Development and characterization of thin printed films for gas sensing applications

The monitoring and control of hydrogen sulfide (H2S) level is of great interest for a wide range of application areas including food quality control, defense and antiterrorist applications and air quality monitoring e.g. in mines. H2S is a very poisonous and flammable gas. Exposure to low concentrations of H2S can result in eye irritation, a sore throat and cough, shortness of breath, and fluid retention in the lungs. These symptoms usually disappear in a few weeks. Long-term, low-level exposure may result in fatigue, loss of appetite, headache, irritability, poor memory, and dizziness. Higher concentrations of 700 - 800 ppm tend to be fatal. H2S has a characteristic smell of rotten egg. However, because of temporary paralysis of olfactory nerves, the smelling capability at concentrations higher than 100 ppm is severely compromised. In addition, volatile H2S is one of the main products during the spoilage of poultry meat in anaerobic conditions. Currently, no commercial H2S sensor is available which can operate under anaerobic conditions and can be easily integrated in the food packaging. This thesis presents a step-wise progress in the development of printed H2S gas sensors. Efforts were made in the formulation, characterization and optimization of functional printable inks and coating pastes based on composites of a polymer and a metal salt as well as a composite of a metal salt and an organic acid. Different processing techniques including inkjet printing, flexographic printing, screen printing and spray coating were utilized in the fabrication of H2S sensors. The dispersions were characterized by measuring turbidity, surface tension, viscosity and particle size. The sensing films were characterized using X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, atomic force microscopy and an electrical multimeter. Thin and thick printed or coated films were developed for gas sensing applications with the aim of monitoring the H2S concentrations in real life applications. Initially, a H2S gas sensor based on a composite of polyaniline and metal salt was developed. Both aqueous and solvent-based dispersions were developed and characterized. These dispersions were then utilized in the fabrication of roll-to-roll printed H2S gas sensors. However, the humidity background, long term instability and comparatively lower detection limit made these sensors less favourable for real practical applications. To overcome these problems, copper acetate based sensors were developed for H2S gas sensing. Stable inks with excellent printability were developed by tuning the surface tension, viscosity and particle size. This enabled the formation of inkjet-printed high quality copper acetate films with excellent sensitivity towards H2S. Furthermore, these sensors showed negligible humidity effects and improved selectivity, response time, lower limit of detection and coefficient of variation. The lower limit of detection of copper acetate based sensors was further improved to sub-ppm level by incorporation of catalytic gold nano-particles and subsequent plasma treatment of the sensing film. These sensors were further integrated in an inexpensive wirelessly readable RLC-circuit (where R is resistor, L is inductor and C is capacitor). The performance of these sensors towards biogenic H2S produced during the spoilage of poultry meat in the modified atmosphere package was also demonstrated in this thesis. This serves as a proof of concept that these sensors can be utilized in real life applications.

Ikääntyneen voimavaraistumista tukeva potilasohjaus päivystysosastolla kotiutumisen yhteydessä

Lisääntyvä ikääntyneiden määrä asettaa vaatimuksia terveydenhuollon järjestämiselle niin Suomessa kuin maailmanlaajuisestikin. Ikääntyneiden monialaiset ongelmat yhdessä perussairauksien kanssa muodostavat monimutkaisen kokonaisuuden, joka voi johtaa avun hakemiseen päivystyksestä. Ikääntyneiden hoidossa esiintyvät erityispiirteet, hoidettavien kognitiivisen toimintakyvyn heikkeneminen, lyhentyneet hoitoajat ja hoidon painopisteen siirtyminen kotiin vaativat hoitohenkilökuntaa yhä enenevässä määrin kiinnittämään huomiota potilasohjaukseen. Tutkimuksen tarkoituksena oli kuvata päivystysosastolta kotiutuvien ikääntyneiden ja sairaanhoitajien välisten ohjauskeskusteluiden rakennetta ja sisältöä. Tavoitteena oli tuottaa tietoa siitä, mitä voimavaraistumista tukevia piirteitä ja tiedon osa-alueita esiintyy ohjauskeskusteluissa. Tutkimuksen aineisto kerättiin ei-osallistuvalla havainnoinnilla videoimalla päivystysosastolta kotiutuvien ikääntyneiden ohjaustilanteita (n=22) syksyllä 2015. Osallistuneiden potilaiden keski-ikä oli 79 vuotta. Aineisto analysoitiin deduktiivisella sisällönanalyysilla. Ohjauskeskustelun rakenteesta etsittiin voimavaraistumista tukevia piirteitä ja sisältöä analysoitiin kuuden voimavaraistumista tukevan tiedon osa-alueen pohjalta (biofysiologinen, toiminnallinen, kokemuksellinen, sosiaalinen, eettinen ja taloudellinen). Ohjauskeskustelujen alussa ei asetettu ohjauksen tavoitteita tai arvioitu ikääntyneiden aikaisemman tiedon tasoa. Ohjauskeskustelut etenivät pääosin hoitajien määrittäminä. Ikääntyneet kysyivät vähemmän kysymyksiä ja heidän yksisanaisten puheenvuorojensa määrä oli suurempi kuin hoitajilla. Ikääntyneiden osallistumista ohjauskeskusteluun ei myöskään tuettu. Kysymyksen esitettyään hoitajat antoivat ikääntyneille mahdollisuuden vastata, mutta eivät varmistaneet, olivatko nämä ymmärtäneet ohjauksen. Ohjauskeskusteluiden sisältöä tarkasteltaessa tietoa ikääntyneille välitettiin pääasiassa biofysiologisen tiedon osa-alueelta (tietoa hoidosta ja oireista). Toiseksi eniten tietoa välitettiin ikääntyneille toiminnallisen tiedon osa-alueelta (liikkuminen ja kotona selviytyminen) ja sosiaalisen tiedon osa-alueelta (omaisten osallistuminen hoitoon). Taloudellisen tiedon osa-alue jäi aineistossa pieneksi. Tutkimuksen tulokset osoittavat tarvetta kiinnittää huomiota ohjauskeskusteluiden rakenteeseen ja sisältöön etenkin hoidettaessa ikääntyneitä, joilla on monitahoisia terveysongelmia. Tutkimuksesta saatavaa tietoa voidaan hyödyntää suunniteltaessa ja toteuttaessa ikääntyneiden potilasohjausta päivystyksessä sekä suunniteltaessa sairaanhoitajien potilasohjauskoulutusta.