Selluloosasta valmistetuilla nanomateriaaleilla on parempia ja kokonaan uusia ominaisuuksia verrattuna perinteisiin selluloosamateriaaleihin. Tällaisista uusiutuvista materiaaleista on mahdollista valmistaa uudenlaisia korkean arvon tuotteita, joille on kysyntää monissa eri sovelluskohteissa. Kasveissa nanoselluloosakuidut ovat hierarkkisesti järjestäytyneinä. Tämä korkean asteen järjestyneisyys kuitenkin menetetään, kun selluloosa pilkotaan eli fibrilloidaan pienemmiksi nanoselluloosakuiduiksi. Eristyksen aikana nanoselluloosakuidut erotetaan toisistaan itsenäisiksi kuiduiksi, jolloin ne ovat vapaita kietoutumaan toisiinsa nähden ja ovat tällöin geelimäisessä muodossa. Monissa sovelluskohteissa tavoitellaan järjestäytyneitä ja suuntautuneita rakenteita. Tästä syystä myös nanoselluloosakuitujen suuntaamista on yritetty erilaisiin käyttötarkoituksiin, kuten biolääketieteen materiaaleihin ja sovelluksiin. Yksinään nanoselluloosakuidun suuntaaminen on kuitenkin haastavaa, ja vielä haastavampaa kun mukana on muita materiaalikomponentteja.

Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia kuitumaisen nanoselluloosan järjestäytymistä ja suuntautuneiden, toiminnallisten nanoselluloosapintojen ja nanokomposiittikalvojen valmistusta. Tavoitteena oli myös tutkia solujen kasvun ohjaamista tällaisilla suunnatuilla nanoselluloosa-alustoilla ja orientoida soluja järjestäytyneen nanoselluloosan suuntaiseksi. Ihon kudosteknologian näkökulmasta nanoselluloosan kyky absorboida paljon vettä tekee siitä potentiaalisesti hyvän haavanhoitomateriaalin. Työssä tutkittiin modifioitujen nanoselluloosakuitujen käyttöä pinnoitemateriaalina halvan selluloosapohjaisen haavanpeitemateriaalin päällä. Pinnoitteella tavoiteltiin soluyhteensopivuuden parantumista käyttämällä anioniseksi ja kationiseksi muokattuja nanoselluloosakuituja ja näiden yhdistelmiä. Lisäksi työssä vertailtiin rasvan kantasolujen ja ihon fibroblastisolujen kasvua näillä eri pinnoitteilla. Viimeisenä tavoitteena työssä oli kehittää menetelmää, jonka avulla voidaan suunnata nanoselluloosakuituja hiilinanoputkien läsnä ollessa, ja muodostaa nanokomposiittikalvo, jonka sähköiset ominaisuudet ovat erilaiset eri suunnissa.

Tässä työssä selluloosananokuitujen suuntaamiseen käytettiin haihtumisen aikaansaamaa nanokuitujen itsejärjestäytymistä, jonka avulla valmistettiin suuntautuneita nanoselluloosakuitupintoja. Hiiren fibroblastisolut kasvoivat ja suuntautuivat näillä pinnoilla järjestäytyneiden nanoselluloosakuitujen suuntaisesti. Nanoselluloosakuitujen järjestäytymistä tutkittiin myös yhdessä hiilinanoputkien kanssa, ja niistä valmistettiin sähköisesti anisotrooppisia nanokomposiittikalvoja. Työssä valmistettiin myös tasaisemmin eri suuntiin sähköä johtavia isotrooppisia kalvoja nanoselluloosakuitujen ja hiilinanoputkien dispersiosta. Anisotrooppiset nanokomposiittikalvot valmisteettiin lisäämällä tähän dispersioon vapaata nanoselluloosakuitua, jonka suuntautuminen haihtuvan pisaran rajapinnan suuntaisesti oli jo osoitettu. Tätä rajapinnan suuntaisesti järjestäytymistä hyödynnettiin, ja saatiin valmistettua anisotrooppisia nanokomposiittikalvoja.

Tässä työssä solujen kasvua tutkittiin erilaisilla nanoselluloosapinnoilla ja - pinnoitteilla. Hiiren fibroblastisolut jakautuivat ja kasvoivat parhaiten anionisista nanoselluloosakuiduista (a-CNF) valmistetuilla pinnoilla, joskin myös kationisista nanoselluloosakuiduista (c-CNF) valmistettu pinta oli solujen kasvulle suotuisa alusta. Ihmisen rasvan kantasolut kasvoivat parhaiten a-CNF ja kationisesta ja anionisista nanoselluloosakuiduista (c+a-CNF) valmistetuilla yhdistelmäpinnoitteisilla selluloosaverkoilla ja tarttuivat nopeasti c-CNF pinnoitetulle verkolle. Solujen elinkyky c-CNF pinnoitteisilla alustoilla oli kuitenkin a-CNF ja c+a-CNF yhdistelmäpinnoitteisia alustoja heikompi. Ihmisperäiset ihon fibroblastit kasvoivat hyvin a-CNF ja c+a-CNF pinnoitetuilla verkoilla, mutta niiden elinkyky oli heikko c-CNF pinnoitetuilla verkoilla. Solujen elinkyky oli kuitenkin parempi kaikilla nanoselluloosakuiduilla pinnoitetuilla verkoilla verrattuna pinnoittamattomaan selluloosaverkkoon.

Väitöskirjan tutkimuksissa näytettiin ensi kertaa, että suuntautuneiden pintojen valmistukseen voidaan käyttää nanoselluloosakuidun suuntautumista haihtuvan pisaran rajapinnan suuntaisesti, ja solut kasvavat suuntautuneiden nanoselluloosakuitujen suuntaisesti. Samaa itsejärjestäytymismekanismia hyödynnettiin – myös ensimmäistä kertaa – anisotrooppisesti sähköä johtavien c-CNF/MWCNT nanokomposiittikalvojen valmistuksessa.