Cost-benefit analysis of multifunctional agriculture in Finland

Selostus: Kustannus-hyötyanalyysi monivaikutteisesta maataloudesta

Development of new halogen-free and multifunctional flame retardants

I avhandlingen undersöktes nya typer av halogenfria flamskyddsmedel. De utvecklade azoalkanföreningarna skyddar polypropenplaster mot brand även i små halter och kan samtidigt förbättra plasternas övriga egenskaper. Undersökningen har medfört viktigt kunnande i övergången från effektiva men på flera sätt problematiska bromerade flamskyddsmedel mot miljövänligare alternativ. I Auberts undersökningar framkom att speciellt symmetriska cykliska azoalkaner, såsom dicyklohexylazoföreningar, uppvisar goda flamskyddande egenskaper i polypropenprodukter. Betydande flamskydd uppnåddes vid anmärkningsvärt låga koncentrationer av föreningarna (0,5-2 vikts-%) och formuleringarna klarar DIN 4102 B2-standardtestet som mäter brandsäkerheten i byggprodukter. I doktorsavhandlingen syntetiserades även en ny, innovativ radikalgenerator, bis(1-propyloxy-2,2,6,6-tetrametylpiperidyl)-4-diazen (AZONOR), som klarade av förutom det ovannämnda testet även NF P92-505- samt det mera krävande UL 94 VTM-2-standardtestet. Förutom flamskyddande verkan uppvisade denna multifunktionella förening ett utmärkt UV-skydd i polypropenplaster. Även efter 2000 timmar av föråldring i klimatkammare kunde ingen betydande minskning av flamskyddsmedlets effekt eller förvittring av polymerfilmen observeras. Konsumtionen av plastprodukter håller på att öka. För att kunna uppfylla de nutida kraven på brandsäkerhet bör man tillsätta flamskyddsmedel till de i sig mycket brandfarliga plasterna. Internationellt forskas det mycket i att finna ersättande produkter för de allmänt använda bromerade flamskyddsmedlen. I Auberts undersökning hittades välfungerande och till sina bieffekter lindrigare föreningar för att ersätta bromerade medel. De nya föreningarna har väckt stort intresse inom den akademiska och företagsvärlden.

Composing Web Services

Web-palvelut muodostavat keskeisen osan semanttista web:iä. Ne mahdollistavat nykyaikaisen ja tehokkaan välineistön hajautettuun laskentaan ja luovat perustan palveluperustaisille arkkitehtuureille. Verkottunut automatisoitu liiketoiminta edellyttää jatkuvaa aktiivisuutta kaikilta osapuolilta. Lisäksi sitä tukevan järjestelmäntulee olla joustava ja sen tulee tukea monipuolista toiminnallisuutta. Nämä tavoitteet voidaan saavuttamaan yhdistämällä web-palveluita. Yhdistämisprosessi muodostuu joukosta tehtäviä kuten esim. palveluiden mallintaminen, palveluiden koostaminen, palveluiden suorittaminen ja tarkistaminen. Työssä on toteutettu yksinkertainen liiketoimintaprosessi. Toteutuksen osalta tarkasteltiin vaihtoehtoisia standardeja ja toteutustekniikoita. Myös suorituksen optimointiin liittyvät näkökulmat pyrittiin ottamaan huomioon.

Design of adjustable packaging line

Diplomityön tavoite oli tutkia, mitä toimintoja ja tekniikoita uusi, joustava kartonkipakkauslinja sisältää ja mitkä suuntaukset pakkausteollisuudessa tulevat olemaan tärkeitä tulevaisuudessa. Pakkauslinjan päätoimintoja tarkasteltiin nykyisten jatulevaisuuden tekniikoiden pohjalta. Erityisesti tarkasteltiin laser-sovellusten käytön mahdollisuutta pakkauslinjan eri osatoiminnoissa. Katsaus pakkausteollisuuden tulevaisuuden näkymiin luotiin kirjallisuuden ja aikaisempien tutkimusten pohjalta, minkä perusteella työssä oletetaan, että yksilölliset ja monitoimipakkaukset tulevat lisääntymään tulevaisuudessa. Eri tuotantoerien välillä olevat asetusajat tulee saada minimoitua, mutta millä keinoin joustavuus on saavutettavissa? Yksi ratkaisu pakkausten valmistamisessa on käyttää robottisolua, mikä on mahdollista luultavasti ainakin kuppimuotoisten pakkausten kohdalla. Muutenkin robotiikka on lisääntymässä pakkausteollisuudessa. Digitaalisten painotekniikoiden kehitys on mahdollistanut yksilölliset painatukset. Tulevaisuudessa painatus on mahdollista tehdä pakkauslinjan loppupäässä, jopa vasta täytön ja suljennan jälkeen. Laserleikkaus on jo nyt käytössä, mutta tulevaisuudessa myös saumaus ja perinteinen nuuttaus on mahdollista tehdä lasersovelluksia käyttäen. Kehittynyt, väyläpohjainen ohjausjärjestelmä on tulevaisuudessa välttämätön joustavassa pakkauslinjassa. Internetin välityksellä toimiva etäohjattu virheenkorjausdiagnostiikka tulee myös olemaan itsestäänselvyys tulevaisuudessa. Kustannussäästöjä voidaan saavuttaa käyttämälläpakkauslinjassa modulaarista rakennetta. Standardiosien ja standardiosajärjestelmien käyttäminen pienentää myös käyttö- ja huoltokustannuksia. Tärkeää on kuitenkin muistaa, ettei joustavuutta voida saavuttaa pelkästään yhtä ominaisuutta tai tekniikkaa hyödyntäen vaan monia menetelmiä yhdistäen. Suunniteltavan pakkauslinjan toiminta on myös hyvä varmistaa käyttäen apuna mallinnusta ja simulointia.

Monitoimipystysorvin NC- ohjelmoinnin kehittäminen CAM käyttöönotolla

Diplomityön tavoitteena oli tehostaa venttiilipesien koneistuksessa käytettävän monitoimipystysorvin NC - ohjelmointia CAM - ohjelman käyttöönotolla. Tutkimus on osa laajempaa kokonaisuutta liittyen koneistusalihankinnan kehittämiseen ja yrityksen kilpailukyvyn ylläpitoon ja parantamiseen liiketoiminta-alueella, jolla on tällä hetkellä hyvät kasvunäkymät. Tavoite rajattiin yritykseen jo aiemmin hankitun WinCAM - ohjelman päivittämiseen ja hyödyntämiseen monitoimipystysorvin NC - ohjelmoinnissa. Tutkimuksen käytännön tavoitteena oli selvittää CAM - ohjelmoinnin käyttömahdollisuudet, sekä luoda CAM - ohjelmistoon pohjautuva, räätälöity NC - ohjelmointikonsepti pilottikohteeseen. Tutkimuksen kokeellisen osuuden muodostivat tällöin nykyisen tuotannon ongelmakohtien löytäminen, koneen ohjelmointitarpeiden kartoitus,sekä menetelmäkehitys. Tutkimuksen päämääränä oli tuotannon tasolla käytettävä järjestelmä, jolla koneen ohjelmointi olisi mahdollista myös vähemmällä konekohtaisella kokemuksella. Nykyisen toimintatavan ongelmina olivat yhtenäisen NC - ohjelmointikäytännön puute, niin valmiiden ohjelmien käytössä kuin uusienkin ohjelmien tekemisessä. Tähän olivat syynä NC - ohjauksen heikko käytettävyys erityisesti sorvauksen osalta. Nämä tekijät yhdistettynä monitoimityöstökoneessa tarvittavaan koordinaatiston hallintaan vaikeuttivat ohjelmointia. Työntekijäkohtaiset erot NC - ohjelmien käytössä, sekä laadultaan vaihtelevat valuaihiot aiheuttivat tuotannon läpäisyaikaan merkittävää vaihtelua. Siten myös koneen kuormituksen säätely oli vaikeaa. Uuden ohjelmointikonseptin toteutuksessa pidettiin etusijalla hyvää käytettävyyttä, sekä uuden menetelmän aukotonta liittymistä olemassa oleviin tuotantojärjestelmiin. Ohjelmointikonseptin toteutuksessa, osaperheestä haettiin selkeästi parametroitaviksi soveltuvat työvaiheet, jotka voitiin hallita yleiskäyttöisillä aliohjelmilla. Tuotteiden muidengeometrioiden hallintaan laadittiin geometriakirjasto, jota voitiin käyttää tavanomaisen graafisen ohjelmoinnin pohjana. Vanhaa toimintatapaa ja diplomityön aikana kehitettyä CAM - ohjelmointijärjestelmää vertailtiin perustuen NC - ohjelmien tehokkuuteen, jota tarkasteltiin saman työvaiheen työstöaikaan perustuen. Tämän lisäksi tärkeän tuloksen muodostavat myös kvalitatiivisetseikat, jotka liittyvät ohjelmointiympäristön käytettävyyteen. CAM - ohjelmoinnin kehittäminen ja käyttöönotto pilottikohteessa sujui pääosin hyvin ja laaditunsuunnitelman mukaisesti. Aiemmin hankalasti ohjelmoitavat työvaiheet, kuten erilaisten laippatasopintojen ja reikäpiirien ohjelmointi muutettiin makrokäyttöön soveltuviksi. Sorvauksessa ongelmia aiheuttaneen tiivistelilan koneistukseen sovellettiin graafista ohjelmointia. Koko tuotannon mittakaavassa NC - ohjelmoinninosuus oli kuitenkin vähäinen, mistä johtuen koneen tuottavuuteen ei tutkimuksenajanjaksolla voitu vaikuttaa. Sen sijaan tuotannon sujuvuuteen oleellisesti vaikuttavaa työtekijöiden 'hiljaisen tiedon' määrää voitiin vähentää vakioimalla ohjelmointia ja siirtämällä tehokkaiksi havaitut menetelmät ohjelmointijärjestelmään.

Monitoimityöstökeskuksen kokonaistehokkuuden parantaminen kokonaisvaltaisella tuottavalla kunnossapidolla

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutustua kokonaisvaltaisen tuottavan kunnossapidon teoriaan ja soveltaa sitä Abloy Oy Joensuun tehtaalla pilottikohteeksi valittuun koneeseen. Pilottikohteeksi oli valittu uusi Sveitsiläinen Hydromat-monitoimityöstökeskus, jonka kokonaistehokkuutta (OEE) pyrittiin parantamaan kokonaisvaltaisella tuottavalla kunnossapidolla (TPM). Työn kirjallisuusosuudessa tarkastellaan teoriatietoja, jotka liittyvät yleisesti kunnossapitoon ja tarkemmin TPM-toimintaan. Lisäksi käsitellään kunnossapidon mittareita ja tietojärjestelmiä. Työn empiirisessä osassa selvitetään, kuinka TPM-toiminta otettiin käyttöön Hydromat-monitoimityöstökeskuksen osalta. Eniten resursseja käytettiin koneen asetusaikojen lyhentämiseen. Lisäksi koneen käyttäjien itsenäiseen kunnossapitoon siirtyminen kuului työn sisältöön. Työssä on selvitetty myös uuden tuotannon seurantataulun käyttöönotto. Seurantataulusta nähdään useita tuotantotietoja kuten kokonaistehokkuus. Työn merkittävimmät tulokset osoittavat, että asetusajat ovat tällä hekellä hyvin pitkiä tavoitteisiin nähden. Asetusaikojen lyhentyminen halutulle tasolle vaatii koneen käyttäjien pitkän oppimisprosessin sekä optimaaliset toimintaolosuhteet. Lisäksi havaittiin, että uuden toimintamallin esitteleminen ja sen käyttöönotto valmistavassa teollisuudessa on vaativa prosessi.

Characterisation of pigment particles by scanning electron microscope and image analysis programs

Coating and filler pigments have strong influence to the properties of the paper. Filler content can be even over 30 % and pigment content in coating is about 85-95 weight percent. The physical and chemical properties of the pigments are different and the knowledge of these properties is important for optimising of optical and printing properties of the paper. The size and shape of pigment particles can be measured by different analysers which can be based on sedimentation, laser diffraction, changes in electric field etc. In this master's thesis was researched particle properties especially by scanning electron microscope (SEM) and image analysis programs. Research included nine pigments with different particle size and shape. Pigments were analysed by two image analysis programs (INCA Feature and Poikki), Coulter LS230 (laser diffraction) and SediGraph 5100 (sedimentation). The results were compared to perceive the effect of particle shape to the performance of the analysers. Only image analysis programs gave parameters of the particle shape. One part of research was also the sample preparation for SEM. Individual particles should be separated and distinct in ideal sample. Analysing methods gave different results but results from image analysis programs corresponded even to sedimentation or to laser diffraction depending on the particle shape. Detailed analysis of the particle shape required high magnification in SEM, but measured parameters described very well the shape of the particles. Large particles (ecd~1 µm) could be used also in 3D-modelling which enabled the measurement of the thickness of the particles. Scanning electron microscope and image analysis programs were effective and multifunctional tools for particle analyses. Development and experience will devise the usability of analysing method in routine use.

Online Community System Development, Case PROFCOM

The purpose of this bachelor's thesis is the development of online community. Nowadays Internet lets user to collaborate and share information online. Internet is also full of communities and the number of community users is continuously rising. Companies have also noticed this and want to make use of it. The result of the work was an online community for the use of PROFCOM research project. At the same time information was gathered about what kind of platforms are available as a backbone for an online community. Designing and developing of the online community provided experience about Drupal-environment. It also gave pros and cons of Drupal’s features. Drupal is a multifunctional software, which can handle big online communities, but its installation and maintenance is, however, reasonably simple.

Games in Education and Process Development

The aim of the thesis is to devise a framework for analyzing simulation games, in particular introductory supply chain simulation games which are used in education and process development. The framework is then applied to three case examples which are introductory supply chain simulation games used at Lappeenranta University of Technology. The theoretical part of the thesis studies simulation games in the context of education and training as well as of process management. Simulation games can be seen as learning processes which comprise of briefing, micro cycle, and debriefing which includes observation and reflection as well as conceptualization. The micro cycle, i.e. the game itself, is defined through elements and characteristics. Both briefing and debriefing ought to support the micro cycle. The whole learning process needs to support learning objectives of the simulation game. Based on the analysis of the case simulation games, suggestions on how to boost the debriefing and promote long term effects of the games are made. In addition, a framework is suggested to be used in designing simulation games and characteristics of introductory supply chain simulation games are defined. They are designed for general purposes, are simple and operated manually, are multifunctional interplays, and last about 2.5 4 hours. Participants co operate during a game run and competition arises between different runs or game sessions.

Functional Genomic Approaches for Deciphering Plant-Virus Interactions

Plant-virus interactions are very complex in nature and lead to disease and symptom formation by causing various physiological, metabolic and developmental changes in the host plants. These interactions are mainly the outcomes of viral hijacking of host components to complete their infection cycles and of host defensive responses to restrict the viral infections. Viral genomes contain only a small number of genes often encoding for multifunctional proteins, and all are essential in establishing a viral infection. Thus, it is important to understand the specific roles of individual viral genes and their contribution to the viral life cycles. Among the most important viral proteins are the suppressors of RNA silencing (VSRs). These proteins function to suppress host defenses mediated by RNA silencing and can also serve in other functions, e.g. in viral movement, transactivation of host genes, virus replication and protein processing. Thus these proteins are likely to have a significant impact on host physiology and metabolism. In the present study, I have examined the plant-virus interactions and the effects of three different VSRs on host physiology and gene expression levels by microarray analysis of transgenic plants that express these VSR genes. I also studied the gene expression changes related to the expression of the whole genome of Tobacco mosaic virus (TMV) in transgenic tobacco plants. Expression of the VSR genes in the transgenic tobacco plants causes significant changes in the gene expression profiles. HC-Pro gene derived from the Potyvirus Y (PVY) causes alteration of 748 and 332 transcripts, AC2 gene derived from the African cassava mosaic virus (ACMV) causes alteration of 1118 and 251transcripts, and P25 gene derived from the Potyvirus X (PVX) causes alterations of 1355 and 64 transcripts in leaves and flowers, respectively. All three VSRs cause similar up-regulation in defense, hormonally regulated and different stress-related genes and down-regulation in the photosynthesis and starch metabolism related genes. They also induce alterations that are specific to each viral VSR. The phenotype and transcriptome alterations of the HC-Pro expressing transgenic plants are similar to those observed in some Potyvirus-infected plants. The plants show increased protein degradation, which may be due to the HC-Pro cysteine endopeptidase and thioredoxin activities. The AC2-expressing transgenic plants show a similar phenotype and gene expression pattern as HC-Pro-expressing plants, but also alter pathways related to jasmonic acid, ethylene and retrograde signaling. In the P25 expressing transgenic plants, high numbers of genes (total of 1355) were up-regulated in the leaves, compared to a very low number of down-regulated genes (total of 5). Despite of strong induction of the transcripts, only mild growth reduction and no other distinct phenotype was observed in these plants. As an example of whole virus interactions with its host, I also studied gene expression changes caused by Tobacco mosaic virus (TMV) in tobacco host in three different conditions, i.e. in transgenic plants that are first resistant to the virus, and then become susceptible to it and in wild type plants naturally infected with this virus. The microarray analysis revealed up and down-regulation of 1362 and 1422 transcripts in the TMV resistant young transgenic plants, and up and down-regulation of a total of 1150 and 1200 transcripts, respectively, in the older plants, after the resistance break. Natural TMV infections in wild type plants caused up-regulation of 550 transcripts and down-regulation of 480 transcripts. 124 up-regulated and 29 down-regulated transcripts were commonly altered between young and old TMV transgenic plants, and only 6 up-regulated and none of the down-regulated transcripts were commonly altered in all three plants. During the resistant stage, the strong down-regulation in translation-related transcripts (total of 750 genes) was observed. Additionally, transcripts related to the hormones, protein degradation and defense pathways, cell division and stress were distinctly altered. All these alterations may contribute to the TMV resistance in the young transgenic plants, and the resistance may also be related to RNA silencing, despite of the low viral abundance and lack of viral siRNAs or TMV methylation activity in the plants.

Modified nano- and microcellulose based adsorption materials in water treatment

In recent decades, industrial activity growth and increasing water usage worldwide have led to the release of various pollutants, such as toxic heavy metals and nutrients, into the aquatic environment. Modified nanocellulose and microcellulose-based adsorption materials have the potential to remove these contaminants from aqueous solutions. The present research consisted of the preparation of five different nano/microcellulose-based adsorbents, their characterization, the study of adsorption kinetics and isotherms, the determination of adsorption mechanisms, and an evaluation of adsorbents’ regeneration properties. The same well known reactions and modification methods that were used for modifying conventional cellulose also worked for microfibrillated cellulose (MFC). The use of succinic anhydride modified mercerized nanocellulose, and aminosilane and hydroxyapatite modified nanostructured MFC for the removal of heavy metals from aqueous solutions exhibited promising results. Aminosilane, epoxy and hydroxyapatite modified MFC could be used as a promising alternative for H2S removal from aqueous solutions. In addition, new knowledge about the adsorption properties of carbonated hydroxyapatite modified MFC as multifunctional adsorbent for the removal of both cations and anions ions from water was obtained. The maghemite nanoparticles (Fe3O4) modified MFC was found to be a highly promising adsorbent for the removal of As(V) from aqueous solutions due to its magnetic properties, high surface area, and high adsorption capacity . The maximum removal efficiencies of each adsorbent were studied in batch mode. The results of adsorption kinetics indicated very fast removal rates for all the studied pollutants. Modeling of adsorption isotherms and adsorption kinetics using various theoretical models provided information about the adsorbent’s surface properties and the adsorption mechanisms. This knowledge is important for instance, in designing water treatment units/plants. Furthermore, the correspondence between the theory behind the model and properties of the adsorbent as well as adsorption mechanisms were also discussed. On the whole, both the experimental results and theoretical considerations supported the potential applicability of the studied nano/microcellulose-based adsorbents in water treatment applications.

Experimental Studies on Non-Metallic Composite Bone Implants With a Special Reference to Staphylococcal Biofilm Infection

Non-metallic implants made of bioresorbable or biostable synthetic polymers are attractive options in many surgical procedures, ranging from bioresorbable suture anchors of arthroscopic surgery to reconstructive skull implants made of biostable fiber-reinforced composites. Among other benefits, non-metallic implants produce less interference in imaging. Bioresorbable polymer implants may be true multifunctional, serving as osteoconductive scaffolds and as matrices for simultaneous delivery of bone enhancement agents. As a major advantage for loading conditions, mechanical properties of biostable fiber-reinforced composites can be matched with those of the bone. Unsolved problems of these biomaterials are related to the risk of staphylococcal biofilm infections and to the low osteoconductivity of contemporary bioresorbable composite implants. This thesis was focused on the research and development of a multifunctional implant model with enhanced osteoconductivity and low susceptibility to infection. In addition, the experimental models for assessment, diagnostics and prophylaxis of biomaterial-related infections were established. The first experiment (Study I) established an in vitro method for simultaneous evaluation of calcium phosphate and biofilm formation on bisphenol-Aglycidyldimethacrylate and triethylenglycoldimethacrylate (BisGMA-TEGDMA) thermosets with different content of bioactive glass 45S5. The second experiment (Study II) showed no significant difference in osteointegration of nanostructured and microsized polylactide-co-glycolide/β-tricalcium phosphate (PLGA /β-TCP) composites in a minipig model. The third experiment (Study III) demonstrated that positron emission tomography (PET) imaging with the novel 68Ga labelled 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA) CD33 related sialic-acid immunoglobulin like lectins (Siglec-9) tracer was able to detect inflammatory response to S. epidermidis and S. aureus peri-implant infections in an intraosseous polytetrafluoroethylene catheter model. In the fourth experiment (Study IV), BisGMATEGDMA thermosets coated with lactose-modified chitosan (Chitlac) and silver nanoparticles exhibited antibacterial activity against S. aureus and P. aeruginosa strains in an in vitro biofilm model and showed in vivo biocompatibility in a minipig model. In the last experiment (Study V), a selective androgen modulator (SARM) released from a poly(lactide)-co-ε-caprolactone (PLCL) polymer matrix failed to produce a dose-dependent enhancement of peri-implant osteogenesis in a bone marrow ablation model.

CLEVER-1 as an immune suppressive molecule

The immune response and immune suppression are equally essential for the immune system to protect the host against an infection and to protect self-molecules in different pathophysiological conditions. Pregnancy is one of the conditions where the maternal immune system remains resistant against microbes and yet attains tolerance to protect the fetus, whose genetic material differs partially from the mother’s. However, if the balance of immune suppression is not precise in the host it can favor conditions which lead to diseases, such as cancer and autoimmune disorders. This study was initiated to investigate the expression and functions of CLEVER-1/Stabilin-1, a multifunctional protein expressed on subsets of endothelial cells and type II macrophages, as an immune suppressive molecule. Firstly, the expression of CLEVER-1/stabilin-1 and its function in human placental macrophages were examined. Secondly, the expression profile and functional significance of stabilin-1 on healthy human monocytes was investigated. The results clarified the expression of CLEVER-1/stabilin-1 on placental macrophages, and verified that CLEVER-1/stabilin-1 functions as an adhesion and scavenging molecule on these cells. The data from normal monocytes revealed that the monocytes with low stabilin-1 expression carried a pro-inflammatory gene signature, and that stabilin-1 can directly or indirectly regulate pro-inflammatory genes in monocytes. Finally, it was shown that monocyte CLEVER-1/stabilin-1 dampens IFN production by T cells. To conclude, CLEVER-1/stabilin-1 is defined as an immune suppressive molecule on monocytes and macrophages. Strikingly, anti-stabilin-1 antibodies may have the potential to promote the Th1 dependent inflammatory response and counteract the tumor induced immune suppression.