Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Lahja Martikainen

Biomimetiikka on poikkitieteellinen ala, jossa otetaan mallia luonnossa esiintyvistä materiaaleista, rakenteista sekä toiminnoista ja sovelletaan niitä teknisten ongelmien ratkaisemisessa. Biomimettinen materiaalisuunnittelu auttaa luomaan vaihtoehtoisia tapoja saavuttaa kevyitä ja mekaanisesti kestäviä ja ympäristöystävällisempiä materiaaleja ja prosesseja. Biomimetiikka mahdollistaa myös sopivien materiaalien kehittämisen lääketutkimusta varten.

Tämä väitöskirja käsittelee kahta luonnosta innoituksensa saanutta sovellusta: (i) lujat ja sitkeät helmiäistä jäljittelevät nanokomposiitit ja (ii) myötöjäykistyvät hydrogeeli-solunkasvatusalustat. Biologisten hydrogeelien ja nanokomposiittien mekaaniset ominaisuudet eroavat merkittävästi toisistaan. Yhteistä näissä materiaaliryhmissä on se, että ne koostuvat nanokoon komponenteista, jotka muodostavat sopivia hierarkkisia rakenteita ja sisältävät mekanismeja, joiden tarkoitus on estää luonnonmateriaalia murtumasta.

Tässä työssä valmistettiin savipolymeerinanokomposiittikalvoja ja agaroosihydrogeelejä. Kummassakin sovelluksessa hyödynnetään nanokoon komponenttien itsejärjestäytymistä molekyylien välisten vuorovaikutusten avulla. Tutkimus keskittyy selvittämään rakenteen ja mekaanisten ominaisuuksien välisiä yhteyksiä.

Biomimeettisen materiaalisuunnittelun tuloksena esitetään tapa kontrolloida savipolymeerinanokomposiittien mekaanisia ominaisuuksia ja kuinka rakenteeseen jäävä kosteus alentaa nanokomposiitin lasisiirtymälämpötilaa. Toisessa osassa käsitellään kuituverkkorakenteiden mekaniikkaa ja osoitetaan, että agaroosihydrogeelit koostuvat kietoutuneiden kuitujen verkostosta, jotka myötöjäykistyvät ja puristuvat kokoon leikkausjännityksessä. Lopuksi väitöskirjassa esitellään agaroosipohjainen hydrogeelikasvatusalusta, joka sopii myös mallialustaksi syöpälääketutkimukseen ja yksilöllisiin prekliinisiin rintasyöpälääketestauksiin.

Vastaväittäjä on professori Ali Miserez, Nanyang Technological University, School of Materials Science and Engineering, Singapore

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

Tohtoriopiskelija yhteystiedot: [email protected], +358405445326

Väitöstilaisuus järjestetään etäyhteydellä Zoomissa. Linkki tilaisuuteen.

Zoom pikaopas

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

Elektroninen väitöskirja