Automaattisen nukleiinihappoeristyslaitteen ja reaaliaikaisen PCR-menetelmän soveltuvuus herpes simplex -virusten keskushermostoinfektiodiagnostiikkaan

Keskushermosto- ja neonataali-infektiot ovat herpes simplex -virusten aiheuttamista taudeista vakavimpia. Niihin on olemassa lääkitys, joka on tehokkain, kun se aloitetaan aivan sairauden alkuvaiheessa. Näiden infektioiden diagnostiikassa PCR-menetelmä on herkin. Tämä menetelmä on kuitenkin työläs ja aikaa vievä, joten uudet nopeammat menetelmät ovat tervetulleita. Opinnäytetyö tehtiin HUSLABin virologian osastolle. Työssä testattiin QIAGENIN artus®HSV-1/2 LC PCR-reagenssipakkausta, joka on tehty käytettäväksi Roche diagnosticsin reaaliaikaisella PCR-laitteella LightCyclerillä. Lisäksi työssä testattiin automaattista bioMérieuxin NucliSens easyMAG- nukleiinihappoeristyslaitetta. Referenssinä käytettiin HUSLABin virologian osastolla testaushetkellä käytössä olevia menetelmiä. Reaaliaikaisen PCR-menetelmän herkkyyttä testattiin positiivisilla HSV-1 ja HSV-2 kontrollilaimennussarjoilla. Menetelmän oikeellisuutta testattiin määrittämällä laaduntarkkailu- ja potilasnäytteitä, jotka olivat likvoria. Tuloksia verrattiin QCMD:n antamiin ja perinteisellä ”in house”- PCR-menetelmällä saatuihin referenssituloksiin. Spesifisyyttä testattiin muiden ihmisten herpesvirusten positiivisilla kontrolleilla. Automaattisen nukleiinihappoeristysmenetelmän toimivuutta testattiin HSV-positiivisilla ja -negatiivisilla likvornäytteillä, jotka oli aikaisemmin eristetty fenoli-kloroformiuutolla. Tulokset QIAGENIN artus®HSV-1/2 LC PCR-reagenssipakkauksesta olivat hyviä. Kont-rollilaimennussarjan määrityksessä reaaliaikainen PCR-menetelmä osoittautui perinteistä ”in house”- PCR-menetelmää herkemmäksi. Potilasnäytteiden määrityksessä tulokset olivat yhtenevät. EasyMAG- nukleiinihappoeristysmenetelmällä eristettyjen potilasnäytteiden määrityksistä saadut tulokset olivat myös hyviä. Kun tuloksia verrattiin fenoli-kloroformiuutolla saatuihin tuloksiin, olivat tulokset yhtä näytettä lukuun ottamatta yhtenevät. Molemmat testattavat menetelmät ovat nopeita ja virhelähteiden mahdollisuus on vähäisempi kuin perinteisessä ”in house”-PCR menetelmässä ja fenoli-kloroformiuutolla nukleiinihappoa eristettäessä. Tutkimusten tulokset osoittivat molempien menetelmien soveltuvan hyvin HSV:n eristykseen ja määritykseen likvornäytteistä.

Aikaerotteisesti fluoresenssia mittaavan reaaliaikaisen PCR-laitteen kehitys

Kvantitatiivinen reaaliaikainen polymeraasiketjureaktio (engl. polymerase chain reaction, PCR) on osoittautunut käyttäjäystävällisimmäksi menetelmäksi nukleiinihapposekvenssien kvantitoimisessa. Tätä menetelmää voidaan herkistää pienempien DNA-pitoisuuksien havaitsemiseen käyttämällä hyväksi aikaerotteista fluorometriaa (engl. time-resolved fluorometry, TRF) ja luminoivia lantanidileimoja, joiden fluoresenssin pitkän eliniän ansiosta emission mittaus voidaan suorittaa vasta hetki virittävän valopulssin jälkeen, jolloin lyhytikäinen taustasäteily ehtii sammua. Tuloksena saadaan korkea signaali-taustasuhde. Tämän diplomityön tarkoituksena oli rakentaa TRF:än pystyvä reaaliaikainen PCR-laite, sillä tällaista laitetta ei ole markkinoilla tarjolla. Laite rakennettiin kehittämällä lämpökierrätin ja yhdistämällä se valmiiseen TRF:än kykenevään mittapäähän. Mittapään ja lämpökierrättimen hallitsemiseksi kehitettiin myös tietokoneohjelma. Valon tuottamiseksi ja mittaamiseksi haluttiin käyttää edullisia komponentteja, joten työssä käytettiin valmiin mittapään optiikkaa, jossa viritys tapahtuu hohtodiodilla (engl. light-emitting diode, LED) ja lantanidileiman emission mittaus fotodiodilla (engl. photodiode, PD) tai valomonistinputkella (engl. photomultiplier tube, PMT). Myös mittapään suorituskykyä tutkittiin. Työtä varten kehitettiin lämpökierrätin, joka koostui Peltier-elementillä lämmitettävästä PCR-putkitelineestä ja lämpökannesta. Mittalaitteen suorituskyvyn tutkimiseen käytettiin kelaattikomplementaatioon perustuvaa PCR-tuotteen havaitsemismenetelmää. Kelaattikomplementaatio perustuu kahteen erilliseen oligonukleotidimolekyyliin, joista toiseen on sidottu lantanidi-ioni ja toiseen valoa absorboiva ligandirakenne, jotka yhdessä muodostavat fluoresoivan kokonaisuuden. Kehitetyn lämpökierrättimen todettiin olevan tarpeeksi tarkka sekä tehokas ja sen lämmitys- ja jäähdytysnopeuden maksimeiksi saatiin 2,6 °C/sekunti. Detektorina käytetyn PD:n ei todettu olevan tarpeeksi herkkä emission havainnoimiseksi ja se korvattiin laitteessa PMT:llä. Käytetyllä PCR-määrityksellä kynnyssykleiksi (engl. threshold cycle, Ct) sekä kehitetylle että referenssilaitteelle saatiin 28,4 käyttämällä samaa 100 000 kopion DNA:n aloitusmäärää. Työssä osoitettiin, että on mahdollista kehittää edullisia komponentteja käyttävä, TRF:än pystyvä, reaaliaikainen PCR-laite, joka kykenee vastaavaan Ct-arvoon kuin vertailulaite. PD:n herkkyys ei kuitenkaan riittänyt. Tulokset olivat lupaavia, sillä LED- ja PD-teknologiat kehittyvät ja markkinoille on tullut myös muita komponentteja, joiden avulla on tulevaisuudessa mahdollista kehittää vielä herkempi laite.

DNA:n eristysmenetelmien vertailu elintarvikenäytteille erilaisilla näytematriiseilla

Tämä opinnäytetyö tehtiin Tullilaboratorion Biokemian jaoston GMO-työryhmälle, joka valvoo elintarvikenäytteissä esiintyviä geneettisiä muunnoksia. Työn tarkoituksena oli ver-tailla DNA:n eristysmenetelmiä erilaisilla näytematriiseilla. Kaikki näytteet olivat Tullilabo-ratorion valvontaan kuuluvia elintarvikenäytteitä, joista osa oli pitkälle prosessoituja elin-tarvikkeita ja osa sisälsi suuria määriä rasvaa ja proteiinia. Jokaiselle näytetyypille pyrittiin löytämään sopivin menetelmä, jolla saadaan hyvälaatuista ja monistuskelpoista DNA:ta. Eristetyn DNA:n pitoisuus, menetelmän kustannukset, työturvallisuus, analyysin käytetty aika ja kontaminaatioriskit olivat myös valintakriteerejä. Kolmea erilaista menetelmää ver-rattiin laboratoriossa rutiinikäytössä olevaan eristysmenetelmään. Näytteet käsiteltiin kolmessa sarjassa: ensimmäinen sisälsi riisinäytteitä, toinen maissi-näytteitä ja kolmas soijaa sisältäviä elintarvikkeita. Jokaisesta näytteestä tehtiin rinnak-kaispunnitus tulosten luotettavuuden varmistamiseksi. Kaikki näytesarjat eristettiin valituil-la kolmella menetelmällä. Eristetyt DNA-näytteet analysoitiin kvantitatiivisella reaaliaikai-sella PCR:llä, jotta voitiin varmistua, että näytteestä saatiin eristettyä halutun organismin DNA. Jokaiselle näytetyypille löydettiin parhaiten soveltuva menetelmä. Kahdella valituista me-netelmistä saatiin parhaat tulokset jokaisen näytematriisin kohdalla. Myös näytteistä, joista ei saatu eristettyä referenssi-DNA:ta rutiinikäytössä olevalla menetelmällä, onnistuttiin eristämään haluttua DNA:ta yhdellä menetelmistä. Kokeilu onnistui hyvin ja tuloksia voi-daan hyödyntää valittaessa valvontanäytteille sopivia eristysmenetelmiä.

Enterohemorraginen Escherichia coli (EHEC) ja sen osoittaminen PCR-menetelmällä

Summary: Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) and its detection with a PCR method

Proaktiivinen verkonvalvonta ja reaaliaikainen dokumentaatio

Nykyaikaisen teollisuusympäristön toiminta nojaa pitkälti tietotekniikkaan,erityisesti tietoliikenneverkolla on merkittävä rooli. Jos verkkokatkon vuoksi informaatio ei kulje tehtaan eri yksiköiden välillä, saattaa koko tehdas pysähtyä. Tästä puolestaan voi seurata merkittäviä tuotannollisia menetyksiä. Tietoliikenneverkon häiriöttömän toiminnan varmistamisessa valvonta onkeskeisessä asemassa. Valvontatyökaluilla nähdään muun muassa verkon eri osa-alueiden kuormitus ja saadaan hälytys, jos jokin raja-arvo ylitetään tai jokin komponentti lakkaa toimimasta. Toinen tärkeä seikka on tietoliikenneverkon dokumentaatio, josta nähdään verkon rakenne, komponenttien fyysinen sijainti ja miten neon kytketty toisiinsa. Yhdistämällä valvonnan, dokumentaation ja osaavan henkilökunnan, päästään proaktiiviiseen verkonvalvontaan, jossa vikoja voidaan välttääja ehkäistä ennakkoon tehdyillä toimenpiteillä. Tärkeydestään huolimatta tietoliikenneverkon dokumentaatio on usein jätetty kokonaan tekemättä tai ainakaan se ei ole ajan tasalla. Tähän on monia syitä, joista eräs on kunnollisen dokumentaatio-ohjelmiston puuttuminen. Siksi tässä työssä kehitetään reaaliaikainen dokumentaatiojärjestelmä, jonka avulla tietoliikenneverkon dokumentointi voidaan tehdä, ja jonka ansiosta se myös pysyy ajan tasalla tietojen automaattisen päivityksen ansiosta.

Reaaliaikainen virtuaalihydrauliikka osana todellista konejärjestelmää

Diplomityössä tutkittiin hydrauliikan reaaliaikasimulointia ja sen mahdollisuuksia tuotekehityksen apuvälineenä. Työssä käytettiin dSPACE:n reaaliaikasimulointiin valmistamia laitteita ja ohjelmia. Työssä luotiin Matlab/Simulink –ympäristöön tyypillisimmistä hydrauliikkakomponenttien puoliempiirisistä malleista koostuva komponenttikirjasto, joista kootut hydrauliikkapiirien mallit voitiin kääntää reaaliaikaympäristöön. Työn tavoitteena oli kehittää menetelmä, jonka avulla voidaan nopeuttaa ja helpottaa hydraulismekaanisten konejärjestelmien suunnittelua ja tuotekehitystä. Kehitetyt menetelmät perustuvat todellisen konejärjestelmän osaksi kytketyn reaaliaikaisen virtuaalihydrauliikan avulla laskettuun uuteen ohjaussignaaliin, jonka avulla voidaan todellisella hydrauliikalla kuvata virtuaalisen hydrauliikan vaikutukset todelliseen järjestelmään. Näin ollen muutokset voidaan siis tehdä virtuaaliseen hydrauliikkaan ja niiden vaikutukset nähdä todellisen järjestelmän käyttäytymisessä.

Mekatronisten koneiden reaaliaikainen simulointi Linux-ympäristössä

Työn tavoitteena oli selvittää mahdollisuuksia käyttää Linux-ympäristöä mekatronisten koneiden reaaliaikaisessa simuloinnissa. Työssä tutkittiin C-kielellä tehdyn reaaliaikaisen simulointimallin ratkaisua Linux-käyttöjärjestelmässä RTLinux-reaaliaikalaajennuksen avulla. Reaaliaikainen simulointi onnistui RTLinuxin avulla tehokkaasti ja mallinnusmenetelmien rajoissa tarkasti. I/O-toimintojen lisäämistä erillisten I/O-korttien avulla ei tarkasteltu tässä työssä. Reaaliaikaista Linuxia ei ole aikaisemmin käytetty mekatronisten koneiden simulointiin. Tämän vuoksi valmiita työkaluja ei ole olemassa. Linux-ympäristö ei näin ollen sovellu kovin hyvin yleiseen koneensuunnitteluun mallintamisen työläyden vuoksi.

Reaaliaikainen Clarken muunnos

Työssä suunniteltiin ja rakennettiin laite, joka suorittaa reaaliaikaisen Clarken muunnoksen kolmivaiheiselle mittaussignaalille. Kolmivaiheisella mittaussignaalilla tarkoitetaan tässä kolmivaiheisesta järjestelmästä mitattuja vaihevirtoja tai -jännitteitä. Lähtö tuottaa kaksivaiheisen mittaussignaalin, jota voidaan tutkia oskilloskooppia. Käyttämällä oskilloskooppia xy-moodissa näytölle piirtyy virta- tai jänniteympyrä. Laitetta voidaan käyttää esimerkiksi taajuusmuuttajien testauksen apuvälineenä, jolloin parametrien muuttamisen vaikutus laitteen tuottaman sähkön laatuun nähdään välittömästi.

Vaihtosuuntaajan reaaliaikainen lämpömalli

Vaihtosuuntaajan IGBT-moduulin liitosten lämpötiloja ei voida suoraan mitata, joten niiden arviointiin tarvitaan reaaliaikainen lämpömalli. Tässä työssä on tavoitteena kehittää tähän tarkoitukseen C-kielellä implementoitu ratkaisu, joka on riittävän tarkka ja samalla mahdollisimman laskennallisesti tehokas. Ohjelmallisen toteutuksen täytyy myös sopia erilaisille moduulityypeille ja sen on tarvittaessa otettava huomioon saman moduulin muiden sirujen lämmittävä vaikutus toisiinsa. Kirjallisuuskatsauksen perusteella valitaan olemassa olevista lämpömalleista käytännön toteutuksen pohjaksi lämpöimpedanssimatriisiin perustuva malli. Lämpöimpedanssimatriisista tehdään Simulink-ohjelmalla s-tason simulointimalli, jota käytetään referenssinä muun muassa implementoinnin tarkkuuden verifiointiin. Lämpömalli tarvitsee tiedon vaihtosuuntaajan häviöistä, joten työssä on selvitetty eri vaihtoehtoja häviölaskentaan. Lämpömallin kehittäminen s-tason mallista valmiiksi C-kieliseksi koodiksi on kuvattu tarkasti. Ensin s-tason malli diskretoidaan z-tasoon. Z-tason siirtofunktiot muutetaan puolestaan ensimmäisen kertaluvun differenssiyhtälöiksi. Työssä kehitetty monen aikatason lämpömalli saadaan jakamalla ensimmäisen kertaluvun differenssiyhtälöt eri aikatasoille suoritettavaksi sen mukaan, mikä niiden kuvaileman termin vaatima päivitysnopeus on. Tällainen toteutus voi parhaimmillaan kuluttaa alle viidesosan kellojaksoja verrattuna suoraviivaiseen yhden aikatason toteutukseen. Implementoinnin tarkkuus on hyvä. Implementoinnin vaatimia suoritusaikoja testattiin Texas Instrumentsin TMS320C6727- prosessorilla (300 MHz). Esimerkkimallin laskemisen määritettiin kuluttavan vaihtosuuntaajan toimiessa 5 kHz kytkentätaajuudella vain 0,4 % prosessorin kellojaksoista. Toteutuksen tarkkuus ja laskentakapasiteetin vähäinen vaatimus mahdollistavat lämpömallin käyttämisen lämpösuojaukseen ja lisäämisen osaksi muuta jo prosessorilla olemassa olevaa systeemiä.

Reaaliaikainen personoitu tuotannonseurantajärjestelmä

Kandidaatintyön loppuraportti on tehty asiakasyritykselle, jolla on räätälöity ”itse tehty” tuotannonohjausjärjestelmä. Tämä nykyinen tuotannonohjausjärjestelmä soveltuu hyvin massatuotantona tapahtuville eri tuotteiden työvaiheiden siirtymisille. Se ei kuitenkaan mahdollista helppokäyttöistä tuotantovaiheiden ja työvaiheiden reaaliaikaista seurantaa. Kandidaatintyön tarkoituksena on lisätä seurantaa fyysisille tuotantolaitteille, jotka eivät ole yhteydessä tuotannonohjausjärjestelmän kanssa. Projektin kehityskohteena on tehdä oma, irrallinen, helppokäyttöinen, personoitava, www -pohjainen käyttöliittymä, jonka seurantapisteitä voidaan hallinnoida varsin itsenäisesti, ilman ulkoisia kumppaneita.