Väitös materiaalitieteen alalta, M.Sc. Mohammad Awashra

Väitöskirjan nimi: Superhydrophobic bio-repellent surfaces

Väittelijä: Mohammad Awashra
Vastaväittäjä: Prof. Emilia Pelto, Turun yliopisto, Suomi
Kustos: Prof. Ville Jokinen, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Superhydrofobiset pinnat vangitsevat ohuen ilmakerroksen, plastronin, nesteen ja kiinteän rajapintaan, mikä vähentää nesteen kosketuspintaa ja mahdollistaa bioaineiden hylkimisen, proteiinien adsorboitumisen estämisen ja solujen tarttumisen ehkäisyn. Haasteena on kuitenkin plastronin säilyttäminen monimutkaisissa biologisissa ympäristöissä, joissa proteiinit ja biomolekyylit epävakauttavat sen.

Tässä väitöskirjassa tutkitaan, miten superhydrofobisten mikro- ja nanorakenteiden suunnittelu vaikuttaa plastronin stabiilisuuteen ja biohylkivään käyttäytymiseen biologisissa nesteissä. Optisen kuvantamisen ja kostuvuusanalyysin avulla osoitettiin, että pinnan geometrian ja kemian hallinnalla voidaan pidentää plastronin elinikää yli 120 tunnin pituiseksi proteiinipitoisissa liuoksissa. Proteiinit ja sokerit tunnistettiin pääasiallisiksi epävakauttaviksi tekijöiksi, kun taas suurempi kiinteä osuus, pienempi rakenteiden koko ja suurempi pinnankarheus paransivat plastronin säilyvyyttä.

Työssä tutkittiin myös plastronin välittämiä solujen hylkimisvaikutuksia. A549-epiteelisolukokeet osoittivat, että tehokkaimmat rakenteet säilyttävät ilmarakoja, jotka ovat leveämpiä kuin solujen mitat, mutta estävät nesteen tunkeutumisen pintarakenteeseen. Optimoidut mikropilarihilat, joissa kiinteän ja nesteen kosketusosuus oli 7,4 %, vähensivät solujen kiinnittymistä jopa 95 % verrattuna tasaisiin hydrofiilisiin pintoihin.

Lopuksi esiteltiin kaksi uutta biolääketieteellistä sovellusta: (1) superhydrofiilisten ja superhydrofobisten alueiden yhdistelmästä koostuvat pisarama-arrayt, jotka mahdollistavat yksittäisten RNA-molekyylien tunnistamisen SIBA-tekniikalla, sekä (2) läpinäkyvät superhydrofobiset alumiinioksidinanoruoholla päällystetyt lasikapillaarit, jotka vähentävät proteiinien kiinnittymistä ja nesteen virtausvastusta jopa 50 %. Tulokset osoittavat, että superhydrofobiset biohylkivät pinnat tarjoavat lupaavan ratkaisun pitkäaikaisiin biolääketieteellisiin ja diagnostiikan sovelluksiin.

Avainsanat: superhydrofobinen, mikrovalmistus, plastroni, bioneste biohylkivä, biorajapinta, proteiiniadsorptio, solujen kiinnittyminen, pisara-mikroarray, digitaalinen SIBA-menetelmä, lasikapillaarit, virtausvastuksen vähentäminen

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc 

Yhteystiedot:
moe.awashra@aalto.fi