Organized Nanostructures of Thermoresponsive Poly(N-isopropylacrylamide) Block Copolymers Obtained Through Controlled RAFT Polymerization

Kontrolloidut radikaalipolymerointimenetelmät, kuten RAFT-polymerointi, ovat moderni tapa valmistaa polymeerejä säädellysti. RAFT-polymeroinnilla polymeerien ketjunpituutta, moolimassajakaumaa, mikrorakennetta (taktisuus, järjestys), koostumusta ja funktionaalisuutta kyetään hallitsemaan. Siten menetelmällä voidaan valmistaa uudenlaisia polymeeriarkkitektuureja, kuten blokki- ja tähtipolymeerejä, sekä hybridimateriaaleja ja biokonjugaatteja. Polymeeristen rakennuspalikoiden itsejärjestyminen, missä huolellisesti syntetisoidut polymeerit järjestyvät halutulla tavalla nanoskaalassa, on suosittu tutkimuskohde materiaalitieteessä. On huomattava, että blokkipolymeerien itsejärjestyminen on vielä suhteellisen nuori tutkimusaihe. Tämän hetkiset polymeeriset nanomateriaalit ovat suhteellisen yksinkertaisia luonnon luomuksiin verrattuina, tarjoten jatkuvasti uusia mahdollisuuksia seuraavan sukupolven polymeereille. Tässä työssä RAFT-polymeroinnilla syntetisoitiin amfifiilisiä di- ja triblokkikopolymeerejä sekä tutkittiin niiden järjestymistä nanorakenteiksi. Kaikissa blokkikopolymeereissä käytettiin lämpöherkkää poly(N-isopropyyliakryyliamidia). Siten polymeerit ja tutkitut materiaalit reagoivat lämpötilanmuutokseen ympäristössä eli ovat ns. ympäristöherkkiä. Työssä tutkittiin taktisuuden kontrollointia N-isopropyyliakryyliamidin RAFT-polymeroinnissa. Polymeerin taktisuutta sekä ketjunpituutta ja blokkijärjestystä säätämällä voitiin hallita polymeerin itsejärjestymistä vesiliuoksessa. Amfifiiliset polymeerit järjestyivät laimeissa vesiliuoksissa erilaisiksi misellirakenteiksi, muodostaen ns. mikrosäiliöitä. Tällaisilla polymeereillä odotetaan olevan sovelluksia esim. lääkeainevapautuksessa. Amfifiilejä käytetään myös esimerkiksi apuaineina pinnoitteissa ja kosmetiikassa. Kiinteässä tilassa tutkitut triblokkikopolymeerit muodostivat teoreettisesti ennustettuja morfologioita. Lämpöherkän materiaalin hydrogeelit toimivat suodatinmembraanina nanokokoluokassa. RAFT-polymeroinnilla syntetisoituja polymeereja voidaan sellaisenaan käyttää kultananopartikkeleiden päällystämiseen. Kultananopartikkelit ovat erittäin kiinostavia mm. niiden stabiilisuuden ja ainutlaatuisten pintaominaisuuksien vuoksi. Kun amfifiilisiä polymeerejä kiinnitettiin kultapartikkelin pinnalle, sen liuos- ja optisia ominaisuuksia voitiin säädellä pH:n ja lämpötilan avulla. Tällaisilla kultananopartikkeleilla on sovelluksia mm. diagnostiikassa, sensoreina ja solukuvauksessa.

Syntheses and Self-Assembling Characteristics of Amphiphilic Star Diblock Copolymers

Uusien polymeeripohjaisten teknologioiden ja materiaalien myötä räätälöityjen polymeerien tarve on kasvanut. Viime vuosituhannen lopussa kehitetyt kontrolloidut polymerointimenetelmät ovat avanneet uusia mahdollisuuksia paitsi monimutkaisten polymeerien synteesiin, myös itsejärjestyvyyteen perustuvien funktionaalisten nanorakenteiden suunnitteluun ja valmistukseen. Nämä voivat jäljitellä luonnossa esiintyviä rakenteita, joita muodostavat esimerkiksi lipidit ja proteiinit. Itsejärjestyvät molekyylit ovat usein amfifiilisiä eli ne koostuvat hydrofiilisistä ja hydrofobisista osista ja polymeereissä nämä osat voivat olla omina lohkoinaan, jolloin puhutaan amfifiilisistä lohko- tai blokkikopolymeereistä. Riippuen järjestyneiden rakenteiden koostumuksesta ja muodosta, amfifiilisiä blokkikopolymeerejä on tutkittu tai jo käytetty nanoteknologiassa, elastomeereissä, voiteluaineissa, pinta-aktiivisina aineina, lääkkeenannostelussa, maaleissa, sekä elektroniikka-, kosmetiikka- ja elintarviketeollisuudessa. Tavallisimmin käytetyt amfifiiliset blokkikopolymeerit ovat olleet lineaarisia, mutta viime aikoina tutkimus on suuntautunut kohti monimutkaisempia rakenteita. Tällaisia ovat esimerkiksi tähtipolymeerit. Tähtimäisissä polymeereissä miselleille tyypillinen ydin-kuori-rakenne säilyy hyvin alhaisissakin polymeerikonsentraatioissa, koska polymeeriketjut ovat kiinni toisissaan yhdessä pisteessä. Siten ne ovat erityisen kiinnostavia tutkimuskohteita erilaisten hydrofobisten orgaanisten yhdisteiden sitomiseksi ja vapauttamiseksi. Tässä työssä on tarkasteltu amfifiilisten tähtipolymeerien itsejärjestymistä vesiliuoksissa sekä kokeellisesti ja tietokonesimulaatioin. Työ koostuu kahdesta osasta: tähtipolymeerien synteesistä makrosyklisillä initiaattoreilla ja amfifiilisten tähtimäisten blokkikopolymeerien ominaisuuksien tutkimisesta.

“We live in in a house of blo- in a block of flats.” – Self-repair in EFL Spoken Language

Tämä tutkielma on osa Helsingin yliopiston rahoittamaa HY-talk -tutkimusprojektia, jonka tavoite on vankentaa puheviestinnän, erityisesti vieraiden kielten suullisen taidon opetusta ja arviointia yleissivistävässä koulutuksessa ja korkeakouluasteella. Tämän tutkielman tavoite on selvittää millaisia korjauksia englantia vieraana kielenä puhuvat ihmiset tekevät puheeseensa ja tutkia itsekorjauksen ja sujuvuuden välistä suhdetta. Korjausjäsennystä ja itsekorjausta on aiemmin tutkittu sekä keskustelunanalyysin että psykolingvistiikan aloilla, ja vaikka tämä tutkielma onkin lähempänä aiempaa keskustelunanalyyttistä kuin psykolingvististä tutkimusta, siinä hyödynnetään molempia suuntauksia. Itsekorjausta on yleisesti pidetty merkkinä erityisesti ei-natiivien kielenpuhujien sujuvuuden puutteesta. Tämän tutkielman tarkoitus on selvittää, kuinka läheisesti itsekorjaus todella liittyy sujuvuuteen tai sen puutteeseen. Tutkielman materiaali koostuu HY-talk -projektia varten kerätyistä puhenäytteistä ja niiden pohjalta tehdyistä taitotasoarvioinneista. Puhenäytteet kerättiin vuonna 2007 projektia varten järjestettyjen puhekielen testaustilanteiden yhteydessä kolmessa eteläsuomalaisessa koulussa. Koska projektin tavoitteena on tutkia ja parantaa kielten suullisen taidon arviointia, projektissa mukana olleet kieliammattilaiset arvioivat puhujien taitotasot projektia varten (Eurooppalaisen Viitekehyksen taitotasokuvainten pohjalta) koottujen arviointiasteikoiden perusteella, ja nämä arvioinnit tallennettiin osaksi projektin materiaalia. Tutkielmassa analysoidaan itsekorjauksia aiemman psykolingvistisen tutkimuksen pohjalta kootun korjaustyyppiluokituksen sekä tätä tutkielmaa varten luodun korjausten oikeellisuutta vertailevan luokituksen avulla. Lisäksi siinä vertaillaan kahden korkeamman ja kahden matalamman taitotasoarvioinnin saaneen puhujan itsekorjauksia. Tulokset osoittavat, että ei-natiivien puheessa esiintyy monenlaisia eri korjaustyyppejä, ja että yleisimpiä korjauksia ovat alkuperäisen lausuman toistot. Yleisiä ovat myös korjaukset, joissa puhuja korjaa virheen tai keskeyttää puheensa ja aloittaa kokonaan uuden lausuman. Lisäksi tuloksista käy ilmi, ettei suurin osa korjauksista todennäköisesti johdu puhujien sujuvuuden puutteesta. Yleisimmät korjaustyypit voivat johtua suurimmaksi osaksi yksilön puhetyylistä, siitä, että puhuja hakee jotain tiettyä sanaa tai ilmausta mielessään tai siitä, että puhuja korjaa puheessaan huomaamansa kieliopillisen, sanastollisen tai äänteellisen virheen. Vertailu korkeammalle ja matalammalle taitotasolle arvioitujen puhujien välillä osoittaa selkeimmin, ettei suurin osa itsekorjauksista ole yhteydessä puhujan sujuvuuteen. Vertailusta käy ilmi, ettei pelkkä itsekorjausten määrä kerro kuinka sujuvasti puhuja käyttää kieltä, sillä toinen korkeammalle taitotasolle arvioiduista puhujista korjaa puhettaan lähes yhtä monesti kuin matalammalle tasolle arvioidut puhujat. Lisäksi korjausten oikeellisuutta vertailevan luokituksen tulokset viittaavat siihen, etteivät niin korkeammalle kuin matalammallekaan tasolle arvioidut puhujat useimmiten korjaa puhettaan siksi, etteivät pystyisi ilmaisemaan viestiään oikein ja ymmärrettävästi.

Structure and Dynamics of Coil-like Molecules by Residual Dipolar Couplings

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy provides us with many means to study biological macromolecules in solution. Proteins in particular are the most intriguing targets for NMR studies. Protein functions are usually ascribed to specific three-dimensional structures but more recently tails, long loops and non-structural polypeptides have also been shown to be biologically active. Examples include prions, -synuclein, amylin and the NEF HIV-protein. However, conformational preferences in coil-like molecules are difficult to study by traditional methods. Residual dipolar couplings (RDCs) have opened up new opportunities; however their analysis is not trivial. Here we show how to interpret RDCs from these weakly structured molecules. The most notable residual dipolar couplings arise from steric obstruction effects. In dilute liquid crystalline media as well as in anisotropic gels polypeptides encounter nematogens. The shape of a polypeptide conformation limits the encounter with the nematogen. The most elongated conformations may come closest whereas the most compact remain furthest away. As a result there is slightly more room in the solution for the extended than for the compact conformations. This conformation-dependent concentration effect leads to a bias in the measured data. The measured values are not arithmetic averages but essentially weighted averages over conformations. The overall effect can be calculated for random flight chains and simulated for more realistic molecular models. Earlier there was an implicit thought that weakly structured or non-structural molecules would not yield to any observable residual dipolar couplings. However, in the pioneering study by Shortle and Ackerman RDCs were clearly observed. We repeated the study for urea-denatured protein at high temperature and also observed indisputably RDCs. This was very convincing to us but we could not possibly accept the proposed reason for the non-zero RDCs, namely that there would be some residual structure left in the protein that to our understanding was fully denatured. We proceeded to gain understanding via simulations and elementary experiments. In measurements we used simple homopolymers with only two labelled residues and we simulated the data to learn more about the origin of RDCs. We realized that RDCs depend on the position of the residue as well as on the length of the polypeptide. Investigations resulted in a theoretical model for RDCs from coil-like molecules. Later we extended the studies by molecular dynamics. Somewhat surprisingly the effects are small for non-structured molecules whereas the bias may be large for a small compact protein. All in all the work gave clear and unambiguous results on how to interpret RDCs as structural and dynamic parameters of weakly structured proteins.