Two-photon excitation fluorometry in detection of infectious diseases

Because of the heavily overlapping symptoms, pathogen-specific diagnosis and treatment of infectious diseases is difficult based on clinical symptoms alone. Therefore, patients are often treated empirically. More efficient treatment and management of infectious diseases would require rapid point-of-care compatible in vitro diagnostic methods. However, current point-of-care methods are unsatisfactory in performance and in cost structure. The lack of pointof- care methods results in unnecessary use of antibiotics, suboptimal use of virus-specific drugs, and compromised patient care. In this thesis, the applicability of a two-photon excitation fluorometry is evaluated as a tool for rapid detection of infectious diseases. New separation-free immunoassay methodologies were developed and validated for the following application areas: general inflammation markers, pathogen-specific antibodies, pathogen-specific antigens, and antimicrobial susceptibility testing. In addition, dry-reagent methodology and nanoparticulate tracers are introduced in context to the technique. The results show that the new assay technique is a versatile tool for rapid detection of infectious diseases in many different application areas. One particularly attractive area is rapid multianalyte testing of respiratory infections, where the technique was shown to allow simple assay protocols and comparable performance to the state-of-the-art laboratory methods. If implemented in clinical diagnostic use, the new methods could improve diagnostic testing routines, especially in rapid testing of respiratory tract infections.

DFM(A)- aspects for a microwave waveguide ring resonator design

In this research manufacturability analysis is made for an E-plane waveguide ring resonator. About the electrical characteristics of the waveguide ring resonator is discussed. Possibilities to utilize concurrent engineering method both for designing and making manufacturability analysis for MW- and RF-components are discussed. For helping to establish the necessary guidelines for easy manufacturing and assembly of the waveguide ring resonator a specialised DFM(A)-questionnaire is generated. The questionnaire gives also new information for collaborative designing approach in MW-/RF- engineering. The advantages and disadvantages of the concurrent engineering design method are evaluated in the research.

Sähkönjakeluverkon käyttövarmuuden kehittäminen

Diplomityössä tutkitaan sähkönjakelun käyttövarmuutta parantavia investointeja ja menetelmiä. Lopputuloksena saadaan selville mitkä ratkaisut soveltuvat teknistaloudellisesti parhaiten Imatran Seudun Sähkön jakeluverkkoon. Menetelmien kannattavuutta on tutkittu ensisijaisesti keskeytyskustannussäästöjen näkökulmasta. Sähkönjakeluverkon käyttövarmuus on tullut nykyisessä yhteiskunnassa yhä tärkeämmäksi tekijäksi. Kaikki keskijänniteverkosta aiheutuneet keskeytykset on alettu ottaa tammikuusta 2008 lähtien huomioon verkkoliiketoiminnan kohtuullisen tuoton laskennassa. Toisaalta Suomen jakeluverkot ovat vanhoja, eikä niitä ole suunniteltu käyttövarmuuden kannalta. Tilannetta voidaan parantaa mm. lisäämällä verkkoon automaatiota sekä ottamalla käyttövarmuus huomioon saneerauksia suunniteltaessa. Sähkönjakeluverkon käyttövarmuuden parantaminen on pitkän aikavälin prosessi. Tutkittujen investointien kannattavuuksista on tehty herkkyysanalyysi, joka ottaa huomioon korkotason ja KAH-arvojen vaihtelut. Investointien todellista vaikutusta käyttövarmuuteen voidaan seurata vertaamalla tulevia vikatilastoja tässä työssä tehtyyn nykytilatutkimukseen.

Päivittäistavaravaraston keräystyön simulointi

Varastotuotannon keskeinen osa on keräystyö, joka edustaa joissain tapauksissa jopa 50 % logistiikan kustannuksista. Jo pienelläkin tehostamisella päästään huomattaviin säästöihin. Keräystyö on kuitenkin yksinkertaisesta perusajatuksesta huolimatta usein monimutkaisen prosessin osa, joka on vahvasti riippuvainen tietojärjestelmistä ja toimintamalleista. Tässä diplomityössä rakennetaan kaupan alan logistiikkapalvelujen tuottajalle simulaatio-ohjelmisto, jolla on mahdollista tutkia tietojärjestelmän tiettyjen parametrien ja varaston layoutin ja artikkelinsijoittelun vaikutuksia keräystyöhön. Työssä tarkastellaan myös tilaajayrityksen varaston uudelleen organisoinnin yhteydessä tehtyjen simulaatioiden tuloksia ja verrataan niitä käytännön toteutuneeseen tilanteeseen. Varaston uudelleen organisoinnin yhteydessä tehdyt simulaatiot osoittavat, että simulaatio-ohjelmistolla voidaan simuloida tilaajayrityksen varaston keräyseriä ja -lenkkejä kohtalaisen tarkasti, kun varaston artikkeleja siirretään keräysalueelta toiselle. Simulaattorilla oli mahdollista arvioida keräyserien tunnuslukujen muutosta ja keräysmatkojen muutoksia. Työn tilaajayrityksessä tehtiin simulaation tuottamien keräyserän rakenteiden ja suoritteiden muutosten pohjalta päätös kahden eri artikkelisijoittelu vaihtoehdon välillä. Muutoksen jälkeen mitatut tulokset osoittautuivat keräysaluekohtaisesti hyvin samansuuntaisiksi, kuin simulaattorin tuottamat tulokset.

Evolutionary Ecology of Mountain Birch in Subarctic Stress Gradients: Interplay of Biotic and Abiotic Factors in Plant-Plant Interactions and Evolutionary Processes

In nature, variation for example in herbivory, wind exposure, moisture and pollution impact often creates variation in physiological stress and plant productivity. This variation is seldom clear-cut, but rather results in clines of decreasing growth and productivity towards the high-stress end. These clines of unidirectionally changing stress are generally known as ‘stress gradients’. Through its effect on plant performance, stress has the capacity to fundamentally alter the ecological relationships between individuals, and through variation in survival and reproduction it also causes evolutionary change, i.e. local adaptations to stress and eventually speciation. In certain conditions local adaptations to environmental stress have been documented in a matter of just a few generations. In plant-plant interactions, intensities of both negative interactions (competition) and positive ones (facilitation) are expected to vary along stress gradients. The stress-gradient hypothesis (SGH) suggests that net facilitation will be strongest in conditions of high biotic and abiotic stress, while a more recent ‘humpback’ model predicts strongest net facilitation at intermediate levels of stress. Plant interactions on stress gradients, however, are affected by a multitude of confounding factors, making studies of facilitation-related theories challenging. Among these factors are plant ontogeny, spatial scale, and local adaptation to stress. The last of these has very rarely been included in facilitation studies, despite the potential co-occurrence of local adaptations and changes in net facilitation in stress gradients. Current theory would predict both competitive effects and facilitative responses to be weakest in populations locally adapted to withstand high abiotic stress. This thesis is based on six experiments, conducted both in greenhouses and in the field in Russia, Norway and Finland, with mountain birch (Betula pubescens subsp. czerepanovii) as the model species. The aims were to study potential local adaptations in multiple stress gradients (both natural and anthropogenic), changes in plant-plant interactions under conditions of varying stress (as predicted by SGH), potential mechanisms behind intraspecific facilitation, and factors confounding plant-plant facilitation, such as spatiotemporal, ontogenetic, and genetic differences. I found rapid evolutionary adaptations (occurring within a time-span of 60 to 70 years) towards heavy-metal resistance around two copper-nickel smelters, a phenomenon that has resulted in a trade-off of decreased performance in pristine conditions. Heavy-metal-adapted individuals had lowered nickel uptake, indicating a possible mechanism behind the detected resistance. Seedlings adapted to heavy-metal toxicity were not co-resistant to others forms of abiotic stress, but showed co-resistance to biotic stress by being consumed to a lesser extent by insect herbivores. Conversely, populations from conditions of high natural stress (wind, drought etc.) showed no local adaptations, despite much longer evolutionary time scales. Due to decreasing emissions, I was unable to test SGH in the pollution gradients. In natural stress gradients, however, plant performance was in accordance with SGH, with the strongest host-seedling facilitation found at the high-stress sites in two different stress gradients. Factors confounding this pattern included (1) plant size / ontogenetic status, with seedling-seedling interactions being competition dominated and host-seedling interactions potentially switching towards competition with seedling growth, and (2) spatial distance, with competition dominating at very short planting distances, and facilitation being strongest at a distance of circa ¼ benefactor height. I found no evidence for changes in facilitation with respect to the evolutionary histories of plant populations. Despite the support for SGH, it may be that the ‘humpback’ model is more relevant when the main stressor is resource-related, while what I studied were the effects of ‘non-resource’ stressors (i.e. heavy-metal pollution and wind). The results have potential practical applications: the utilisation of locally adapted seedlings and plant facilitation may increase the success of future restoration efforts in industrial barrens as well as in other wind-exposed sites. The findings also have implications with regard to the effects of global change in subarctic environments: the documented potential by mountain birch for rapid evolutionary change, together with the general lack of evolutionary ‘dead ends’, due to not (over)specialising to current natural conditions, increase the chances of this crucial forest-forming tree persisting even under the anticipated climate change.

Maahantuonnin logistisen prosessin analysointi ja kilpailukyvyn parantaminen

Kodintekniikka-alan kilpailutilanne on kiristynyt viime vuosina merkittävästi uusien kilpailijoiden ja myymälämäärän lisääntymisen myötä. Myös vuonna 2008 alkanut talouskriisi ja sen vaikutukset heikentävät alan näkymiä tulevina vuosina. Yritysten onkin täytynyt etsiä vaihtoehtoisia toimintatapoja kannattavuuden ja asiakasmäärien parantamisen vuoksi. Kohdeyritys on harjoittanut maahantuontia omien tuotemerkkien sekä virallisen maahantuonnin muodossa jo pitkään. Yrityksessä ei kuitenkaan ole aikaisemmin selvitetty logistisen prosessin tehokkuutta, joten yrityksessä on esiintynyt tarve selvittää prosessin kustannusrakenne ja mahdolliset heikkoudet. Tutkimuksessa tarkastellaan kohdeyrityksen oman maahantuonnin logistista prosessia sekä pyritään löytämään maahantuonnin kilpailukykyä lisääviä tekijöitä. Päätutkimustyyppinä on tapaustutkimus ja sen lisäksi tutkimusmenetelmänä käytettiin toimintatutkimusta. Tutkimuksen aineisto on sekä kvalitatiivista että kvantitatiivista. Tutkimuksen tuloksista ilmenee, että logistinen prosessi on kohdeyrityksessä monelta osin hoidettu hyvin, mutta joitain parannuskohteitakin löytyi. Myös maahantuonnin kilpailukyvyn parantamiseksi löydettiin useita keinoja. Parannustoimilla on mahdollista säästää kustannuksissa sekä parantaa maahantuonnin palveluastetta.

Fenestra Oy:n tuotekustannuslaskennan kehittäminen – Case oviteollisuus

Kilpailluilla markkinoilla menestyäkseen yrityksen tulee tuntea oman tuotannon kustannusrakenne. Yrityksen täytyy menestyäkseen tarjota asiakkaalle yksilöllisiä tuotteita kilpailukykyiseen hintaan. Tämä aiheuttaa haasteita tuotannolle, mutta myös tuotekustannuslaskennalle; perinteisin tuotekustannuslaskentamenetelmin ei enää pystytä huomioimaan laajan tuotevalikoiman tuotteiden valmistuksen eroavaisuuksia. Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää Fenestra Oy:n tuotekustannuslaskentakäytäntöjen soveltuvuus nykyhetkeen. Vertailukohdaksi työssä määritellään vaihtoehtoinen laskentamalli tuotekustannusten laskemiseksi. Uuden laskentamallin soveltuvuutta käytäntöön tutkitaan esimerkkilaskelmin, joiden tuloksia verrataan Fenestra Oy:n nykyisen laskennan tuloksiin. Laskentamallilla aikaansaadut tulokset poikkeavat Fenestra Oy:n nykyisestä laskennasta ennakoidulla tavalla; perinteisin menetelmin valmistukseltaan yksinkertaisille tuotteille kohdistuu liikaa kustannuksia ja monimutkaisille liian vähän. Laadittu laskentamalli on diplomityön laajuuden puitteessa varsin yksinkertainen, mutta suuntaa-antava. Jatkokehityskohteena laskennan kehittämiseksi tuotannosta tulisi alkaa kerätä tarkemmin tietoa ja materiaalikäytön osalta tarkkaa hukkaselvitystä.

Suorituskyvyn analysointijärjestelmän rakentaminen pk-yrityksessä

Tutkimuksen päätavoite oli kehittää suorituskyvyn analysointijärjestelmä metalliteollisuuden alihankintaa suorittavalle pk-yritykselle. Lisäksi tutkittiin toimintatapoja, jotka edesauttavat menestyksekkään analysointijärjestelmän rakentamista. Tutkimuksessa käsiteltiin myös mittausjärjestelmän hyötyjä ja haittoja pk-yritykselle. Tutkimuksen teoreettisessa osassa käsitellään yleisesti suorituskykyä, esitellään erilaisia suorituskyvyn analysointijärjestelmiä ja selvitetään järjestelmien eroja. Lisäksi esitellään erilaisia prosessimalleja, joiden avulla yritys voi rakentaa suorituskyvyn analysointijärjestelmän. Tutkimuksen empiirisessä osassa esitellään yrityksessä läpikäyty prosessimalli, jonka avulla rakennettiin suorituskyvyn analysointijärjestelmä. Yrityksessä läpikäydyn prosessin pohjana toimi SAKE-prosessimalli, mutta ideoita haettiin myös Toivasen mallista. Tutkimuksen tuloksena syntyi teoreettinen paketti suorituskyvyn analysoinnista ja malli suorituskyvyn analysointijärjestelmästä. Teoreettinen paketti toimi hyvänä pohjana ja tarjosi taustatietoa aiheesta projektissa mukana olleille henkilöille. Tutkimuksen tuloksena syntynyt malli soveltuu parhaiten metallin mekaanista työstöä suorittavalle yritykselle, mutta myös muut yritykset voivat ottaa tästä mallia. Hyödyllisimmäksi näkökulmaksi voi nostaa itse prosessin, jonka avulla päästään tarkastelemaan yrityksen menestymisen taustalla olevia tekijöitä.

Venäläisten yritysten kansainvälistyminen

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on selvittää ja analysoida venäläisten yritysten kansainvälistymistä investointien näkökulmasta. Aihetta tutkittiin Venäjältä ulospäin suuntautuneiden investointien valossa. Kansainvälistymistä analysoitiin konkreettisten yritysesimerkkien kautta. Työssä käytettiin lähteinä aikaisempia aiheesta tehtyjä tutkimuksia sekä esimerkkeinä olevien yritysten internetsivuja. Venäläisten yritysten kansainvälistyminen alkoi toden teolla vasta Neuvostoliiton hajoamisen jälkeen. Käytännössä yritysten kansainvälistyminen on lähtenyt kasvuun vasta 2000-luvulla. Viime vuosien aikana Venäjä on ollut yksi suurimmista ulospäin investoijista nousevien markkinatalouksien joukossa. Suurimmat Venäjältä ulospäin investoijat toimivat öljy- ja kaasuteollisuudessa sekä metalli- ja kaivosteollisuudessa. Kyseiset teollisuudenalat ovat riippuvaisia raaka-aineiden maailmanmarkkinahinnoista. Vuoden 2008 lopulla alkanut talouskriisi on alentanut raaka-aineiden hintoja ja näin vaikuttanut yritysten toimintaan. Yritykset ovat joutuneet talousvaikeuksiin, joka on vaikuttanut myös niiden investointeihin ulkomaille. Tällä hetkellä Venäjä on riippuvainen luonnonvaroihin perustuvista teollisuudenaloista, mutta tulevaisuudessa uusilla yrityksillä on mahdollisuuksia nousta kansainvälisien yritysten joukkoon. Raaka-aineiden hintojen kääntyessä jälleen nousuun myös luonnonvaroihin perustuvat yritykset tulevat nousemaan ahdingosta ja jatkamaan kansainvälistymistä.

Taajuusmuttajan vanheneminen syklisissä käytöissä

Tässä työssä tarkastellaan taajuusmuuttajan vanhenemista syklisissä käytöissä puolijohdetehokomponenttien osalta. Laitteiden vikaantumisprosessien analysoimiseksi työssä suunnitellaan syklinen kestotestausjärjestelmä, joka mahdollistaa useamman taajuusmuuttajan yhtäaikaisen vanhentamisen. Jaksottaisesti toistuvat kuormitussyklit rasittavat termomekaanisesti taajuusmuuttajan tehomoduulin sisäisiä rakenteita suurten lämpötilavaihtelujen johdosta. Teoriaosuuden pääpaino kohdistuu puolijohdetehokomponenttien rakenteeseen, vikaantumisprosesseihin ja eliniän kartoittamiseen. Työssä käydään läpi yleisimpien pienijännitteisten moottorinohjausinverttereiden tehomoduulien mekaaniset rakenteet, tyypillisemmät syklisestä kuormituksesta johtuvat vikaantumisprosessit sekä puolijohdetehokomponenttivalmistajien käyttämät syklisen eliniän testausmenetelmät. Loppuosassa työtä suunnitellaan taajuusmuuttajan syklinen kestotestausjärjestelmä laitteiden keinotekoista vanhentamista varten. Testausjärjestelmällä voidaan kuormittaa useampaa taajuusmuuttajaa vuorottain mielivaltaisella kuormitusvirtaprofiililla. Laitteita vanhennettiin kaksi testierää kuormittamalla niitä jaksottaisesti hissikäytön tyypillisellä kuormitusprofiililla. Puolijohdetehokomponentin vanhenemisen edistystä seurattiin termisen impedanssiketjun mittausmenetelmällä, joka perustuu IGBT:n kollektoriemitterijännitteen lämpötilariippuvuuteen. Testilaitteiden puolijohdetehokomponentit hajosivat syklisen eliniän päättymiseen teoriassa esitettyjen vikaantumisprosessien seurauksesta. Tehomoduulien vika-analyysi osoittaa syklisen kestotestausjärjestelmän soveltuvaksi menetelmäksi tutkia erilaisten kuormitusprofiilien vaikutusta taajuusmuuttajan vanhenemiseen.

Role of Selected Spectral Attributes in the Perception of Synthetic Vowels

This thesis is an experimental study regarding the identification and discrimination of vowels, studied using synthetic stimuli. The acoustic attributes of synthetic stimuli vary, which raises the question of how different spectral attributes are linked to the behaviour of the subjects. The spectral attributes used are formants and spectral moments (centre of gravity, standard deviation, skewness and kurtosis). Two types of experiments are used, related to the identification and discrimination of the stimuli, respectively. The discrimination is studied by using both the attentive procedures that require a response from the subject, and the preattentive procedures that require no response. Together, the studies offer information about the identification and discrimination of synthetic vowels in 15 different languages. Furthermore, this thesis discusses the role of various spectral attributes in the speech perception processes. The thesis is divided into three studies. The first is based only on attentive methods, whereas the other two concentrate on the relationship between identification and discrimination experiments. The neurophysiological methods (EEG recordings) reveal the role of attention in processing, and are used in discrimination experiments, while the results reveal differences in perceptual processes based on the language, attention and experimental procedure.

Mestarin nuuskarasia

Digitoitu 21. 8. 2008.

Development of beam and plate finite elements based on the absolute nodal coordinate formulation

The focus of this dissertation is to develop finite elements based on the absolute nodal coordinate formulation. The absolute nodal coordinate formulation is a nonlinear finite element formulation, which is introduced for special requirements in the field of flexible multibody dynamics. In this formulation, a special definition for the rotation of elements is employed to ensure the formulation will not suffer from singularities due to large rotations. The absolute nodal coordinate formulation can be used for analyzing the dynamics of beam, plate and shell type structures. The improvements of the formulation are mainly concentrated towards the description of transverse shear deformation. Additionally, the formulation is verified by using conventional iso-parametric solid finite element and geometrically exact beam theory. Previous claims about especially high eigenfrequencies are studied by introducing beam elements based on the absolute nodal coordinate formulation in the framework of the large rotation vector approach. Additionally, the same high eigenfrequency problem is studied by using constraints for transverse deformation. It was determined that the improvements for shear deformation in the transverse direction lead to clear improvements in computational efficiency. This was especially true when comparative stress must be defined, for example when using elasto-plastic material. Furthermore, the developed plate element can be used to avoid certain numerical problems, such as shear and curvature lockings. In addition, it was shown that when compared to conventional solid elements, or elements based on nonlinear beam theory, elements based on the absolute nodal coordinate formulation do not lead to an especially stiff system for the equations of motion.