Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Amanda Eklund

Väitöskirjan nimi: Switchable hydrogel networks based on natural polysaccharides

Tohtoriopiskelija: Amanda Eklund
Vastaväittäjä: Prof. Marleen Kamperman, University of Groningen, Alankomaat
Kustos: Prof. Olli Ikkala, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Reaktiivisten, vedessä olevista polymeeriverkoista koostuvien hydrogeelien käyttömahdollisuudet erilaisissa sovelluksissa ovat herättäneet kiinnostusta materiaalien säädettävien kemiallisten ominaisuuksien, bioyhteensopivuuden ja pehmeyden ansiosta. Nämä ominaisuudet mahdollistavat käytön monissa eri sovelluksissa mukaan lukien biolääketieteessä ja pehmeän elektroniikan alalla. Muokkaamalla hydrogeelin rakennetta ja polymeeriverkkoa materiaaliin voidaan luoda uusia ominaisuuksia tai niitä voidaan parantaa. 

Tässä väitöskirjassa luonnonpolymeeri agaroosia käytetään yhdessä synteettisen N-isopropyyliakryyliamidin (NIPAm) kanssa. Polymerisoitu NIPAm reagoi lämpötilan muutoksiin faasimuutoksella. Agaroosin avulla NIPAm:in polymeeriverkkoa voidaan muokata siten, että hydrogeelin optiset ja adheesio-ominaisuudet paranevat. Kehitimme tekniikan, jossa NIPAm polymerisoidaan agaroosi-hydrogeelin ympärillä, minkä jälkeen agaroosi poistetaan. Tällöin jäljelle jää kanavia, joiden avulla veden liikkuminen hydrogeelissä helpottuu, minkä ansiosta faasimuutokset tapahtuvat nopeammin kuin perinteisellä menetelmällä valmistetussa PNIPAm:ssa. Faasimuutoksen jälkeen hydrogeeli on myös kirkkaan valkoista, joten sitä voidaan käyttää esimerkiksi kontrolloitavissa näytöissä ja optisissa kytkimissä. Materiaalin valkoisuutta parannettiin edelleen käyttämällä agaroosia ristisilloittajana NIPAm-verkossa. Näin valmistettu hydrogeeli on valkoisempaa kuin kanavointimenetelmällä valmistettu hydrogeeli jopa ohuempana kerroksena. 

Myös kanavoidun PNIPAm:in vedenkuljetusominaisuuksia hyödynnetään valmistamalla hydrogeelejä joiden adheesio-ominaisuuksia voidaan kontrolloida muuttamalla lämpötilaa. Aikaansaatu muutos adheesiossa on suuri, ja se toimii sekä vedessä että kuivissa olosuhteissa. Kanavoiden lisäksi hydrogeelissä käytetään biomimeettisiä katekoliryhmiä lisäämään adheesiota. Kyseisellä hydrogeelillä voidaan siirrellä kevyitä, hauraita ja epäsäännöllisiä biologisia materiaaleja. Tämä osoittaa kanavointimenetelmän potentiaalin sovelluksissa, joissa tarvitaan kontrolloitavaa vedenalaista adheesiota, kuten lääketieteessä tai pehmeissä roboteissa.

Avainsanat: Hydrogeeli, lämpötilaan reagoiva, polymeeri, verkko, poly(N-isopropyyliakryyliamidi), agaroosi, adheesio, valkoisuus

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/ 

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52