Engelsk:The NORwegian nanoCELlulose Technology Platform Norsk: NORsk teknologiplattform for nanoCELlulose

Svært lovende resultater for utnyttelse av nanocellulose i helt nye anvendelser har kommet fram i NORCEL-prosjektet; økt oljeutvinning og regenerering av ødelagt vev i kroppen. Det er gjort framskritt når det gjelder bruk av nanocellulose i papir og emballasje. Nanocellulose er cellulosefiber med dimensjoner i nanoskala som kan produseres fra trær eller andre planter og med mange mulige anvendelser. Hovedmålet i NORCEL har vært å utvikle forskjellige typer nanocellulose og bruke dem i tre anvendelsesområder: i) i papir og emballasje, ii) til å øke oljeutvinning (EOR) og iii) for å regenerere ødelagt vev i kroppen, såkalt tissue engineering. Engineering av nanocelluloser. I NORCEL-prosjektet har det blitt utviklet mange ulike typer nanocellulose med forskjellige egenskaper som er egnet til bruk i de ulike anvendelsesområdene. Hvilke egenskaper ved nanocellulosen som er hensiktsmessig avhenger av hva den skal brukes til. For papir og emballasje er styrke og seighet viktig. I EOR utnyttes viskositetsgivende egenskaper. Størrelsen til partiklene er viktig. Det samme er stabilitet ved varierende saltinnhold og temperatur. I tissue engineering har det blitt laget cellulosebaserte stillas (scaffolds) til celler. De mekaniske egenskapene til stillaset er viktig for hvordan stamceller utvikler seg til spesialisert vev. I tillegg er nanocellulosens overflatekjemi viktig for om cellene fester seg, deler seg og vokser. En viktig del av NORCEL har derfor vært å utvikle nanocellulosetyper og nanocellulosebaserte strukturer, og studere hvordan de oppfører seg i de forskjellige anvendelsesområdene. Papir og emballasje. Nanocellulose har vært studert i papir og emballasje tidlligere for å forbedre styrke, som et tilsatsstoff for å kunne øke mineralinnholdet i papir, og som oksygenbarriere i emballasje. Utfordringene var derfor kjent og av både fundamental og praktisk karakter. I NORCEL har vi funnet den mest effektive måten for å tilsette nanocellulose i papir. Videre har vi laget coating av nanocelluose på papir i pilotskala. Med dette er forskningsfronten innen dette området bragt framover. Økt oljeutvinning. I Nordsjøen blir olje utvunnet fra reservoarene ved å injisere sjøvann. Likevel er det mer enn 50 % av oljen som blir værende igjen i reservoaret. I NORCEL har vi studert bruken av nanocellulose som et tilsatsstoff til injeksjonsvannet, en helt ny anvendelse for nanocellulose. Oljereservoar har mange små porer der oljen er lokalisert. Vannet som injiseres må kunne flyte gjennom porene for å ekstrahere olje. En kritisk forutsetning for å bruke nanocellulose er at partiklene ikke plugger igjen porene. I prosjektet har det blitt vist at vann som inneholder små nanocellulosepartikler kan strømme gjennom porene. Det er også vist at man får ut mer olje ved å tilsette nanocellulose enn om man bruker saltvann alene. Tissue engineering. Forskning på nanocellulose og stamceller kombinert med 3D-trykking åpner nye muligheter for å regenerere ødelagt vev i kroppen. I tissue engineering blir stamceller sådd inn i et stillas, eller et scaffold, hvor de kan gro og forme nytt vev. Vi har bygget scaffolds fra nanocellulose og testet effekten på celler og dyr. For å få cellene til å utvikle seg til vev kreves det en hårfin balanse av materialegenskapene til stillaset. Vi har laget mange nanocellulosebaserte scaffolds og brukt forskjellige celletyper fra dyr og mennesker i testene. Scaffolds har også blitt implantert i rotter i seks måneder for å studere utviklingen over tid. Resultatene viser at de nanocellulosebaserte stillasene er biokompatible og har høy helingskapasitet, noe som er svært lovende i forbindelse for regenerering av ødelagt vev, samt for behandling av kroniske sår. Nanocellulosebaserte geler som inneholdt levende celler har blitt utviklet og brukt i 3D-trykking (såkalt bioprinting) med suksess. Cellene overlevde trykkeprosessen, noe som er et kristisk punkt. Stamceller fra beinmarg til mennesker ble brukt i trykkingen. Målet var at disse skulle utvikle seg til beinceller, og det gjorde de. Konklusjonen er at nanocellulose er et svært lovende materiale innen tissue engineering. I NORCEL har resultatspredning vært viktig, noe som har resultert i en rekke publikasjoner av vitenskapelig og populærvitenskapelig karakter: Artikler i populærvitenskapelige tidsskrifter: 4 Artikler publisert i elektroniske media: 13 Avisartikler: 2 Radiointervju: 3 TV-reportasjer: 1 Vitenskapelige publikasjoner: 21 (Mål: 20) Bokkapitler: 1 Fagfellevurderte konferansepresentasjoner: 2 Øvrige konferansepresentasjoner: 68 (Mål: 15) Publiserte masteroppgaver: 2 Publiserte PhD-avhandlinger: 3 (Mål: 3) Gjennomførte prosjektmøter: 11 Deltagelse i COST-aksjoner: 1

The project has advanced the international research front of production of and new applications of nanocellulose The project has strengthened RISE PFI's position as a leading research group within nanocellulose technology and established an excellent knowledge base for the Norwegian industry producing or using nanocellulose. In a recent market survey, the two Norwegian industry companies Borregaard and Norske Skog (participating in the NORCEL-project) were ranked as being two of the five world leading market players within nanocellulose production. New knowledge has been established within new uses of nanocellulose (tissue engineering and EOR) Three PhD-students have been educated within the field of nanocellulose research. New results have been developed within use of nanocellulose for EOR purposes. New highly promising scaffold materials for tissue engineering have been developed. The research front has been advanced within use of nanocellulose in packaging applications.

Development in material technology demands an ever-increasing control of material structure, chemistry and interactions. The main goal of this project is to develop and utilize the material nanocellulose for the industrial, biomedical and pharmaceutical f ields. Nanocellulose implies nanocrystalline cellulose and nanofibrillated (or microfibrillated) cellulose, and is a high value product obtained from lignocellulosic biomass (wood, forestry- and agricultural wastes). The vision of the NORCEL project is to develop an internationally leading research platform for production, modification and control of morphology, chemistry and three-dimensional structures of nanocellulose at a fundamental level. Further, this generic knowledge will be utilized as the proje ct will explore the use of nanocellulose in the following three application areas; 1) Use of nanocellulose in paper and packaging, 2) Applications of nanocellulose within petroleum industry and 3) Use of nanocellulose in tissue engineering. Interactions b etween nanocellulose and other material components and the possibility of obtaining applications using this biobased nanomaterial in novel material concepts (addressing the green economy of the future) is important aspects in this project.