aalto1 untyped-item.component.html
Conception of platform materials based on self‐assembly between biosurfactants and cellulose
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2026-03-06
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
81 + app. 89
Series
Aalto University publication series Doctoral Theses, 35/2026
Abstract
The increasing global production of plastics underscores the urgent need for sustainable alternatives to fossil-based plastics. Due to their renewability, biodegradability, strong mechanical properties, and specific water interactions cellulose nanocrystals (CNCs) have attracted considerable attention as bio-based nanomaterials. However, challenges related to their dispersion, stability, and gelation limit their direct use in advanced material applications. This dissertation explores the potential of combining CNCs with sugar-based biosurfactants prepared by microbial fermentation to design fully bio-based and sustainable material systems.
The overarching aim was to investigate how biosurfactants can enhance the dispersion and functionality of CNCs while maintaining simplicity and renewability in the resulting materials. Three objectives guided the work: (i) elucidating the dispersion of uncharged CNCs using biosurfactants, (ii) developing multicomponent hydrogels combining CNCs and biosurfactants, and (iii) evaluating the role of biosurfactants in CNC gelation. These objectives have been met through three publications. The results demonstrate that biosurfactants can effectively stabilize CNC dispersions, significantly enhance the mechanical and responsive properties of CNC-based hydrogels and reduce the gelation threshold of negatively charged CNCs.
Taken together, this dissertation provides the first systematic evidence that biosurfactants can act as versatile, fully bio-based agents to overcome key limitations of CNCs. Building on this groundwork, future research should focus on examining biosurfactant–cellulose interactions at the molecular level, optimizing preparation conditions, and translating these insights into application-driven designs. These findings establish a foundation for the rational design of sustainable CNC–biosurfactant systems, paving the way toward impactful real-world applications.
Maailmanlaajuinen muovintuotanto kasvaa jatkuvasti, mikä korostaa tarvetta kehittää kestäviä vaihtoehtoja fossiilipohjaisille muoveille. Selluloosan nanokiteet (CNC:t) ovat uusiutuvia, biohajoavia, ja niillä on hyvät mekaaniset ominaisuudet, minkä vuoksi ne ovat kiinnostavia biopohjaisina nanomateriaaleina. Niiden suoraa käyttöä edistyneissä materiaalisovelluksissa kuitenkin rajoittavat ongelmat, jotka liittyvät dispersiokykyyn, stabiilisuuteen ja geeliytymiseen. Tämä väitöskirja tutkii CNC:iden yhdistämistä sokeripohjaisiin biopohjaisiin pinta-aktiivisiin aineisiin täysin biopohjaisten ja kestävien materiaalijärjestelmien kehittämiseksi.
Tutkimuksen päätavoitteena on selvittää, kuinka biosurfaktantit voivat parantaa CNC:iden dispersio-ominaisuuksia ja toiminnallisia valmiuksia samalla kun materiaalien yksinkertaisuus ja uusiutuvuus säilytetään. Työlle asetettiin kolme tavoitetta: (i) selventää varauksettomien CNC:iden dispersiota biopohjaisten pinta-aktiivisten aineiden avulla, (ii) tutkia CNC:iden ja biopohjaisten piunta-aktiivisten aineiden muodostamien monikomponenttisten hydrogeelien syntyä ja ominaisuuksia sekä (iii) arvioida biopohjaisten pinta-aktiivsten ainieden roolia CNC:iden geeliytymisessä. Näitä tavoitteita käsiteltiin kolmessa julkaisussa. Tulokset osoittavat, että biopohjaiset pinta-aktiiviset aineet vakauttavat tehokkaasti CNC-dispersioita, parantavat merkittävästi CNC-pohjaisten hydrogeelien mekaanisia ja responsiivisia ominaisuuksia sekä alentavat negatiivisesti varautuneiden CNC:iden geeliytymiskynnystä.
Yhteenvetona tämä väitöskirja tarjoaa ensimmäisen systemaattisen näytön siitä, että biopohjaiset pinta-aktiiviset aineet voivat toimia monipuolisina, täysin biopohjaisina aineina CNC:iden keskeisten rajoitteiden voittamiseksi. Jatkossa tutkimuksen tulisi keskittyä biopohjaisten pinta-aktiivisten aineiden ja selluloosan vuorovaikutusten selvittämiseen molekyylitasolla, valmistusolosuhteiden optimointiin sekä löydösten soveltamiseen käytännön materiaalisuunnittelussa. Nämä tulokset luovat perustan kestävien tässä työssä esiteltyjen materiaalien rationaaliselle suunnittelulle ja avaavat polkuja merkittäviin käytännön sovelluksiin.
Description
Supervising professor
Kontturi, Eero, Prof., Aalto University, Department of Bioproducts and Biosystems, Finland; Baccile, Niki, Dr., Sorbonne University, FranceThesis advisor
Xu, Wenyang, Dr., Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, GermanyOther note
Otsikossa virhe tiivistelmäsivulla.
There is an error in the title on the summary page.
There is an error in the title on the summary page.
Parts
- [Publication 1]: Phi Thuy-Linh, Xu Wenyang, Pernot Petra, Baccile Niki, Kontturi Eero. 2025. Enhancing Aqueous Dispersibility of Uncharged Cellulose Through Biosurfactant Adsorption. ACS Applied Polymer Materials (Impact Factor: 4.8), 7, 11, 7157–7168.
DOI: 10.1021/acsapm.5c00720 View at publisher
- [Publication 2]: Phi Thuy-Linh, Kontturi Eero, Baccile Niki. 2025. Orthogonality between cellulose nanocrystals and a low-molecular weight gelator. Journal of Colloid and Interface Science (Impact Factor: 9.7), 702, 2, 138995.
DOI: 10.1016/j.jcis.2025.138995 View at publisher
- [Publication 3]: Phi Thuy-Linh, Nassif Nadine, Chaleix Vincent, Baccile Niki, Kontturi Eero. Mapping the sol–gel transition in cellulose nanocrystal/biosurfactant systems. Submitted to Angewandte Chemie International Edition (Impact Factor: 17) in the year 2025