Biomateriaali taipuu moneksi – myös design-kuulokkeiksi

Artikkelit
VTT
Pezhman Mohammadi ja Geza Szilvay

VTT kehittää uusia teknologioita materiaalien valmistamiseen mikrobien avulla. Perinteisesti biotekniikkaa on hyödynnetty kemikaalien, biopolttoaineiden sekä lääkkeiden valmistuksessa. Uusi aalto on nyt materiaalien valmistus mikrobien avulla.

Paljon puhutaan siitä, kuinka pitäisi siirtyä pois öljypohjaisista materiaaleista kestävän kehityksen mukaisiin ratkaisuihin, joista ei synny luontoa kuormittavaa mikromuovia. Siksi VTT:llä päätettiin katsoa, miten luonto toimii ja valmistaa omia rakennusmateriaalejaan.

– Luonnossa mikrobit ovat olennaisia biomassan hajottamisessa, tuottaen samalla muun muassa erilaisia biopolymeerejä.  Projektissamme biotekniikalla onkin suuri rooli juuri siinä, kuinka mikrobeja voidaan hyödyntää ja valmistaa niiden avulla ihmisille hyödyllisiä käyttömateriaaleja, kertoo VTT:n erikoistutkija Géza Szilvay Korvaa_projektista, jossa tutkittiin, kuinka luonnosta saadaan biomateriaalia tuotekehitykseen.

Tuloksena syntyi luonnonmateriaaleista kehitetyt kuulokkeet.

Kuulokkeissa elektroniikka on edelleen elektroniikkaa, mutta muut osat on valmistettu erilaisista mikrobeilla synteettisesti valmistetuista biomateriaaleista.

– Kuulokkeiden pantaosa on tehty biopohjaisesta ja biohajoavasta PLA-muovista, kertoo Szilvay.

Mikrobeilla voi tuottaa monia muitakin biomuoveja. VTT hyödyntää kehittämäänsä prosessia, jossa hiivan avulla saadaan uusiutuvista raaka-aineista maitohappoa ja edelleen PLA-muovia.

Sienirihmasto avuksi

Szilvayn mukaan PLA-muovi saatiin 3D-tulostustekniikan avulla oikeaan muotoonsa kuulokkeita varten.  

Kuulokkeiden pehmusteen päällysosassa on hyödynnetty sienirihmastoa, joka on Szilvayn mukaan melko uusi materiaali. Sienirihmasto muodostaa nahkamaisen maton, josta saadaan nahan tuntuista korviketta. Kuulokkeessa on lisäksi kalvo, joka valmistettiin mikrobeilla tuotetusta silkkiproteiinista.

– Biosynteettisen silkkikalvon proteiini muistuttaa hämähäkin seitin proteiineja, jota valmistimme mikrobeilla hyödyntäen hämähäkin silkkiproteiinien geenejä. Näin voimme kemiallisesti kontrolloida silkkiproteiinin tuotantoa ja prosessoida se kalvoksi, kertoo VTT:n tutkija Pezhman Mohammadi.

Hämähäkinsilkki on hyvin sitkeä biopolymeeri ja siten kestävämpi kuin useimmat raakaöljypohjaiset synteettiset polymeerit, hän lisää. 

Varsinaisessa pehmusteessa on hyödynnetty hyvin kestäviä vaahtoja muodostavia sienen proteiineja. Vaahtoa on käytetty tukirakennelmana selluloosalle.  

Kuulokkeiden ulommainen osa on puolestaan biokomposiittia, joka on valmistettu bakteerilla tuotetusta selluloosasta ja sienirihmastosta.

PLA-muovia on kaupallisesti saatavilla. Nyt myös hämähäkin silkkiproteiineja sekä sienirihmastosta valmistettavaa nahkamaista kangasta kehitetään laajempaan käyttöön. Mohammadin mukaan hämähäkinsilkkiä voidaan käyttää lääketieteessä sekä teollisuudessa:

– Näemme hämähäkkisilkille käyttöä muun muassa tekstiiliteollisuudessa, iskuja vaimentavissa materiaaleissa ja kirurgisissa kuiduissa.

Vastaus kiertotalouteen?

Tutkijoiden mukaan Korvaa-kuulokkeilla haluttiin näyttää, mitä synteettisen biologian keinoin voidaan tehdä.  

– Valitsimme tuotteeksi juuri kuulokkeet siksi, että ne ovat paitsi nykyaikainen ja henkilökohtainen sekä myös haastava tuote, koska ne sisältävät erityyppisiä materiaaleja, Szilvay kertoo.

Vaikka konsepti on herättänyt laajaa kiinnostusta, Szilvayn mukaan kuulokkeet eivät välttämättä kuitenkaan etene kaupalliseen kehitykseen asti.

– On jo kiinnostavaa itsessään, mitä kaikkea voimme korvata bioteknisesti tuotetuilla materiaaleilla, kuten olemme Korvaa-kuulokkeilla osoittaneet. Toki olemme miettineet, kuinka tästä edetään ja saadaan lisää biomateriaaleja teolliseen käyttöön, hän pohtii.

Korvaa-tuotekehitysprojekti eteni nopealla aikataululla: Gézan mukaan kuulokkeet olivat valmiit noin kuuden kuukauden kuluttua idean syntymisestä. Projektissa VTT ja Aalto-yliopisto vastasivat materiaalien tuottamisesta, Aivan teollisesta muotoilusta ja Fotoni Film hankkeen dokumentoinnista ja kuvauksesta.

– Materiaalien työstäminen ja muotoilu valmiiksi tuotteeksi oli kiinnostavaa ja itselleni uutta, kuvailee Szilvay.

– Myös muotoilutoimisto Aivanille uutta oli se, että muotoilun lähtökohta oli kehitteillä olevat materiaalit. Valmis tuote suunniteltiin materiaalin ehdoilla – ei muotoilun.

Projektia ja kuulokkeissa käytettyjen materiaalien kehitystä ovat rahoittaneet Suomen Akatemian tieteen huippuyksikkö HYBER, Sitra, professori Merja Penttilän koordinoima rahoitus Jenny ja Antti Wihurin rahastolta ja Synbio Powerhouse -ekosysteemi, VTT sekä Jenny ja Sophie von Julinin säätiö.

Jaa