Tutkimus

Tutkijat kehittivät metyyliselluloosasta ympäristöystävällisen valokuidun

Biobased optical fibers
Schematic illustration of a light coupled optical fiber and photographs of methylcellulose-based optical fibers under ambient light and UV light. Image: Ville Hynninen and Nonappa
Tampereen yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet optisia kuituja metyyliselluloosasta, joka on yleisesti käytetty selluloosan johdannainen. Tutkimustulokset avaavat uusia mahdollisuuksia valokuitujen ympäristöystävälliseen valmistamiseen. Tulokset julkaistiin Small-tiedelehdessä.

Edistyneet piilasiset valokuidut kykenevät siirtämään signaaleja valon muodossa kymmenien kilometrien päähän vain vähäisin häviöin. Niiden haittapuolena on kuitenkin hauraus ja joustamattomuus, jonka vuoksi ne soveltuvat huonommin esimerkiksi autoissa, kodeissa, tekstiileissä, laserleikkauksissa, lääketieteellisissä tähystyksissä sekä implantoitavissa laitteissa käytettäviin lyhyen matkan sovelluksiin. Kestävän kehityksen mukainen ratkaisu näihin ongelmiin saattaa olla biopolymeeristä valmistettu valokuitu. 

– Selluloosa on ekologinen raaka-aine, jota on runsaasti saatavilla ja jolla on paljon potentiaalia mitä erilaisimpiin sovelluksiin, kertoo Tampereen yliopiston tenure-track professori Nonappa. Hänen tutkimusryhmänsä kehittää biopolymeerisiä valokuituja lyhyen matkan sovelluksiin.

Optisten kuitujen tavanomaiseen valmistusprosessiin saattaa kuulua korkeassa lämpötilassa tai haitallisilla kemikaaleilla suoritettuja käsittelyvaiheita.

– Tutkimuksemme osoitti, että optisia kuituja on mahdollista valmistaa huonelämpötilassa yksinkertaisen ekstruusiomenetelmän avulla ilman kemiallisia sidosaineita hyödyntämällä metyyliselluloosaa sisältävää hydrogeeliä. Näin valmistettu kuitu on erityisen läpinäkyvää, kestävää ja joustavaa, ja sen häviöt ovat vähäisiä, Nonappa sanoo. 

Biopolymeerikuidut soveltuvat monikäyttöisiin antureihin

Tiedonsiirron lisäksi metyyliselluloosasta valmistettuja optisia kuituja voidaan myös muokata muihin käyttötarkoituksiin.

– Hydrogeeliin voidaan lisätä erilaisia molekyylejä ja nanopartikkeleita heikentämättä kuidun mekaanisia ominaisuuksia tai tiedonsiirtokapasiteettia. Tämän mahdollistaa kuitujen käytän erilaisissa anturisovelluksissa, kertoo tohtorikoulutettava Ville Hynninen, joka mainitaan artikkelissa ensimmäisenä kirjoittajana.

Jos hydrogeeliin lisätään esimerkiksi proteiinipinnoitettuja kultananoklustereita, lopputuloksena on valoa heijastava optinen kuitu, jota voidaan käyttää myrkyllisten metalli-ionien tunnistamiseen.  

Koska tulokset ovat lupaavia ja raaka-ainetta on runsaasti saatavilla, lisätutkimukset ovat aiheellisia selluloosasta valmistettujen optisten komponenttien ja laitteiden kehittämiseksi.    

Tutkimukseen osallistuivat professori Nonapan tutkimusryhmä Tampereen yliopistosta sekä professori Olli Ikkalan ja professori Zhipei Sunin ryhmät Aalto-yliopistosta. Tutkimus tehtiin Suomen akatemian fotoniikan lippulaiva PREINin, biotalouden tulevaisuuden ratkaisuihin ja materiaalitutkimukseen keskittyvässä FinnCERES-lippulaivan  sekä hybridimateriaalien molekyylimuokkauksen huippuyksikkö HYBERin puitteissa.

Lue Small-tiedelehdessä julkaistu artikkeli: Luminescent Gold Nanocluster-Methylcellulose Composite Optical Fibers with Low Attenuation Coefficient and High Photostability.

 

Contact

Uusimmat uutiset kategoriassa Tutkimus

Uusimmat uutiset