Väitös, Kemian tekniikka, MSc (Eng.) Alba Sanz Velasco

Väitöskirjan nimi: Controlling self-assembly in synthetic and biological systems to modulate photoluminescence

Väittelijä: Alba Sanz Velasco
Vastaväittäjä: Prof. F. Akif Tezcan, University of California, San Diego, Yhdysvallat
Kustos: Prof. Mauri Kostiainen, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Luonto muodostaa monimutkaisia rakenteita yksinkertaisista osista itsejärjestymisen avulla. Itsejärjestymisessä molekyylit muodostavat järjestäytyneitä rakenteita ilman ulkoista ohjausta. Koska näitä rakenteita koossa pitävät vuorovaikutukset ovat heikkoja ja palautuvia, rakenteet voivat mukautua, järjestäytyä uudelleen tai hajota olosuhteiden muuttuessa.

Tässä väitöstutkimuksessa tarkastellaan, miten itsejärjestymistä voidaan hallita uusien valoa emittoivien materiaalien kehittämiseksi. Biologisten ja synteettisten fluoresoivien molekyylien rakennetta, stabiilisuutta ja kirkkautta voidaan säätää itsejärjestäytymisen avulla. Työ havainnollistaa useita tapoja hyödyntää tätä strategiaa. Yhdessä lähestymistavassa itsejärjestymistä käytettiin fluoresoivien proteiinien fyysiseen eristämiseen proteiinihäkkien sisälle, mikä paransi niiden stabiilisuutta ja auttoi säilyttämään niiden valoa emittoivat ominaisuudet. Toisessa lähestymistavassa molekulaarista itsejärjestymistä vahvistettiin tarkoituksellisesti käyttämällä aggregaation indusoiman emission (AIE) ryhmään kuuluvia fluoroforeja. Nämä synteettiset molekyylit muuttuvat kirkkaammiksi aggregoituessaan, mikä on erityisen hyödyllinen ominaisuus valaistussovelluksissa. Lopuksi, tasapainottamalla itsejärjestymistä ohjaavia vuorovaikutuksia voidaan muodostaa nestemäisiä pisaroita. Tämä prosessi toimii esiasteena vuorovaikutuksille erilaisten biomolekyylien, kuten DNA:n, silkkiproteiinien ja proteiinihäkkien kanssa.

Kokonaisuudessaan tutkimus osoittaa, että pienet muutokset molekyylitasolla voivat vaikuttaa merkittävästi siihen, miten materiaalit muodostuvat ja miten ne toimivat. Hallitsemalla itsejärjestymistä voidaan suunnitella materiaaleja, joilla on räätälöidyt optiset ominaisuudet ja parempi stabiilisuus. Tulokset avaavat uusia mahdollisuuksia tehokkaampien ja mukautuvampien valoa emittoivien materiaalien kehittämiseen. Mahdollisia sovelluksia ovat valaistus, optoelektroniikka ja tulevaisuuden biohybriditeknologiat.

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