Asymmetrical flow field-flow fractionation in the study of water-soluble macromolecules

Asymmetrical flow field-flow fractionation (AsFlFFF) was constructed, and its applicability to industrial, biochemical, and pharmaceutical applications was studied. The effect of several parameters, such as pH, ionic strength, temperature and the reactants mixing ratios on the particle sizes, molar masses, and the formation of aggregates of macromolecules was determined by AsFlFFF. In the case of industrial application AsFlFFF proved to be a valuable tool in the characterization of the hydrodynamic particle sizes, molar masses and phase transition behavior of various poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) polymers as a function of viscosity and phase transition temperatures. The effect of sodium chloride salt and the molar ratio of cationic and anionic polyelectrolytes on the hydrodynamic particle sizes of poly (methacryloxyethyl trimethylammonium chloride) and poly (ethylene oxide)-block-poly (sodium methacrylate) and their complexes were studied. The particle sizes of PNIPAM polymers, and polyelectrolyte complexes measured by AsFlFFF were in agreement with those obtained by dynamic light scattering. The molar masses of PNIPAM polymers obtained by AsFlFFF and size exclusion chromatography agreed also well. In addition, AsFlFFF proved to be a practical technique in thermo responsive behavior studies of polymers at temperatures up to about 50 oC. The suitability of AsFlFFF for biological, biomedical, and pharmaceutical applications was proved, upon studying the lipid-protein/peptide interactions, and the stability of liposomes at different temperatures. AsFlFFF was applied to the studies on the hydrophobic and electrostatic interactions between cytochrome c (a basic peripheral protein) and anionic lipid, and oleic acid, and sodium dodecyl sulphate surfactant. A miniaturized AsFlFFF constructed in this study was exploited in the elucidation of the effect of copper (II), pH, ionic strength, and vortexing on the particle sizes of low-density lipoproteins.

Desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa takavarikoitujen huumausaineiden, steroidien ja räjähdysaineiden tutkimuksessa

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa tekniikan (engl. desorption atmospheric pressure photoionization, DAPPI) soveltuvuutta rikosteknisen laboratorion näytteiden analysointiin. DAPPI on nopea massaspektrometrinen ionisaatiotekniikka, jolla voidaan tutkia yhdisteitä suoraan erilaisilta pinnoilta. DAPPI:ssa käytetään lämmitettyä mikrosirua, joka suihkuttaa höyrystynyttä liuotin- ja kaasuvirtausta kohti näytettä. Näytteen pinnan komponentit desorboituvat lämmön vaikutuksesta, jonka jälkeen ionisoituminen tapahtuu VUV-lampun emittoimien fotonien avulla.DAPPI:lla tutkittiin takavarikoituja huumausaineita, anabolisia steroideja ja räjähdysaineita sekä niiden jäämiä erilaisilta pinnoilta. Lisäksi kartoitettiin DAPPI:n mahdollisuuksia ja rajoituksia erilaisille näytematriiseille ilman näytteiden esikäsittelyä. Takavarikoitujen huumausaineiden tutkimuksessa analysoitiin erilaisia tabletteja, jauheita, kasvirouheita, huumekasveja (khat, oopium, kannabis) ja sieniä. Anabolisia steroideja tunnistettiin tableteista sekä ampulleista, jotka sisälsivät öljymäistä nestettä. Jauheet ripoteltiin kaksipuoliselle teipille ja analysoitiin siltä. Muut näytteet analysoitiin sellaisenaan ilman minkäänlaista esikäsittelyä, paitsi nestemäisten näytteiden kohdalla näyte pipetoitiin talouspaperille, joka analysoitiin DAPPI:lla. DAPPI osoittautui nopeaksi ja yksinkertaiseksi menetelmäksi takavarikoitujen huumausaineiden ja steroidien analysoimisessa. Se soveltui hyvin rikoslaboratorion erityyppisten näytteiden rutiiniseulontaan ja helpotti erityisesti huumekasvien ja öljymäisten steroidiliuosten tutkimusta. Massaspektrometrin likaantuminen pystyttiin ehkäisemään säätämällä näytteen etäisyyttä sen suuaukosta. Likaantumista ei havaittu huolimatta näytteiden korkeista konsentraatioista ja useita kuukausia jatkuneista mittauksista. Räjähdysaineiden tutkimuksessa keskityttiin seitsemän eri räjähdysaineen DAPPI-MS-menetelmän kehitykseen; trinitrotolueeni (TNT), nitroglykoli (NK), nitroglyseriini (NG), pentriitti (PETN), heksogeeni (RDX), oktogeeni (HMX) ja pikriinihappoä Nämä orgaaniset räjähteet ovat nitraattiyhdisteitä, jotka voidaan jakaa rakenteen puolesta nitroamiineihin (RDX ja HMX), nitroaromaatteihin (TNT ja pikriinihappo) sekä nitraattiestereihin (PETN, NG ja NK). Menetelmäkehityksessä räjähdysainelaimennokset pipetoitiin polymetyylimetakrylaatin (PMMA) päälle ja analysoitiin siitä. DAPPI:lla tutkittiin myäs autenttisia räjähdysainejäämiä erilaisista matriiseista. DAPPI:lla optimoitiin jokaiselle räjähdysaineelle sopiva menetelmä ja yhdisteet saatiin näkymään puhdasaineina. Räjähdysainejäämien analysoiminen erilaisista rikospaikkamateriaaleista osoittautui haastavammaksi tehtäväksi, koska matriisit aiheuttivat itsessään korkean taustan spektriin, josta räjähdysaineiden piikit eivät useimmiten erottuneet tarpeeksi. Muut desorptioionisaatiotekniikat saattavat soveltua paremmin haastavien räjähdysainejäämien havaitsemiseksi.

Selective-Area Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a method to deposit thin films from gaseous precursors to the substrate layer-by-layer so that the film thickness can be tailored with atomic layer accuracy. Film tailoring is even further emphasized with selective-area ALD which enables the film growth to be controlled also on the substrate surface. Selective-area ALD allows the decrease of a process steps in preparing thin film devices. This can be of a great technological importance when the ALD films become into wider use in different applications. Selective-area ALD can be achieved by passivation or activation of a surface. In this work ALD growth was prevented by octadecyltrimethoxysilane, octadecyltrichlorosilane and 1-dodecanethiol SAMs, and by PMMA (polymethyl methacrylate) and PVP (poly(vinyl pyrrolidone) polymer films. SAMs were prepared from vapor phase and by microcontact printing, and polymer films were spin coated. Microcontact printing created patterned SAMs at once. The SAMs prepared from vapor phase and the polymer mask layers were patterned by UV lithography or lift-off process so that after preparation of a continuous mask layer selected areas of them were removed. On these areas the ALD film was deposited selectively. SAMs and polymer films prevented the growth in several ALD processes such as iridium, ruthenium, platinum, TiO2 and polyimide so that the ALD films did grow only on areas without SAM or polymer mask layer. PMMA and PVP films also protected the surface against Al2O3 and ZrO2 growth. Activation of the surface for ALD of ruthenium was achieved by preparing a RuOX layer by microcontact printing. At low temperatures the RuCp2-O2 process nucleated only on this oxidative activation layer but not on bare silicon.