanen
ville.rissanen@vtt.fi

Kemian tekniikan korkeakoulun väitöskirjat

Zoom pikaopas