Enhancing the Usability of Drug Materials by Electrostatic Atomisation

Electrospraying or electrostatic atomisation is a process of liquid disruption by electrostatic forces. When liquid is brought into an electric field, charge is induced to its surface. Once the repulsive electrostatic force exceeds the liquid surface tension, the liquid disrupts into small highly charged droplets. The size of the electrosprayed droplets can range from hundreds of micrometers down to a few tens of nanometers. Electrospraying can be used not only to produce droplets, but also solid particles. The research presented in this thesis concentrates on producing drug particles by this method. In the experiments, a drug powder was dissolved in a convenient solvent and the solution was atomised. The solvent was then evaporated from the formed droplets in a drying medium and inside each droplet, a dense cluster of the dissolved drug remained. From the pharmaceutical point of view, the most important characteristics of the produced particles are size distribution, porosity, crystal form and degree of crystallinity. These properties affect the dissolution behaviour and ultimately the drug bioavailability in the body. The effects of electrostatic atomization on the aforementioned characteristics are generally not well understood. The research focused on studying these particle properties and finding possible correlations with the spraying parameters. The produced droplets were dried either under atmospheric or reduced pressure, the latter in order to improve the drying process. Special emphasis was put on implementing the spraying under reduced pressure, and the effects of the drying pressure on particle properties. Based on the results, the possibilities to enhance the dissolution of poorly soluble drugs by this method were estimated. In the course of experiments, it was also discovered that electrospraying may have a profound effect on the polymorphic form of the produced drug particles. In the light of the obtained results, it was concluded that electrospraying may offer a valuable tool to overcome some of the challenges met in modern drug development and formulation.

Numerical simulation of two-chamber plasma sources using finite element method

Numerical simulation of plasma sources is very important. Such models allows to vary different plasma parameters with high degree of accuracy. Moreover, they allow to conduct measurements not disturbing system balance.Recently, the scientific and practical interest increased in so-called two-chamber plasma sources. In one of them (small or discharge chamber) an external power source is embedded. In that chamber plasma forms. In another (large or diffusion chamber) plasma exists due to the transport of particles and energy through the boundary between chambers.In this particular work two-chamber plasma sources with argon and oxygen as active mediums were onstructed. This models give interesting results in electric field profiles and, as a consequence, in density profiles of charged particles.

Emission, kinetic and magnetic phenomena in rare-earth and transition metal doped ZnSe single crystals

In this work emission, optical, electrical and magnetic properties of the d- and f- elements doped zinc selenide crystals were investigated within a wide temperature range. Doping was performed in various technological processes: during the growth by chemical vapor transport method; by thermal diffusion from the Bi or Zn melt. Concentration of the doping impurity in the crystals was controlled by amount of the dopant in the source material or by its concentration in the doping media. Special interest in the work was paid to the influence of the different concentrations of Cr and Yb impurities on ZnSe crystals’ properties, correlations between observed effects and similarities with the Ni, Mn and Gd dopants are analysed. Possibility of formation of the excitons bound to the doping d-ions was shown. In contrast to this, it was observed that f-elements do not bound excitons, but prevent formation of excitons bound to some uncontrolled impurities. A mechanism of Cr doping impurity interaction with background impurities and zinc selenide structural defects was proposed based on experimental data. An assumption about resonant energy transfer between double charged chromium ions and complexes based on crystals’ vacancy defects was made. A correlation between emission and magnetic properties of the d- ions doped samples was established. Based on this correlation a mechanism explaining the concentration quench of the emission was proposed. It was found that f-ions bind electrically active shallow and deep donor and acceptor states of background impurity to electrically neutral complexes. This may be observed as “purification” of ZnSe crystals by doping with the rare-earth elements, resulting i tendency of the properties of f-ion doped crystals to the properties of intrinsic crystals, but with smaller concentration of uncontrolled native and impurity defects. A possible interpretation of this effect was proposed. It was shown that selenium substituting impurities decrease efficiency of the Yb doping. Based on this experimental results an attempt to determine ytterbium ion surroundings in the crystal lattice was made. It was shown that co-doping of zinc selenide crystals with the d- and f- ions leads to the combination of the impurities influence on the material’s properties. On the basis of obtained data an interaction mechanism of the d- and f-elements co-dopants was proposed. Guided by the model of the ytterbium ion incorporation in the selenide sublattice of the ZnSe crystals, an assumption about stabilization of single charged chromium ions in the zinc sublattice crystal nodes, by means of formation of the local charge compensating clusters, was made.

Nucleotides as Antiviral Compounds. On the Feasibility of an Esterase-dependent Prodrug Strategy for 2-5A

Nukleotidien ja oligonukleotidien analogeilla on merkittävä rooli virusten aiheuttamien tautien hoidossa. Tämän kaltaiset yhdisteet voivat estää spesifisesti virusten proteiineja tai aktivoida luontaista immuunijärjestelmää, jossa 2-5A:ksi kutsutut lyhyet 2´,5´-sitoutuneet oligomeerit ovat keskeisiä tekijöitä. Nukleotideihin ja oligonukleotideihin pohjautuvien lääkkeiden tehokkuus riippuu pääasiassa aihiolääkestrategiasta, jolla niiden sisäänottoa soluun tehostetaan. Tavanomaisessa aihiolääkestrategiassa negatiivisesti varautuneet fosfaattiryhmät suojataan rasvaliukoisilla biohajoavilla suojaryhmillä, jotta molekyyli läpäisee solukalvon helpommin. Solun sisällä aihiolääke muuttuu aktiiviseksi lääkeaineeksi, kun suojaryhmät irtoavat solun entsyymien, kuten esteraasien vaikutuksesta. Väitöskirjassa arvioitiin esteraasin katalysoiman aihiolääkestrategian soveltuvuutta 2-5A-trimeerille syntetisoimalla kaksi erilaista 2-5A-aihiolääkekandidaattia ja tutkimalla 2-5A:n purkautumista karboksiesteraasi-entsyymin vaikutuksesta. Suojaryhmäsuunnitelma perustui esteraasilabiileihin 2,2-disubstituoituihin asyylioksipropyyliryhmiin ja asyylioksimetyyliryhmiin, joilla suojattiin trimeerien fosfaatti- ja 3´-hydroksyyliryhmät. Tulokset osoittivat, että esteraasilabiilien suojaryhmien irtoaminen 2-5A:sta hidastui merkittävästi, kun yhdisteeseen kertyi negatiivista varausta. Lisäksi suojaryhmien hajotessa muodostui elektrofiilisiä alkyloivia aineita, jotka ovat mahdollisesti toksisia. Näistä syistä johtuen kehitettiin kuusi uudenlaista 2,2,-disubstituoitua 4-asyylitio- 3-oksobutyyliryhmää fosfodiestereiden suojaamiseksi. Suojaryhmät irtoavat sekä esteraasin katalysoimana, että lämpötilan vaikutuksesta. Tämä on hyödyllinen ominaisuus silloin, kun entsyymin affiniteetti negatiivisesti varattuun substraattiin heikkenee. Suojaryhmien hydrolyyttinen ja entsymaattinen stabiilisuus on helposti säädeltävissä, jotta suojauksen purkautumisen nopeus voidaan optimoida. Vapautuneet suojaryhmät eivät ole merkittävästi alkyloivia, sillä niiden ei havaittu alkyloivan glutationia.

Deinking sludge utilization possibilities: technical, economic, and environmental assessments

This report introduces the ENPI project called “EMIR - Exploitation of Municipal and Industrial Residues” which was executed in a co-operation between Lappeenranta University of Technology (LUT), Saint Petersburg State University of Economics (SPbSUE), Saint Petersburg State Technical University of Plant Polymers (SPbSTUPP) and industrial partners from both Leningrad Region (LR), Russia and Finland. The main targets of the research were to identify the possibilities for deinking sludge management scenarios in co-operation with partner companies, to compare the sustainability of the alternatives, and to provide recommendations for the companies in the Leningrad Region on how to best manage deinking sludge. During the literature review, 24 deinking sludge utilization possibilities were identified, the majority falling under material recovery. Furthermore, 11 potential utilizers of deinking sludge were found within the search area determined by the transportation cost. Each potential utilizer was directly contacted in order to establish cooperation for deinking sludge utilization. Finally, four companies, namely, “Finnsementti” – a cement plant in Finland (S1), “St.Gobian Weber” – a light-weight aggregate plant in Finland (S2), “LSR-Cement” – a cement plant in LR (S3), and “Rockwool” – a stone wool plant in LR (S4) were seen as the most promising partners and were included in the economic and environmental assessments. Economic assessment using cost-benefit analysis (CBA) indicated that substitution of heavy fuel oil with dry deinking sludge in S2 was the most feasible option with a benefit/cost ratio (BCR) of 3.6 when all the sludge was utilized. At the same time, the use of 15% of the total sludge amount (the amount that could potentially be treated in the scenario) resulted in a BCR of only 0.16. The use of dry deinking sludge in the production of cement (S3) is a slightly more feasible option with a BCR of 1.1. The use of sludge in stone wool production is feasible only when all the deinking sludge is used and burned in an existing incineration plant. The least economically feasible utilization possibility is the use of sludge in cement production in Finland (S1) due to the high gate fee charged. Environmental assessment was performed applying internationally recognized life cycle assessment (LCA) methodologies: ISO 14040 and ISO 14044. The results of a consequential LCA stated that only S1 and S2 lead to a reduction of all environmental impacts within the impact categories chosen compared to the baseline scenario where deinking sludge is landfilled. Considering S1, the largest reduction of 13% was achieved for the global warming potential (GWP), whereas for S2, the largest decrease of abiotic depletion potential (ADP) was by 1.7%, the eutrophication potential (EP) by 1.8%, and a GWP of 2.1% was documented. In S3, the most notable increase of ADP and acidification potential (AP) by 2.6 and 1.5% was indicated, while the GWP was reduced by 12%, the largest out of all the impact categories. In S4, ADP and AP increased by 2.3 and 2.1% respectively, whereas ODP was reduced by 25%. During LCA, it was noticed that substitution of fuels causes a greater reduction of environmental impact (S1 and S2) than substitution of raw materials (S3 and S4). Despite a number of economically and environmentally acceptable deinking sludge utilization methods being assessed in the research, evaluation of bottlenecks and communications with companies’ representatives uncovered the fact that the availability of the raw materials consumed, and the risks associated with technological problems resulting from the sludge utilization, limited the willingness of industrial partners to start deinking sludge utilization. The research results are of high value for decision-makers at already existing paper mills since the result provide insights regarding alternatives to the deinking sludge utilization possibilities already applied. Thus, the research results support the maximum economic and environmental value recovery from waste paper utilization.

Punaisten naisten tiet. Valtiorikosoikeuteen vuonna 1918 joutuneiden Porin seudun naisten toiminta sota-aikana, tuomiot ja myöhemmät elämänvaiheet

Suomen sisällissotaan osallistui vuonna 1918 naisia molemmin puolin rintamaa erilaisissa tehtävissä. Taisteluiden jälkeen yli 5500 punaista naista joutui valtiorikosoikeuteen syytettynä valtiopetoksellisesta toiminnasta. Ne noin 2000 naista, jotka palvelivat punakaartissa aseistettuina, ovat pitkään hallinneet sitä kuvaa, joka suomalaisilla on ollut punaisista naisista. Sen sijaan on tiedetty hyvin vähän niistä naisista, joiden valkoiset katsoivat edistäneen valtiopetosta muilla keinoilla. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan, millaisia olivat Porin seudulla ne kapinasta syytetyt naiset, jotka eivät olleet tarttuneet aseisiin ja mikä oli heidän myöhempi kohtalonsa. Työn ensimmäisessä osassa tutkitaan valtiorikosoikeuteen joutuneiden naisten taustaa, toimintaa sota-aikana ja tästä aiheutuneita välittömiä seuraamuksia. Millaisia henkilöitä päätyi valtiorikosoikeuden eteen tuomittavaksi? Millaisissa tehtävissä he olivat sota-aikana toimineet ja miksi? Mitkä seikat olivat oikeudessa raskauttavia, kun valtiorikostuomioita jaettiin? Työn jälkimmäisessä osassa tutkitaan, mitä punaisille naisille tapahtui sodan jälkeen ja miksi näin kävi. Sisällissodan jälkeistä maailmaa hahmotetaan etsimällä vastauksia seuraaviin kysymyksiin: Millainen oli se yhteiskunnassa vallinnut ajan henki, jonka vaikutuspiiriin naiset valtiorikosoikeudesta ja vankilasta palasivat? Miten yhteisö otti heidät vastaan? Miten heihin suhtauduttiin työmarkkinoilla? Miten käsiteltiin punaisia leskiä ja orpoja? Mitä punaisilta odotettiin kansalaisina ja miten heistä pyrittiin muokkaamaan yhteiskuntakelpoisia? Miten poliittisen elämän uudelleenvirittely onnistui ja kiinnostiko se enää näitä naisia? Miten suomalaisen yhteiskunnan muuttuessa myös sen suhtautuminen punaisiin muuttui? Millaisilla toimilla valtiovalta pyrki eri vaiheissa yhtenäistämään rikkirevennyttä kansaa ja miten se näkyi yksittäisten ihmisten elämässä? Ajan kuluessa asenteet muuttuivat ja naiset vanhenivat. Miten naiset kuvasivat kokemaansa myöhemmin omaisilleen? Kysymyksiä pohditaan paikallisesta, Porin seudun näkökulmasta, mutta niitä peilataan kuitenkin jatkuvasti valtakunnalliseen tilanteeseen. Kontekstualisoi- malla paikalliskokemukset laajempaan kokonaisuuteen on voitu paremmin selittää tapahtunutta, ja paikallistutkimuksen kautta on nähty myös koko maassa vallinneita yleisiä olosuhteita. Tutkimuksen kohteena on 267 Porista, Porin maalaiskunnasta ja Ulvilasta kotoisin olevaa naista, jotka joutuivat valtiorikosoikeuden tutkittaviksi. Keskeisimpänä lähdeaineistona ovat seurakuntien rippikirjat ja maistraattien henkikirjat sekä Kansallisarkiston, Kansan arkiston ja Työväen arkistojen sisällissotaa ja sen jälkeistä poliittista elämää valottavat kokoelmat. Tutkimuksen naisista enemmistö oli 18−37-vuotiaita työläisnaisia. Aiemmin rikoksista tuomittuja heidän joukossaan oli hyvin vähän. Suurin osa (n. 71 %) työskenteli punakaartin huollossa keittiö-, siivous- ja vaatetusosastoilla. Noin 21 % työskenteli sairaanhoidossa, ja loput kahdeksan prosenttia olivat punakaartin hallintoa avustavissa muissa tehtävissä. Naiset saivat pääosin lieviä, 2−3 vuoden ehdollisia tuomioita. Vain joka kymmenes nainen tuomittiin ehdottomaan rangaistukseen. Punakaartiin vasta pakomatkalla liittyneet ja kaartissa vähäisissä tehtävissä lyhytaikaisesti toimineet henkilöt vapautettiin syytteistä. Tutkimuksessani olen osoittanut, millaisia vaikeuksia paluu sodanjälkeiseen arkeen tuotti naisille. Varsinkin yksin lastensa kanssa jääneillä oli monenlaisia ongelmia. Sodan aikana levitetty propaganda oli osaltaan lisäämässä vaikeuksia. Toisaalta työtilanne parantui monen naisen osalta jo vuoden 1918 aikana, ja oman punaisen yhteisön tarjoama tuki helpotti arjesta selviytymistä. Elämä tasaantui, naiset perustivat perheitä ja osa palasi työelämään ja politiikkaan. Säilyneiden lähteiden valossa sisällissota näyttäisi radikalisoineen vain pienen osan naisista, kun taas enemmistö kannatti maltillisia sosialidemokraatteja tai jäi kokonaan pois politiikasta. Punaiseksi leimautuminen valtiorikosoikeudessa ei pakottanut naisia muuttamaan uudelle paikkakunnalle; Porin seudulla ja yleensä vielä omassa suvussakin oli riittävästi entisiä punaisia luomassa kollektiivista tukea. Myös valtiovalta pyrki rauhoittamaan poliittista tilannetta ja sopeuttamaan punaisia yhteiskuntaan monin uudistuksin. Naisten kannalta merkittävin myönnytys tapahtui jatkosodan aikana, kun punalesket lopulta oikeutettiin valtiollisen eläkkeen piiriin. Tämä tutkimus on ensimmäinen punaisista naisista laadittu eräänlainen kollektiivinen elämäkerta, jossa on tarkasteltu heidän sodanjälkeistä elämäänsä. Yhteenvetona voidaan todeta, että Porin seudulta valtiorikosoikeuteen joutuneet naiset olivat tavallisia työläisnaisia. Sota ja osallisuus siihen ei tätä asiaa muuttanut. Naiset sopeutuivat yhteiskuntaan nopeasti ja elivät pääosin tavallista työläisperheen arkea sodan jälkeenkin.