Interfacial complexation of charged carbohydrates; a path to green material design
No Thumbnail Available
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemiantekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
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.
Author
Date
2023-12-10
Department
Major/Subject
Biotuotteet
Mcode
CHEM3048
Degree programme
Kemiantekniikan kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
24
Series
Abstract
This bachelor thesis investigates electrostatic complexation at material interfaces, emphasizing biopolymers due to their biodegradability and favourable properties. making them promising candidates for tissue engineering and drug delivery applications. Electrostatic complexation, or electrostatic self-assembly, governs the spontaneous organization of charged entities, including ions or molecules. Specifically, at the interface of a charged polymer solution, this process is known as interfacial polyelectrolyte complexation, facilitating the dynamic generation of fibers, capsules, and films. The complexation between modified zwitterionic chitin and anionic seaweed alginate is explored in this study. Chemical modifications, such as deacetylation and carboxymethylation, imparted positive and negative charges to chitin, resulting in its zwitterionic nature. Capsule formation among these biopolymers is illustrated, with optimized conditions studied through a phase diagram using varied chitin and alginate concentrations. Capsules showed significant shrinkage, especially at higher alginate concentrations. A phenomenon behind shrinking can be explored further in future studies. Encapsulation of living algae cells with zwitterionic chitin and positively charged chitosan solution is also demonstrated. Modified zwitterionic chitin fibers exhibit the potential to form stable complexes with diverse polymers, presenting versatile applications for greener material design. The study's encapsulation of living cells hints at promising future research paths for drug delivery and cell factory applications. This investigation lays the groundwork for a comprehensive understanding of electrostatic complexation, propelling advancements in biopolymer-based technologies.Tässä kandidaatintyössä tutkitaan elektrostaattisten kompleksien muodostumista materiaalien rajapinnoilla, keskittyen erityisesti biopolymeereihin. Näiden materiaalien biohajoavuus ja muut ominaisuudet tekevät niistä lupaavia ratkaisuja kudostekniikan ja lääkeaineiden kuljetuksen sovelluksiin. Työn kokeellisessa osuudessa tarkasteltiin modifioidun kahtaisionina toimivan kitiinin ja negatiivisesti varautuneen alginaatin välistä kompleksimuodostusta, jonka tuloksena syntyi kapseleita. Kitiinin kahtaisioniluonteen saavuttamiseksi sitä muokattiin deasyteloinnilla ja karboksimetyloinnilla. Lähtöaineiden konsentraatioiden vaikutusta muodostuneiden kapseleiden stabiilisuuteen tutkitaan faasidiagrammin avulla. Kapseleiden havaittiin kutistuvan erityisesti korkeissa alginaattipitoisuuksissa. Kutistumisen taustalla olevan ilmiön tunnistamista voidaan selvittää mahdollisissa jatkotutkimuksissa. Työssä demonstroitiin myös elävien leväsolujen kapselointi, jossa käytettiin kahtaisionia kitiiniä ja positiivisesti varautunutta kitosaania. Tutkimus osoittaa, että kahtaisionina toimiva kitiini muodostaa stabiileja komplekseja erilaisten biopolymeerien kanssa, avaten mahdollisuuksia ekologisempien materiaalien kehittelyyn. Elävien solujen kapselointia voidaan hyödyntää tulevaisuudessa esimerkiksi lääkeaineiden kuljetuksessa sekä solutehtaissa. Lisäksi tämä tutkimus syventää ymmärrystä elektrostaattisten kompleksien muodostumisesta ja niiden hyödyntämisestä biopolymeeritekniikassa.Description
Supervisor
Kontturi, EeroThesis advisor
Keerakkara Arumughan, VishnuKeywords
interfacial complexation, electrostatic complexation, zwitterion, chitin
