Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Kia Bertula

Monilla luonnon materiaaleilla, kuten hämähäkin seitillä, helmiäisen kuorella ja eläinten kudoksilla, on erinomaisia mekaanisia ominaisuuksia. Näiden toiminta perustuu tarkkaan määriteltyihin rakenteisiin, joissa on monitasoista järjestymistä useassa eri mittakaavassa – aina nanotasolta makrotasolle asti. Materiaaliteknologia pyrkii jäljittelemään synteettisillä materiaaleilla vastaavanlaisia ominaisuuksia ja rakenteita. Yhtenä valmistuskeinona on käytetty ns. itsejärjestymistä, jossa pienet molekyylit ja partikkelit spontaanisti järjestyvät suuremmiksi rakenteiksi. Itsejärjestymisen ohjaaminen ja säätely juuri halutunlaisiksi rakenteiksi on osoittautunut kuitenkin haastavaksi. Lisäksi kaikkien materiaalien mekaanisia ominaisuuksia ei vielä täysin ymmärretä, esimerkiksi ns. myötöjäykistymisen (strain-stiffening), jonka takia niiden valmistaminen synteettisesti on vaikeaa.

Väitöskirjassa keskitytään kolmeen eri tavoitteeseen: 1) kehittämään uusia työkaluja, joilla voidaan säädellä molekyylien itsejärjestymistä verkkorakenteiksi, 2) tutkia agaroosihydrogeelin myötöjäykistymistä sekä 3) tutkia erilaisten hydrogeelien ominaisuuksia ja soveltuvuutta 3D-solukasvatusalustoiksi rintasyöpäsolujen kasvatukseen. Yhteisenä tavoitteena oli saada uutta tietoa materiaalien ominaisuuksista ja itsejärjestymisen säätelymekanismeista, joiden avulla voitaisiin tulevaisuudessa kehittää uusia materiaaleja.

Väitöskirjan ensimmäinen osa esittelee työkaluja, joilla voidaan säädellä pienempien molekyylien ja rakenteiden itsejärjestymistä verkkorakenteiksi. Molekyylien välisiä kemiallisia vuorovaikutuksia ohjattiin liuottimien, UV-valon sekä lämpötilan avulla, jolloin aikaansaatiin monitasoisia rakenteita ja toiminnallisia hydrogeelejä.

Toisessa osassa näytetään agaroosigeelien olevan myötöjäykistyviä materiaaleja. Tuloksissa analysoidaan myötöjäykistymistä sekä ehdotetaan syitä ominaisuuden syntymiselle. Tulokset voivat laajentaa agaroosigeelien sovelluskohteita sekä auttaa kehittämään synteettisiä myötöjäykistyviä materiaaleja, erityisesti biolääketieteen sovelluksiin.

Viimeisessä osassa näytetään, että 3D-solukasvatusalustana käytettyjen geelien kemiallinen koostumus ja jäykkyys säätelevät rintasyöpäsolujen kasvua ja erilaistumista. Tuloksena saatiin rintasyöpäsoluille sopiva kasvatusalusta, joka saattaa edistää uusien lääkkeiden kehittämistä sekä mahdollistaa yksilölliset prekliiniset lääketestaukset.

Vastaväittäjä on professori Felix Schacher, Friedrich Schiller University Jena, Saksa

Kustos on professori Olli Ikkala, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Väittelijän yhteystiedot: [email protected], 0408275851

Väitöstilaisuus järjestetään kampuksella ja etäyhteydellä. Linkki tilaisuuteen

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja