Understanding the in vitro dissolution rate of glasses with respect to future clinical applications

Glass is a unique material with a long history. Several glass products are used daily in our everyday life, often unnoticed. Glass can be found not only in obvious applications such as tableware, windows, and light bulbs, but also in tennis rackets, windmill turbine blades, optical devices, and medical implants. The glasses used at present as implants are inorganic silica-based melt-derived compositions mainly for hard-tissue repair as bone graft substitute in dentistry and orthopedics. The degree of glass reactivity desired varies according to implantation situation and it is vital that the ion release from any glasses used in medical applications is controlled. Understanding the in vitro dissolution rate of glasses provides a first approximation of their behavior in vivo. Specific studies concerning dissolution properties of bioactive glasses have been relatively scarce and mostly concentrated to static condition studies. The motivation behind this work was to develop a simple and accurate method for quantifying the in vitro dissolution rate of highly different types of glass compositions with interest for future clinical applications. By combining information from various experimental conditions, a better knowledge of glass dissolution and the suitability of different glasses for different medical applications can be obtained. Thus, two traditional and one novel approach were utilized in this thesis to study glass dissolution. The chemical durability of silicate glasses was tested in water and TRIS-buffered solution at static and dynamic conditions. The traditional in vitro testing with a TRISbuffered solution under static conditions works well with bioactive or with readily dissolving glasses, and it is easy to follow the ion dissolution reactions. However, in the buffered solution no marked differences between the more durable glasses were observed. The hydrolytic resistance of the glasses was studied using the standard procedure ISO 719. The relative scale given by the standard failed to provide any relevant information when bioactive glasses were studied. However, the clear differences in the hydrolytic resistance values imply that the method could be used as a rapid test to get an overall idea of the biodegradability of glasses. The standard method combined with the ion concentration and pH measurements gives a better estimate of the hydrolytic resistance because of the high silicon amount released from a glass. A sensitive on-line analysis method utilizing inductively coupled plasma optical emission spectrometer and a flow-through micro-volume pH electrode was developed to study the initial dissolution of biocompatible glasses. This approach was found suitable for compositions within a large range of chemical durability. With this approach, the initial dissolution of all ions could be measured simultaneously and quantitatively, which gave a good overall idea of the initial dissolution rates for the individual ions and the dissolution mechanism. These types of results with glass dissolution were presented for the first time during the course of writing this thesis. Based on the initial dissolution patterns obtained with the novel approach using TRIS, the experimental glasses could be divided into four distinct categories. The initial dissolution patterns of glasses correlated well with the anticipated bioactivity. Moreover, the normalized surface-specific mass loss rates and the different in vivo models and the actual in vivo data correlated well. The results suggest that this type of approach can be used for prescreening the suitability of novel glass compositions for future clinical applications. Furthermore, the results shed light on the possible bioactivity of glasses. An additional goal in this thesis was to gain insight into the phase changes occurring during various heat treatments of glasses with three selected compositions. Engineering-type T-T-T curves for glasses 1-98 and 13-93 were stablished. The information gained is essential in manufacturing amorphous porous implants or for drawing of continuous fibers of the glasses. Although both glasses can be hot worked to amorphous products at carefully controlled conditions, 1-98 showed one magnitude greater nucleation and crystal growth rate than 13-93. Thus, 13-93 is better suited than 1-98 for working processes which require long residence times at high temperatures. It was also shown that amorphous and partially crystalline porous implants can be sintered from bioactive glass S53P4. Surface crystallization of S53P4, forming Na2O∙CaO∙2SiO2, was observed to start at 650°C. The secondary crystals of Na2Ca4(PO4)2SiO4, reported for the first time in this thesis, were detected at higher temperatures, from 850°C to 1000°C. The crystal phases formed affected the dissolution behavior of the implants in simulated body fluid. This study opens up new possibilities for using S53P4 to manufacture various structures, while tailoring their bioactivity by controlling the proportions of the different phases. The results obtained in this thesis give valuable additional information and tools to the state of the art for designing glasses with respect to future clinical applications. With the knowledge gained we can identify different dissolution patters and use this information to improve the tuning of glass compositions. In addition, the novel online analysis approach provides an excellent opportunity to further enhance our knowledge of glass behavior in simulated body conditions.

Mobiilisovellusten keskitetyt jakelukanavat

Diplomityössä tutkitaan mobiilisovellusten keskitettyjä jakelukanavia. Nämä uudet jakelukanavat ovat mahdollistaneet sovellusten uuden tyylisen ja helpon jakelun. Työssä tutkitaan itsenäisen kehittäjän näkökulmasta sovelluksen kehitystä Android-, iOS- ja Windows Phone -ohjelmistoalustoilla, ja sen julkaisua App Storessa, Google Playssa ja Windows Phone Marketplacella. Tavoitteena on tutkia huomataanko esimerkkisovelluksen kehityksessä ja julkaisussa merkittäviä eroja jakelukanavien välillä. Prosesseissa havaittiin eroja, mutta ei kuitenkaan niin merkittäviä, että jokin jakelukanava voitaisiin nostaa selkeästi toisten edelle helpompana tai rajoitteista vapaampana vaihtoehtona.

Viitearkkitehtuuri Windows-sovelluksen käyttöliittymän modernisoimiseksi web-sovellukseksi

IT-järjestelmillä on tärkeä rooli organisaation liiketoiminnassa. Koska organisaation liiketoimintavaatimukset ja strategia muuttuvat ympäröivän maailman mukaan, täytyy järjestelmän arkkitehtuurin sopeutua vallitsevaan tilanteeseen sekä mahdollisiin muutoksiin lyhyellä ja pitkällä aikavälillä. Modernin web-sovelluksen arkkitehtuuri sopeutuu organisaation liiketoiminnan haasteisiin. Erityisesti hallinnolliseksi ongelmaksi organisaatiossa muodostuvat Windows-sovellukset, koska niiden ylläpito sitoo henkilöresursseja ja niiden käyttökonteksti on rajallinen. Tästä syystä organisaatiot ovat käyneet etsimään ratkaisuja kuinka korvata Windows-sovellukset web-sovelluksilla. Kustannustehokas ratkaisu on modernisoida Windows-sovelluksen käyttöliittymä web-sovellukseksi. Tämän diplomityön tavoitteena oli laatia Logica Suomi Oy yritykselle viitearkkitehtuuri Win-dows-sovelluksen käyttöliittymän modernisoimiseksi web-sovellukseksi. Työ suoritettiin Proof of Concept projektissa, jossa modernisointiin Logican pääkäyttäjäsovellus. Työn tarkoituksena oli tunnistaa laajalti käytetyt arkkitehtuurimallit ja menetelmät jotka mahdollistavat modernisoinnin toteutuksen. Lisäksi tarkoitus oli tunnistaa menetelmät ja ohjelmistot jotka mahdollistavat kustannustehokkaan ja laadukkaan web-sovelluksen kehittämisen ja toteuttamisen. Työn osatavoitteena oli laatia modernisoitavan pääkäyttäjäsovelluksen kokonaisarkkitehtuuri. Työn tuloksena saatiin viitearkkitehtuuri jota voidaan käyttää ja hyödyntää ohjelmistokehitysprojekteissa, asiakkaan dokumentaatiossa, myynnissä ja markkinoinnissa. Viitearkkitehtuurissa on esitelty modernit web-teknologiat joilla on mahdollista toteuttaa web-sovellus jonka käyttökokemus vastaa Windows-sovellusta. Lisäksi tuloksena saatiin pääkäyttäjäsovelluksen kokonaisarkkitehtuuri, jonka tärkeimpiä tuloksia ovat modernisoinnin tavoitetila ja sovellusarkkitehtuuri. Tärkeimpiä jatkotoimenpiteitä ovat viitearkkitehtuuriin pohjautuvan modernisointiviitekehyksen laadinta sekä modernisointiprojektin arviointiin käytettävien mittareiden määrittely, suunnittelu ja toteutus. Relevanttien mittareiden avulla voidaan todeta, vastaako modernisoitu sovellus organisaation liiketoimintavaatimuksia ja strategiaa.

One chip solution for low-cost active magnetic bearing system

In this work the implementation of the active magnetic bearing control system in a single FPGA is studied. Requirements for the full magnetic bearing control system are reviewed. Different control methods for active magnetic bearings are described shortly. Flux and the current base controllers are implemented in a FPGA. Suitability of the con-trollers for a low-cost magnetic bearing application is studied. Floating-point arithmetic’s are used in the controllers to ease designing burden and improve calculation precision. Per-formance of the flux controller is verified with simulations.

One process to rule them all? The role of a repository platform in the management of digitized cultural heritage at the National Library of Finland

Presentation at Open Repositories 2013, DSpace User Group, on 12.7.2013 in Charlottetown, PEI, Canada

Regioselective modification of galactose-containing polysaccharides in aqueous media

Biorefining is defined as sustainable conversion of biomass into marketable products and energy. Forests cover almost one third of earth’s land area, and account for approximately 40% of the total annual biomass production. In forest biorefining, the wood components are, in addition to the traditional paper and board products, converted into chemicals and biofuels. The major components in wood are cellulose, hemicelluloses, and lignin. The main hemicellulose in softwoods, which are of interest especially for the Nordic forest industry, is O-acetyl galactoglucomannan (GGM). GGM can be isolated in industrial scale from the waste waters of the mechanical pulping process, but is not yet today industrially utilized. In order to attain desired properties of GGM for specific end-uses, chemical and enzymatic modifications can be performed. Regioselective modifications of GGM, and other galactose-containing polysaccharides were done by oxidations, and by combining oxidations with subsequent derivatizations of the formed carbonyl or carboxyl groups. Two different pathways were investigated: activation of the C-6 positions in different sugar units by TEMPO-mediated oxidation, and activation of C-6 position in only galactose-units by oxidation catalyzed by the enzyme galactose oxidase. The activated sites were further selectively derivatized; TEMPO-oxidized GGM by a carbodiimide-mediated reaction forming amides, and GO-oxidized GGM by indium-mediated allylation introducing double or triple bonds to the molecule. In order to better understand the reaction, and to develop a MALDI-TOF-MS method for characterization of regioselectively allylated GGM, α-D-galactopyranoside and raffinose were used as model compounds. All reactions were done in aqueous media. To investigate the applicability of the modified polysaccharides for, e.g., cellulose surface functionalization, their sorption onto pulp fibres was studied. Carboxylation affects the sorption tendency significantly; a higher degree of oxidation leads to lower sorption. By controlling the degree of oxidation of the polysaccharides and the ionic strength of the sorption media, high degrees of sorption of carboxylated polysaccharides onto cellulose could, however, be obtained. Anionic polysaccharides were used as templates during laccase-catalyzed polymerization of aniline, offering a green, chemo-enzymatic route for synthesis of conducting polyaniline (PANI) composite materials. Different polysaccharide templates, such as, native GGM, TEMPO-oxidized GGM, naturally anionic κ-carrageenan, and nanofibrillated cellulose produced by TEMPO-oxidation, were assessed. The conductivity of the synthesized polysaccharide/PANI biocomposites varies depending on the polysaccharide template; κ-CGN, the anionic polysaccharide with the lowest pKa value, produces the polysaccharide/PANI biocomposites with the highest conductivity. The presented derivatization, sorption, and polymerization procedures open new application windows for polysaccharides, such as spruce GGM. The modified polysaccharides and the conducting biocomposites produced provide potential applications in biosensors, electronic devices, and tissue engineering.

Twitch-palvelun katsomiseen tarkoitetun Windows Store -sovelluksen toteutus

Tämä työ kertoo Twitch.tv-palvelun videolähetyksien katsomiseen tarkoitetun sovelluksen kehittämisestä. Sovellus on tarkoitettu tablet-laitteille, jotka käyttävät Windows 8 -käyttöjärjestelmää. Tarkoituksena on mahdollistaa palvelun käyttäminen ilman selainta suoraan Windows App Store -sovelluksen kautta. Toteutuksessa keskitytään tutkimaan Microsoftin työkaluja ohjelmistonkehitykseen Windowsille, Twitch:n tarjoaman rajapinnan käyttöä ja käyttömahdollisuuksia. Työssä kerrotaan näiden työkalujen rajoittuneisuudesta ja tästä aiheutuvista ongelmista edellä kuvattua sovellusta kehittäessä. Ohjelmistossa panostetaan käytettävyyteen erityisesti tablet-laitteen näkökulmasta, käyttöliittymän suunnittelussa otetaan huomioon yhtenevä ulkonäkö ja Metro UI:n tyyli.

Suunnistussovelluksen suunnittelu Windows Phonelle

Tässä työssä luotiin suunnistussovelluksen demo Windows Phone 8:lle. Työn tavoite oli tehdä sovellus, jonka kanssa suunnistaminen tuntuisi mahdollisimman samalta, kuin oikeakin suunnistus. Työssä kiinnitettiin huomiota lähinnä sovelluksen tekniseen toteutukseen sekä paikannuksen riittävään tarkkuuteen. Työssä vertaillaan eri mobiilialustoja, selainten tietokantaratkaisuja, erilaisia selaimen ja serverin tietokantojen synkronointimenetelmiä sekä olemassaolevia suunnistussovelluksia. Työssä käytettiin indeksitietokantaa, jQuery mobilea ja Cordovaa sekä JSON:ia tietokantojen synkronointiin. Työssä tehty demo on lupaava esitys siitä, miten suunnistustaitojaan voisi harjoittaa tekniikkaa apuna käyttäen. Lopuksi työssä käydään vielä läpi sitä, mitä tällaiseen palveluun voisi toteuttaa työssä toteutetun demon lisäksi.

Bye, ContentDM: Another one bites the dust

Poster at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Rikottujen ikkunoiden nollatoleranssi. Tutkimus New Yorkin rikoksentorjunnan uuskonservatiivi-mallista Suomessa

Väitöskirja on kriminologista kontrollin ja rikoksentorjunnan tutkimusta sekä poliisitutkimusta. Kohteena on ympäri maailmaa levinnyt nollatoleranssiksi kutsuttu järjestyspoliisistrategia. Strategiaa kokeiltiin vuosituhannen vaihteessa vuoden kestäneessä järjestyksenvalvonnan hankkeessa Tampereella. Vaikka kyseessä oli kokeilu, niin tutkimuksessa osoitetaan toimintatavan olleen ja olevan pitkälti kiinteä osa perinteistä suomalaisen järjestyspoliisin toimintaperiaatetta. Artikkeliväitöskirja sisältää viisi vuosina 1998–2005 julkaistua kirjoitusta. Kokoavan yhteenvetoartikkelin tutkimusongelmat ovat seuraavat: Millaisia ovat Yhdysvaltojen ja Suomen järjestyspoliisitoiminnan nollatoleranssien mekanismien, kontekstien ja vaikutusten keskeiset erot ja yhtäläisyydet? Millainen on Tampereen nollatoleranssikokeilu ja New Yorkin rikottujen ikkunoiden nollatoleranssi rikoksentorjunnan arvioinnin ja moraalisäätelyn esimerkkeinä? Tampereen kokeilun prosessi- ja vaikuttavuusarviointitutkimus koostaa tutkimuksen empiirisen aineiston. Hankkeen alku- ja loppumittauksena toimi lomakekysely tamperelaisille (2 x n2000). Lisäksi analyysissä käytettiin kansalaiskyselyn uhrikyselyä, poliisin rikos- ja päivystyskeskustilastoja, Tilastokeskuksen tilastoja, hankkeen suoritelomakkeita sekä rangaistusvaatimus- ja rikesakkolomakkeita sekä kouluterveystutkimuksia. Tampereen poliiseille tehtiin lomakekysely ja teemahaastatteluja. Sosiaali-, nuoriso- ja vapaaehtoistyöntekijöitä sekä yli viisikymmentä tamperelaista nuorta sekä kymmenkunta tamperelaista aikuista haastateltiin. Yhdysvaltojen osalta nojaudutaan verrattain suureen määrään julkaistua korkeatasoista ja ajankohtaista kriminologista tutkimusta. New Yorkiin ja Yhdysvaltoihin sovelletussa hallintavalta- ja moraalisäätelyanalyysissa rikotut ikkunat -teoria osoittautuu uuskonservatiiviseksi moraaliprojektiksi, joka opastaa kaupunkeja hankkimaan itselleen oikeuden tiukkaan järjestyksenvalvontaan. Aiemmin sen oli estänyt kansalaisoikeusmyönteinen lakien tulkinta. New Yorkissa ja Tampereella syntyi useita kielteisiä sivu- ja vastavaikutuksia, kuten ongelmien siirtymistä (displacement). Tämä on yksi keskeinen tulos tilannetorjunnan ja kontrollin tehostamisen ja kohdistamisen hankkeissa. Tulokset haastavat arvioimaan kriittisesti, ovatko kaikki lapsiin ja nuoriin kohdistuvat varhaisen puuttumisen hankkeet seuraustensa perusteella oikeutettuja.