Effect of fertilizer treatment on the biomass production and nutrient uptake of short-rotation willow on cut-away peatlands

Summary

Biomass production and nutrient uptake of short-rotation plantations

Summary

Uptake of heavy metals by plants from airborne deposition and polluted soils

Selostus: Kasvien raskasmetallien otto ilmasta ja saastuneesta maasta

Harvesting strategy and N fertilization influence ¹³⁴Cs uptake by forage plants

Selostus: Korjuuaika ja typpilannoitus vaikuttavat rehukasvien radiocesiumpitoisuuteen

Nanoparticle Labels in Bioaffinity Assays

Nanoparticles offer adjustable and expandable reactive surface area compared to the more traditional solid phase forms utilized in bioaffinity assays due to the high surface to-volume ratio. The versatility of nanoparticles is further improved by the ability to incorporate various molecular complexes such as luminophores into the core. Nanoparticle labels composed of polystyrene, silica, inorganic crystals doped with high number of luminophores, preferably lanthanide(III) complexes, are employed in bioaffinity assays. Other label species such as semiconductor crystals (quantum dots) or colloidal gold clusters are also utilized. The surface derivatization of such particles with biomolecules is crucial for the applicability to bioaffinity assays. The effectiveness of a coating is reliant on the biomolecule and particle surface characteristics and the selected coupling technique. The most critical aspects of the particle labels in bioaffinity assays are their size-dependent features. For polystyrene, silica and inorganic phosphor particles, these include the kinetics, specific activity and colloidal stability. For quantum dots and gold colloids, the spectral properties are also dependent on particle size. This study reports the utilization of europium(III)-chelate-embedded nanoparticle labels in the development of bioaffinity assays. The experimental covers both the heterogeneous and homogeneous assay formats elucidating the wide applicability of the nanoparticles. It was revealed that the employment of europium(III) nanoparticles in heterogeneous assays for viral antigens, adenovirus hexon and hepatitis B surface antigen (HBsAg), resulted in sensitivity improvement of 10-1000 fold compared to the reference methods. This improvement was attributed to the extreme specific activity and enhanced monovalent affinity of the nanoparticles conjugates. The applicability of europium(III)-chelate-doped nanoparticles to homogeneous assay formats were proved in two completely different experimental settings; assays based on immunological recognition or proteolytic activity. It was shown that in addition to small molecule acceptors, particulate acceptors may also be employed due to the high specific activity of the particles promoting proximity-induced reabsorptive energy transfer in addition to non-radiative energy transfer. The principle of proteolytic activity assay relied on a novel dual-step FRET concept, wherein the streptavidin-derivatized europium(III)-chelate-doped nanoparticles were used as donors for peptide substrates modified with biotin and terminal europium emission compliant primary acceptor and a secondary quencher acceptor. The recorded sensitized emission was proportional to the enzyme activity, and the assay response to various inhibitor doses was in agreement with those found in literature showing the feasibility of the technique. Experiments regarding the impact of donor particle size on the extent of direct donor fluorescence and reabsorptive excitation interference in a FRET-based application was conducted with differently sized europium(III)-chelate-doped nanoparticles. It was shown that the size effect was minimal

Physico-chemical characterization of nanoparticle coated paper

Förståelse av olika ytors vätningsegenskaper är viktig i många pappers-relaterade industriella processer eftersom vätningen påverkar materialbeteendet, t.ex. vid bestrykning, tryckning och laminering. Förmågan att kontrollera vätningen är av intresse, därför att den ger nya möjligheter till modifikation av ytor. Vätningen styrs av ytans struktur och kemi. Kunskap om dessa egenskaper krävs både i fundamentala studier och för industriella applikationer. Nanopartiklar används ofta för att skapa funktionella ytor med mångsidiga egenskaper. Detta arbete strävar till att förstå de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos papper och kartong som är bestrukna med nanopartiklar, för att sedan kunna förklara de observerade förändringarna i ytornas vätningsförmåga. Funktionella ytor med justerbar vätningsförmåga tillverkades genom att deponera nanopartiklar i en rulle-till-rulle vätskeflammasprutningprocess (LFS). TiO2 -nanopartikelbeläggningen skapar en superhydrofob yta som har över 160° kontaktvinkelmed vatten, medan SiO2-nanopartikelbeläggningar skapar mycket hydrofila ytor med kontaktvinklar så låga som 21° med vatten. Superhydrofobiciteten eller hydrofiliteten är ett resultat av den kombinerade effekten hos ytstrukturen och ytkemin, såsom nanopartiklarnas oxidationsnivå eller karbonatiseringsnivå. Kartongytor som är bestrukna med TiO2-nanopartiklar kan vara såväl superhydrofoba som hydrofila. Hydrofilitet kan induceras genom UVA-strålning, medan behandling i hög temperatur i ugn resulterar i en superhydrofob yta. Ett mål med arbetet var att förstå mekanismerna hos de kemiska för ändringar som sker under UVA-bestrålning och värmebehandling av ytor, bestrukna med TiO2-nanopartiklar. Ytornas abrasions- och kompressionsmotstånd samt relaterade förändringar i funktionella egenskaper undersöktes. Resultaten skapar en bättre förståelse för potentiell användning av LFS-nanopartikelbeläggningar i pappersrelaterade applikationer. En förståelse för stabiliteten hos nanopartikelbeläggningarna när de exponeras för externa krafter är viktig för att försäkra deras funktionalitet i industriella applikationer och för att garantera beläggningarnas miljö-, hälso- och säkerhetsaspekter. ------------------------------------------ Pinnan kastumisominaisuuksien hallinta on tärkeää monissa paperiteollisuuden prosesseissa, sillä pinnan kastuminen vaikuttaa esimerkiksi päällystämiseen, painamiseen ja laminointiin. Pinnan kastuvuuden säätäminen avaa mielenkiintoisia uusia mahdollisuuksia pintojen ominaisuuksien hallintaan. Pinnan kastuvuus määräytyy pinnan rakenteesta ja kemiasta, ja näiden ominaisuuksien ymmärtäminen on tärkeää sekä perustutkimuksessa että teollisissa sovelluksissa. Nanopartikkeleita käytetään usein toiminnallisten ja hallitusti kastuvien pintojen aikaansaamiseksi. Tässä työssä on tarkasteltu nanopartikkelipinnoitetun paperin ja kartongin fysikaalis-kemiallisia pintaominaisuuksia, jotka selittävät havaittuja muutoksia pinnan kastuvuudessa. Toiminnalliset pinnat säädettävillä kastuvuusominaisuuksilla valmistettiin nesteliekkiruiskutus (LFS) nanopartikkelipinnoituksella rullalta rullalle-menetelmällä. TiO2-nanopartikkelipäällystys saa aikaan superhydrofobisen pinnan, jonka veden kontaktikulma on suurempi kuin 160°. Toisaalta SiO2-nanopartikkelipäällystys muuttaa pinnan hyvin hydrofiiliseksi, veden kontaktikulman ollessa vain 21°. Pinnan superhydrofobisuus tai hydrofiilisyys riippuu nanopartikkelipinnan rakenteesta ja pintakemiasta kuten pinnan hapettumisasteesta ja hiilipitoisuudesta. TiO2-nanopartikkelipinnoitetun kartonkipinnan kastumista voidaan säätää superhydrofobisen ja hydrofiilisen välillä. Pinnan hydrofiilisyys saadaan aikaan UVA-valolla, kun taas superhydrofobinen pinta voidaan palauttaa korkeassa lämpötilassa uunissa. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, millaisia muutoksia TiO2-nanopartikkelipäällystetyn pinnan kemiassa tapahtuu UVA-valon ja lämpökäsittelyn vaikutuksesta. Työssä tarkasteltiin myös pinnan mekaanisen hankauksen ja kokoonpuristuksen vaikutusta toiminnallisiin ominaisuuksiin. Työssä saavutetut tulokset auttavat ymmärtämään LFS-nanopartikkelipäällystettyjen pintojen soveltuvuutta paperiin liittyvissä sovelluksissa. Nanopartikkelipäällystettyjen pintojen stabiilius ulkoisten voimien alaisena on tärkeää toiminnallisten päällystysten ympäristö-, terveys- ja turvallisuusnäkökulmia tarkasteltaessa.

Nanoparticle-Assisted Immunoassays for Point-of-Care Testing - With Specific Interest in Minimally Interference-Prone Assays for Cardiac Troponin I

Cardiac troponins (cTn) I and T are the current golden standard biochemical markers in the diagnosis and risk stratification of patients with suspected acute coronary syndrome. During the past few years, novel assays capable of detecting cTn‐concentrations in >50% of apparently healthy individuals have become readily available. With the emerging of these high sensitivity cTn assays, reductions in the assay specificity have caused elevations in the measured cTn levels that do not correlate with the clinical picture of the patient. The increased assay sensitivity may reveal that various analytical interference mechanisms exist. This doctoral thesis focused on developing nanoparticle‐assisted immunometric assays that could possibly be applied to an automated point‐of‐care system. The main objective was to develop minimally interference‐prone assays for cTnI by employing recombinant antibody fragments. Fast 5‐ and 15‐minute assays for cTnI and D‐dimer, a degradation product of fibrin, based on intrinsically fluorescent nanoparticles were introduced, thus highlighting the versatility of nanoparticles as universally applicable labels. The utilization of antibody fragments in different versions of the developed cTnI‐assay enabled decreases in the used antibody amounts without sacrificing assay sensitivity. In addition, the utilization of recombinant antibody fragments was shown to significantly decrease the measured cTnI concentrations in an apparently healthy population, as well as in samples containing known amounts of potentially interfering factors: triglycerides, bilirubin, rheumatoid factors, or human anti‐mouse antibodies. When determining the specificity of four commercially available antibodies for cTnI, two out of the four cross‐reacted with skeletal troponin I, but caused crossreactivity issues in patient samples only when paired together. In conclusion, the results of this thesis emphasize the importance of careful antibody selection when developing cTnI assays. The results with different recombinant antibody fragments suggest that the utilization of antibody fragments should strongly be encouraged in the immunoassay field, especially with analytes such as cTnI that require highly sensitive assay approaches.