Hiokerejektien käsittely MC-sakeudessa

Työn tavoitteena oli optimoida LWC-paperitehtaan kahden hiomolinjan rejektinkäsittelyt. Uusituilla rejektilinjoilla on käytössä keskisakeusrejektinjauhatus. Työn keskeinen osa oli teräkoeajot, teräsarjoja tutkittiin kuusi, kolme molemmilla linjoilla. Kahdessa ensimmäisessä teräkoeajossa oli molemmilla linjoilla samanlaiset jauhinterät. Teräkoeajojen tuloksista havaittiin yleisellä tasolla, että suurin osa mitatuista ominaisuuksista parani jauhatusastetta nostettaessa. Ainoastaan repäisylujuus heikkeni. Terävaihtoehdoista pystyttiin poimimaan molemmille linjoille sopiva terävaihtoehto. Rejektinlajittelun havaittiin parantavan edelleen massan laatuominaisuuksia, paitsi repäisylujuutta. Toisena osuutena vertailtiin keskisakeusjauhimen terävaihtoehtoa, jolla saavutettiin hyviä tuloksia, toisen paperitehtaan korkeassa sakeudessa jauhettuun rejektiin. Korkeasakeusjauhimen terää ei erityisesti valikoitu koeajoa varten. Tuloksista havaittiin, että keskisakeusjauhimella saadaan aikaan varsin hyvää LWC-paperiin käytettävää massaa. Keskisakeudessa jauhettu massa oli monilta ominaisuuksiltaan jopa parempaa kuin korkeasakeusjauhimen massa. Työn kolmannessa osuudessa ajettiin rejektilinjalla sakeuskoeajo. Sakeuskoeajosta havaittiin, että optiset ominaisuudet olivat parhaimmillaan jauhimen MC-sakeusalueen keskivaiheilla. Jauhatussakeuden noustessa kuidut jäivät jäykemmiksi ja karkeammiksi. Tikkupitoisuus oli sitä pienempi, mitä alhaisempaa jauhatussakeutta käytettiin. Sakeudella ei ollut selvää vaikutusta lujuusominaisuuksiin. Tulosten perusteella paras jauhatussakeus keskisakeusjauhimella oli sakeusalueen puoliväli. Työn viimeisenä osana selvitettiin miten kytkentämuutos, jossa rejektilinjan viimeisen lajittimen rejekti käännettiin palaamaan jälkilajittelun sijaan rejektilinjan kaariseulalle, vaikutti koko hiomon kapasiteettiin ja rejektilinjan massan laatuun. Koeajojen tuloksena havaittiin, että kytkentämuutolla pystyttiin nostamaan koko hiomon kapasiteettia ja rejektilinjan akseptin laatu parani.

Sellun jälkilajittelun kehittäminen

Työn tavoitteena oli löytää painelajittimen roottorin keskeiset muuttujat ja ajoparametrit, kun pyritään jälkilajittelemaan valkaistua sellumassaa korkeassa sakeudessa, sekä näiden vaikutukset. Tavoitteena oli teknisesti onnistunut lajittelu korkeassa sakeudessa siten, että laitteen puhdistustehokkuus on hyvä, ominaisenergian kulutus on pieni ja kapasiteetti on korkea. Ensin tarkasteltiin kuitenkin teoreettisesti valkaistun sellumassan painelajittelun ongelmakenttää, keskeisten epäpuhtauksien poistoa jälkilajittelussa ja vertailtiin korkea- ja matalasakeuslajittelua. Lisäksi esiteltiin yleisellä tasolla koesuunnittelumenetelmien periaatteita ja menetelmiä sekä analyysiä so. mallinnus. Tätä taustaa vasten haluttiin myös kartoittaa ja esitellä painelajittimen keskeinen muuttujakenttä. Tämän jälkeen selvitettiin kokeellisesti miten ajettavan valkaistun mäntysellumassan sakeus, roottorin kehänopeus ja roottorin rakenteen muutokset vaikuttavat painelajittimen kapasiteettiin, rejektin sakeutumiskertoimeen, ominaisenergian kulutukseen ja puhdistustehokkuuteen. Vaikutusten ja parhaan roottorirakenteen sekä ajosuureiden määritys suoritettiin mallintamalla mittaustulokset lineaarisella regressioanalyysilla. Saatiin tärkeimmät vasteisiin vaikuttavat riippumattomat muuttujat ja niiden matemaattiset esityk-set, malliyhtälöt. Mallinnusta hyväksi käyttäen tarkasteltiin vielä erikseen yhden roottorin ajoa. Tärkeimpinä tuloksina saatiin selville, että puhdistustehokkuus on lähes vakio tietyllä roottorirakenteella riippumatta sakeudesta ja roottorin kehänopeudesta. Edullista puhdistustehokkuuden kannalta on käyttää ensisijaisesti isoa roottorin palaelementin korkeutta ja välystä suhteessa sihtirumpuun. Jälkilajittelu painelajittimella korkeassa sakeudessa kannattaa suorittaa pienellä roottorin kehänopeudella, runko- ja palaelementtivälyksellä suhteessa sihtirumpuun sekä suurella palaelementin korkeudella. Tällöin saavutetaan hyvä kompromissi ominaisenergian kulutuksen ja laitteen ajettavuuden osalta. Iso elementin korkeus ja pieni elementtivälys eivät aja massaa tehokkaasti laitteen alaosaan. Tällöin ei pyöritetä myöskään suurta massamäärää. Pieni elementtivälys mahdollistaa myös massan tehokkaamman leikkauksen, joka parantaa fluidisoitumista. Kitkavoimat ovat luonnollisesti ko. olosuhteissa suuremmat, joten ominais-energian kulutus kasvaa jonkin verran. Ratkaisevinta ominaisenergian kulutuksen kannalta on kuitenkin ajaa laitetta pienellä kehänopeudella.

Food Safety Testing: Rapid Molecular Methods for Chemical and Biological Hazards

The central goal of food safety policy in the European Union (EU) is to protect consumer health by guaranteeing a high level of food safety throughout the food chain. This goal can in part be achieved by testing foodstuffs for the presence of various chemical and biological hazards. The aim of this study was to facilitate food safety testing by providing rapid and user-friendly methods for the detection of particular food-related hazards. Heterogeneous competitive time-resolved fluoroimmunoassays were developed for the detection of selected veterinary residues, that is coccidiostat residues, in eggs and chicken liver. After a simplified sample preparation procedure, the immunoassays were performed either in manual format with dissociation-enhanced measurement or in automated format with pre-dried assay reagents and surface measurement. Although the assays were primarily designed for screening purposes providing only qualitative results, they could also be used in a quantitative mode. All the developed assays had good performance characteristics enabling reliable screening of samples at concentration levels required by the authorities. A novel polymerase chain reaction (PCR)-based assay system was developed for the detection of Salmonella spp. in food. The sample preparation included a short non-selective pre-enrichment step, after which the target cells were collected with immunomagnetic beads and applied to PCR reaction vessels containing all the reagents required for the assay in dry form. The homogeneous PCR assay was performed with a novel instrument platform, GenomEra^™, and the qualitative assay results were automatically interpreted based on end-point time-resolved fluorescence measurements and cut-off values. The assay was validated using various food matrices spiked with sub-lethally injured Salmonella cells at levels of 1-10 colony forming units (CFU)/25 g of food. The main advantage of the system was the exceptionally short time to result; the entire process starting from the pre-enrichment and ending with the PCR result could be completed in eight hours. In conclusion, molecular methods using state-of-the-art assay techniques were developed for food safety testing. The combination of time-resolved fluorescence detection and ready-to-use reagents enabled sensitive assays easily amenable to automation. Consequently, together with the simplified sample preparation, these methods could prove to be applicable in routine testing.

Fraktioinnin tehostaminen lajittelussa

Painelajittimet ovat yleisimpiä hiokkeen lajitteluun käytettyjä lajittimia. Painelajittimien suorituskyky on parantunut viimeisten vuosikymmenien aikana niin paljon, että pyörrepuhdistuksesta on pääosin voitu luopua osana hiokkeen lajittelua. Painelajittimen erinomaisuus perustuu siihen, että sillä voidaan erottaa massasta hyvinkin erilaisia epäpuhtauksia. Nykyään vallitsevia painelajittelun trendejä ovat sakeuden nosto, energiankulutuksen vähentäminen sekä eri fraktioiden erottumisen tehostuminen. Kaikilla pyritään vähentämään vedenkäyttöä ja parantamaan massan ominaisuuksia jatkoprosesseja silmälläpitäen. Tässä työssä tarkasteltiin painelajittimen roottorin kierrosnopeuden vaikutusta akseptimassan laatuun. Luodaan malli freeness-pudotukselle lajittimen yli. Sekä tarkastellaan myös automaatioon pohjautuvan säädön käyttöönottoa lajittimen akseptimassan freenesvaihteluiden tasaamiseksi. Toisaalta tehdään myös suppea selvitys lajittimien energiankulutuksista erilaisilla roottorin pyörimisnopeuksilla. Tuotantokäytössä oleviin lajittimiin asennettujen invertterisäätöjen ja koepisteistä saatujen tulosten avulla voidaan todeta, että laskemalla roottorin pyörimisnopeutta voidaan lajittimessa tapahtuvaa freenespudotusta kasvattaa. Samalla saavutetaan hyötyjä myös muissa massan ominaisuuksissa, kuten vetolujuudessa. Automaattisäädön käyttöönotolla saavutetaan huomattavasti pienempi hajonta akseptimassan freeneksessä. Rejektilinjan lajittimissa hajonta lähes puolittui ja päälinjan lajittimissa päästiin noin kolmanneksen parannukseen. Energian kulutuksia tutkittaessa huomataan, että roottorin kierrosnopeutta alentamalla voidaan merkittävästi vähentää lajittimien energian kulutusta. Parhaassa tapauksessa voidaan säästää neljännes lajittelun energiakustannuksissa.

Voimalaitos- ja jätevesitutkimus

Tässä työssä tutkittiin Stora Enso Oyj:n Heinolan Flutingtehtaan voimalaitos- ja jätevesien seuranta-analyysimenetelmien kehittämistä. Käytössä olevia menetelmiä vertailtiin vaihtoehtoisiin uusiin menetelmiin, jotka perustuvat erotustekniikoihin ja automaatioon. Flutingtehtaalla nykyisin käytössä olevat analyysimenetelmät perustuvat suurelta osin standardimäärityksiin, joissa käytetään pääasiassa titrausta. Määritykset vievät paljon aikaa, koska titraukset toteutetaan manuaalisesti. Titrausten päätepisteet tulkitaan esim. indikaattorin värinmuutoksella ja saostamalla, joten määritysten tarkkuus vaihtelee. Kokeellisessa osassa Flutingtehtaan puhtaista voimalaitosvesistä yhdistetty sekoitenäyte analysoitiin kahdella ionikromatografilla, liekkiatomiabsorptiospektrometrillä ja kapillaarielektroforeesilla. Yksittäisiä näytteitä ei tutkittu. Lisäksi vesilaboratoriossa määritettävistä jätevesistä yhdistettiin sekoitenäyte, joka analysoitiin kapillaarielektroforeesilla. Samat sekoitenäytteet analysoitiin myös nykyisillä menetelmillä tehtaan vesilaboratoriossa. Tulokset osoittivat, että kokeellisessa osassa tutkitut menetelmät soveltuvat sekoitenäytteen perusteella hyvin vesilaboratoriossa käytössä oleviin kuukausianalyyseihin. Automaattisella näytteensyötöllä varustettuna kaikki kolme kokeellisessa osassa tutkittua menetelmää ovat yksikertaisia käyttää ja ne nopeuttavat analyysejä. Päivittäisiä titrausanalyysejä voidaan tehostaa ja nopeuttaa automaation avulla. Erotustekniikoilla esimerkiksi typpi voidaan määrittää kokonaistyppenä, mutta myös komponentteinaan eli ammoniakkina, nitraattina ja nitriittinä. Lisäksi samalla erotuksella voidaan määrittää useita alkali- ja maa-alkalimetalleja sekä raskas-metalleja toistomittauksilla. Menetelmän käyttöalue on laajempi erotustekniikoilla kuin perinteisillä liuoskemian mittauksilla. Erotustekniikoilla tunnistetaan helposti määritysten oikeellisuus detektointimahdollisuuksien monipuolisuuden vuoksi.

Factors Regulating Chondrogenic Differentiation

Chondrogenesis is a co-ordinated differentiation process in which mesenchymal cells condensate, differentiate into chondrocytes and begin to secrete molecules that form the extracellular matrix. It is regulated in a spatio-temporal manner by cellular interactions and growth and differentiation factors that modulate cellular signalling pathways and transcription of specific genes. Moreover, post-transcriptional regulation by microRNAs (miRNAs) has appeared to play a central role in diverse biological processes, but their role in skeletal development is not fully understood. Mesenchymal stromal cells (MSCs) are multipotent cells present in a variety of adult tissues, including bone marrow and adipose tissue. They can be isolated, expanded and, under defined conditions, induced to differentiate into multiple cell lineages including chondrocytes, osteoblasts and adipocytes in vitro and in vivo. Owing to their intrinsic capability to self-renew and differentiate into functional cell types, MSCs provide a promising source for cell-based therapeutic strategies for various degenerative diseases, such as osteoarthritis (OA). Due to the potential therapeutic applications, it is of importance to better understand the MSC biology and the regulatory mechanisms of their differentiation. In this study, an in vitro assay for chondrogenic differentiation of mouse MSCs (mMSCs) was developed for the screening of various factors for their chondrogenic potential. Conditions were optimized for pellet cultures by inducing mMSC with different bone morphogenetic proteins (BMPs) that were selected based on their known chondrogenic relevance. Characterization of the surface epitope profile, differentiation capacity and molecular signature of mMSCs illustrated the importance of cell population composition and the interaction between different populations in the cell fate determination and differentiation of MSCs. Regulation of Wnt signalling activity by Wnt antagonist sFRP-1 was elucidated as a potential modulator of lineage commitment. Delta-like 1 (dlk1), a factor regulating adipogenesis and osteogenesis, was shown to exhibit stage-specific expression during embryonic chondrogenesis and identified as a novel regulator of chondrogenesis, possibly through mediating the effect of TGF-beta1. Moreover, miRNA profiling demonstrated that MSCs differentiating into a certain lineage exhibit a specific miRNA expression profile. The complex regulatory network between miRNAs and transcription factors is suggested to play a crucial role in fine-tuning the differentiation of MSCs. These results demonstrate that commitment of mesenchymal stromal cells and further differentiation into specific lineages is regulated by interactions between MSCs, various growth and transcription factors, and miRNA-mediated translational repression of lineage-specific genes.

A cell spot microarray method for high-throughput biology

High-throughput screening of cellular effects of RNA interference (RNAi) libraries is now being increasingly applied to explore the role of genes in specific cell biological processes and disease states. However, the technology is still limited to specialty laboratories, due to the requirements for robotic infrastructure, access to expensive reagent libraries, expertise in high-throughput screening assay development, standardization, data analysis and applications. In the future, alternative screening platforms will be required to expand functional large-scale experiments to include more RNAi constructs, allow combinatorial loss-of-function analyses (e.g. genegene or gene-drug interaction), gain-of-function screens, multi-parametric phenotypic readouts or comparative analysis of many different cell types. Such comprehensive perturbation of gene networks in cells will require a major increase in the flexibility of the screening platforms, throughput and reduction of costs. As an alternative for the conventional multi-well based high-throughput screening -platforms, here the development of a novel cell spot microarray method for production of high density siRNA reverse transfection arrays is described. The cell spot microarray platform is distinguished from the majority of other transfection cell microarray techniques by the spatially confined array layout that allow highly parallel screening of large-scale RNAi reagent libraries with assays otherwise difficult or not applicable to high-throughput screening. This study depicts the development of the cell spot microarray method along with biological application examples of high-content immunofluorescence and phenotype based cancer cell biological analyses focusing on the regulation of prostate cancer cell growth, maintenance of genomic integrity in breast cancer cells, and functional analysis of integrin protein-protein interactions in situ.

Terveyskorttiprojektin kustannusvaikuttavuuden arviointi

Tämän kandidaatintyön lähtökohtana oli selvittää Helsingin kaupungin Terveysasemaosaston Terveyskorttiprojektin aikana toteutetun pilotin taloudellisuutta ja vaikuttavuutta rinnakkaispalveluna. Kirjallisuuskatsauksen tavoitteena oli selvittää millaisilla metodeilla kustannusvaikuttavuutta voidaan analysoida terveydenhuollossa. Lisäksi tavoitteena oli selvittää kyseisen projektin kustannusten suhdetta palvelun vaikuttavuuteen, eli muutoksiin asiakkaiden terveystottumuksissa. Keskeisimpiä kustannusvaikuttavuuden arviointimenetelmiä terveydenhuollossa ovat kustannusten minimointianalyysi (KMA), kustannus-hyötyanalyysi (KHA), kustannus-vaikuttavuusanalyysi (KVA) ja kustannus-utiliteettianalyysi (KUA). Käytännön päätöksenteon analyyttinen mallintaminen empirian- ja näyttöön perustuvan tiedon pohjalta osoittautui kirjallisuuskatsauksessa myös päteväksi tavaksi arvioida palveluiden vaikuttavuutta. Terveyskorttiprojektin suurimmat kustannussäästöt, verrattuna perinteiseen vastaanotto-malliin, muodostuivat verkkopalvelun seulontavaiheessa. Terveyden edistämisen osa-alueisiin painonhallinta, liikunta ja ravitsemus palvelu soveltui hyvin. Palvelun käytettävyyden kehittämishaasteiksi muodostuivat tulosten perusteella tekniset ongelmat, vuoro-vaikutuksen puute ja asiakkaan oman motivaation löytyminen.

Lihasperäiselle kreatiinikinaasille spesifinen immunomääritys Duchennen lihasdystrofian seulontaa varten

Duchennen lihasdystrofia (engl. Duchenne muscular dystrophy, DMD) on lähes pelkästään pojilla ilmenevä perinnöllinen lihasrappeumatauti, joka johtaa kuolemaan noin 25 vuoden iässä. Noin yksi 3500–6000 pojasta sairastaa DMD:tä. Taudin aiheuttaa X-kromosomissa sijaitsevan dystrofiinigeenin mutaatio, jonka seurauksena toimivaa, lihaksia koossapitävää dystrofiinia ei tuotu. Kliinisissä testeissä on lupaavia hoitoja, joten DMD:n vastasyntyneiden seulonnan aloittamista harkitaan. DMD:n seulonnassa analyyttina olisi mahdollista käyttää lihasperäistä kreatiinikinaasia (engl. muscle-type creatine kinase tai creatine kinase MM isoform, CK-MM), jota päätyy vereen lihassolujen vaurioituessa. DMD:tä sairastavilla vastasyntyneillä CK-MM:n määrä veressä on moninkertainen terveisiin vastasyntyneisiin verrattuna lihasten rappeutumisesta johtuen. Perinteisesti kreatiinikinaasia on mitattu entsyymiaktiivisuusmäärityksillä, jotka mittaavat kaikkia kreatiinikinaasimuotoja eli myös sydänperäistä ja aivoperäistä kreatiinikinaasia (CK-MB ja CK-BB). Työn tarkoituksena oli kehittää kuivatuista veritäplistä tehtävä CK-MM:lle spesifinen kaksipuoleinen immunomääritys, joka olisi siirrettävissä PerkinElmerin automaattiselle GSP® Genetic Screening Processor -analysaattorille. Työ suoritettiin kolmessa vaiheessa. Ensimmäiseksi vertailtiin kaupallisesti saatavilla olevien CK-MM-vasta-aineiden affiniteetteja biosensorilla. Seuraavassa vaiheessa pystytettiin manuaalinen kaksipuoleinen immunomääritys käyttäen ensimmäisessä vaiheessa valittuja vasta-aineita ja optimoitiin immunomäärityksen parametreja. Lopuksi immunomääritys sovitettiin GSP-laitteelle. Biosensorimittausten ja manuaalisten immunomääritysten tulosten perusteella valittiin kaksi potentiaalista leimavasta-ainetta ja yksi sitojavasta-aineeksi sopiva vasta-aine. Niitä käytettäessä määritys on melko spesifinen CK-MM:lle, sillä CK-BB ei tuottanut lainkaan signaalia ja CK-MB:n ristireaktiivisuus oli noin 7 %. GSP-laitteella mitattaessa DMD:tä sairastavien (n = 10) CK-MM-pitoisuuksien mediaani (vaihteluväli) oli 7590 ng/ml (1490–13400 ng/ml) ja terveiden vastasyntyneiden (n = 8) 165 ng/ml (108–263 ng/ml). Määrityksen dynaamista mittausaluetta ei vielä selvitetty, mutta alustavien mittausten perusteella se kattaa terveiden vastasyntyneiden pitoisuudet ja sairaiden pitoisuudet ainakin 8770 ng/ml asti, mikä mahdollistaa sairaiden erottumisen. Työssä kehitetty määritys vaikuttaa siis sopivalta DMD:n seulontaan vastasyntyneiltä.

Spectral retinal image processing and analysis for ophthalmology

Diabetic retinopathy, age-related macular degeneration and glaucoma are the leading causes of blindness worldwide. Automatic methods for diagnosis exist, but their performance is limited by the quality of the data. Spectral retinal images provide a significantly better representation of the colour information than common grayscale or red-green-blue retinal imaging, having the potential to improve the performance of automatic diagnosis methods. This work studies the image processing techniques required for composing spectral retinal images with accurate reflection spectra, including wavelength channel image registration, spectral and spatial calibration, illumination correction, and the estimation of depth information from image disparities. The composition of a spectral retinal image database of patients with diabetic retinopathy is described. The database includes gold standards for a number of pathologies and retinal structures, marked by two expert ophthalmologists. The diagnostic applications of the reflectance spectra are studied using supervised classifiers for lesion detection. In addition, inversion of a model of light transport is used to estimate histological parameters from the reflectance spectra. Experimental results suggest that the methods for composing, calibrating and postprocessing spectral images presented in this work can be used to improve the quality of the spectral data. The experiments on the direct and indirect use of the data show the diagnostic potential of spectral retinal data over standard retinal images. The use of spectral data could improve automatic and semi-automated diagnostics for the screening of retinal diseases, for the quantitative detection of retinal changes for follow-up, clinically relevant end-points for clinical studies and development of new therapeutic modalities.