Turun yliopiston tohtorikoulutettava Lauri Marttila tutki väitöskirjatutkimuksessaan materiaaleja, joita voidaan käyttää energian varastointiin bioyhteensopivien ja biohajoavien laitteiden voimalähteissä.
Bioyhteensopivia tai -hajoavia elektronisia laitteita voitaisiin hyödyntää esimerkiksi lääketieteellisessä diagnostiikassa tai ympäristöanalytiikassa.
”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 tiedotteessa.
Melaniinien soveltavaa tutkimusta tehdään maailmalla, mutta materiaalien kemiaan liittyy vielä paljon avoimia kysymyksiä. Melaniinien rakenne on niin monimutkainen, että sitä on mahdotonta selvittää tarkasti.
Luonnon eumelaniinia muistuttavia materiaaleja voidaan kuitenkin valmistaa laboratoriossa. Tutkituin eumelaniinianalogi on polydopamiini, jota valmistetaan hapettamalla hermoston välittäjäainetta dopamiinia.
Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli oppia ymmärtämään melaniinimateriaaleja paremmin tutkimalla pH:n ja metalli-ionien vaikutusta polydopamiinin muodostumiseen.
Monikerroskalvoja edistyneellä menetelmällä
Marttila perehtyi monikerroskalvojen valmistukseen ja käyttöön toiminnallisten ohutkalvojen valmistuksessa. Hän tutki, voidaanko hapettavilla kalvoilla valmistaa energiaa varastoivia kalvoja.
”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 kertoo.
Hapettavat monikerroskalvot on kehitetty Turun yliopistossa. Marttilan tutkimuksen ansiosta 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. 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.