Bioyhteensopivia tai jopa biohajoavia elektronisia laitteita voitaisiin hyödyntää esimerkiksi lääketieteellisessä diagnostiikassa tai ympäristöanalytiikassa. Laitteiden kehitys vaatii kuitenkin materiaalitutkimusta. FM Lauri Marttila tutki väitöskirjatutkimuksessaan materiaaleja, joita voidaan potentiaalisesti käyttää energian varastointiin näiden bioyhteensopivien tai biohajoavien laitteiden voimanlähteissä.

– Melaniineja kuten eumelaniinia on laajasti luonnossa, esimerkiksi ihmisen ihossa, hiuksissa ja silmissä. Minusta ne ovat tavattoman kiinnostavia materiaaleja ja tutkimme niiden soveltuvuutta energian varastointiin, Marttila sanoo.

Luonnon eumelaniinia muistuttavia materiaaleja on yksinkertaista valmistaa laboratoriossa. Tutkituin eumelaniinianalogi on polydopamiini, jota valmistetaan hermoston välittäjäainetta dopamiinia hapettamalla.

Melaniinien rakenne on niin monimutkainen, että sitä on mahdotonta tarkkaan selvittää. Lisäksi niiden rakenne ja ominaisuudet riippuvat valmistustavasta. Melaniinien soveltavaa tutkimusta tehdään maailmalla valtavasti, mutta itse materiaalien kemiaan liittyy vielä paljon avoimia kysymyksiä. Marttilan väitöskirjatutkimuksessa oli tavoitteena oppia ymmärtämään näitä materiaaleja paremmin ja siinä tutkittiin pH:n ja metalli-ionien vaikutusta polydopamiinin muodostumiseen.

Väitöskirjatyössään Marttila tutki hapettavien monikerroskalvojen valmistusta ja käyttöä toiminnallisten ohutkalvojen valmistuksessa. Marttila tutki voidaanko hapettavilla kalvoilla valmistaa energiaa varastoivia kalvoja, joita voisi käyttää bioyhteensopivissa tai biohajoavissa superkondensaattoreissa.

– Kemiallisesti hapettavat kalvot ovat yksinkertaisesti kalvoja, joihin on sitoutunut hapetinta kuten cerium(IV)-ioneja. Hapettavien kalvojen avulla voidaan valmistaa toiminnallisia kalvoja yksinkertaisesti upottamalla ne sopivaan lähtöaineliuokseen, Marttila selittää.

Näin kalvoihin voidaan polymerisoida esimerkiksi yhtä maailman tutkituimmista materiaaleista, bioyhteensopivaa PEDOT johdepolymeeriä. Hapettavat monikerroskalvot on kehitetty Turun yliopistossa ja Marttilan tutkimuksen ansioista niiden toimintaperiaate tunnetaan nyt entistä tarkemmin.

– Hapettavia monikerroskalvoja on pitkään valmistettu perinteisellä kasto-kerroskasvatusmenetelmällä, jossa haluttu pinta upotetaan vuorotellen sopiviin lähtöaineliuoksiin välihuuhteluineen. Väitöskirjatyössäni kuitenkin valmistimme hapettavia monikerroskalvoja edistyneemmällä ruiskutus-pyöritys-kerroskasvatusmenetelmällä ja saimme näin parannettua kalvojen laatua ja lyhennettyä niiden kerrostusaikaa, Marttila kertoo.

Ensimmäinen tutkituista toiminnallisista kalvoista perustui bioyhteensopivaan PEDOT-johdepolymeeriin ja ohuen kalvon kyky varastoida energiaa oli lupaava.

– Lisäksi hapetimme hapettaviin monikerroskalvoihin eumelaniinianalogi DHI-melaniinia. Melaniinikalvot ovat lupaavia komponentteja biohajoaviin superkondensaattoreihin ja tutkimuksessa saimme uutta tietoa näistä erittäin kiinnostavista materiaaleista. Kaikkiaan työ on hyvä askel osana laajempaa materiaalitutkimusta, Marttila kiteyttää.

Marttila esittää väitöskirjansa Oxidative multilayer films and eumelanin analogs for biocompatible supercapacitors julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 16. joulukuuta kello 12 (Turun yliopisto, Publicum, Pub 3 -luentosali, Assistentinkatu 7, Turku).

Väitöstä voi seurata myös etänä.

Vastaväittäjänä on dosentti Radosław Mrówczyński (Adam Mickiewicz yliopisto, Poznań, Puola) ja kustoksena professori Jukka Lukkari (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on kemia.

Väitöskirja on julkaistu sähköisenä.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)