Kun kitiini (vaaleanpunainen) ja alginaatti (vaaleansininen) tuodaan kosketuksiin, alginaatti alkaa kiertyä kitiinihiukkasten ympärille ja muodostaa säikeitä, jotka asettuvat yhdensuuntaisiksi, kun lankaa vedetään ylöspäin. (Kuva: Rafael Grande)

Superlankaa merilevästä ja ravunkuoresta

Ravunkuoren kitiini antaa langalle lujuutta, ja levän alginaatti tekee siitä joustavaa.

Uusi biomateriaali sopii erityisesti lääketieteen sovelluksiin, sillä sekä kitiinillä että alginaatilla on antimikrobisia ominaisuuksia.

Vahvan ja samalla joustavan materiaalin valmistaminen on materiaalisuunnittelun suurimpia haasteita, sillä yleensä lujuuden lisääminen merkitsee joustavuudesta tinkimistä ja päinvastoin.

Aalto-yliopiston, brasilialaisen São Paulon yliopiston ja kanadalaisen Brittiläisen Kolumbian yliopiston tutkijat onnistuivat selättämään haasteen yhdistämällä merilevästä saatavaa kumimaista alginaattia ravunkuoren kitiiniin ja kehräämällä yhdistelmän vahvaksi ja joustavaksi langaksi.

– Halusimme luoda biomateriaalin, jossa yhdistyisivät kitiinin ja alginaatin parhaat puolet, Aalto-yliopiston professori Orlando Rojas sanoo.

Valmistusta varten tutkijat muokkasivat sinirapujen kierrätetyistä kuorista saamaansa kitiiniä niin, että se sai positiivisen sähkövarauksen, ja pilkkoivat sen nanomittaisiksi hiukkasiksi. Koska alginaattimolekyylit ovat luonnostaan negatiivisesti varautuneita, ne vetävät puoleensa positiivisesti varautuneita kitiinihiukkasia.

Kun nämä komponentit tuodaan kosketuksiin, alginaatti alkaa kiertyä kitiinihiukkasten ympärille ja muodostaa säikeitä, jotka asettuvat yhdensuuntaisiksi, kun lankaa vedetään ylöspäin.

Tutkijat tekivät useita kokeiluja selvittääkseen, minkä kokoiset kitiinihiukkaset toimivat langassa parhaiten ja missä suhteessa komponentteja kannattaa sekoittaa.

Kitiinihiukkasten pituus vaikutti merkittävästi langan ominaisuuksiin. Pidemmistä hiukkasista valmistettu lanka oli vahvaa mutta katkesi kehrätessä useammin, todennäköisesti hiukkasten koon aiheuttamien epätasaisuuksien vuoksi. Kun hiukkaset olivat pienempiä, lanka oli joustavampaa ja kehrääminen onnistui helpommin.

Sekä kitiini että alginaatti ovat yhteensopivia ihmiselimistön kanssa, ja molemmat torjuvat myös mikrobien kasvua. Siksi tutkijat uskovat, että niistä tehty hybridimateriaali on erityisen lupaava erilaisissa biolääketieteen sovelluksissa.

– Materiaalille voi löytyä käyttökohteita esimerkiksi haavanhoidossa, lääkekuljettimien materiaalina sekä kudosteknologiassa, sanoo Aalto-yliopiston tutkijatohtori Rafael Grande.

Tutkijat onnistuivat tuottamaan lankaa myös jatkuvatoimisena prosessina. Jatkotutkimus keskittyy prosessin kehittämiseen niin, että kehräys onnistuu yhä suuremmassa mittakaavassa.

Kommentit

»Kommentoinnin säännöt