Ympäristö- ja yhdyskuntavesien monitorointi Saimaan vesistöalueella

Diplomityössä tutkittiin kromatografian, elektroforeesin ja spektrometrian käyttöä ympäristövesianalytiikassa. Kokeellisessa osassa analysoitiin Saimaan Vesi- ja Ympäristötutkimus Oy:n keräämistä kaatopaikka-, jätevesi-, pohjavesi-, vesistö-, uimahalli-, yksityiskaivo-, poreallas- ja suovesinäytteistä epäorgaaniset anionit (F-, Cl-, Br-, NO3-, NO2- SO42-ja PO42-) sekä ionikromatografilla että kapillaarielektroforeesilla. Näytteet on kerätty Saimaan alueen ympäristökunnista. Kapillaarielektroforeesilla analysoitiin lisäksi tiosulfaatti. Liekkiatomiabsorptio-spektrometrilla analysoitiin Cu, Fe, Na ja Al. Natriumia löytyi jokaisesta vesinäytteestä. Pohjavesistä ei löytynyt rautaa eikä alumiinia ja kuparipitoisuudet olivat alle määritysrajan. Vesistövesistä kahdessa näytteessä oli alle määritysrajan olevia rautapitoisuuksia. Muissa näytteissä ei rautaa ollut. Suovesistä kuparia löytyi hyvin pieniä määriä ja yhdestä näytteestä alumiinia alle määritysrajan. Kaatopaikkavesissä kuparipitoisuudet sekä kolmessa näytteessä alumiinipitoisuudet olivat alle määritysrajan. Jätevesistä oletettiin löytyvän suuria määriä typpispesieksiä ja fosforia. Niitä kuitenkin esiintyi isoissa pitoisuuksissa vain suovesinäytteissä. Jätevesinäytteet sisälsivät bromidia, nitraattia ja fluoridia jopa yli 140 mg/l. Kapillaarielektroforeesilla ja ionikromatografilla mitatut anionipitoisuudet korreloivat hyvin toisiaan. Kontaminoituja vesiä löytyi pohja-, kaatopaikka-, jäte- ja vesistövesistä sekä uima-altaan terapiaaltaan vedestä.

Porvoon jalostamon haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästömääritysmenetelmät

Työssä käytiin läpi Porvoon jalostamon haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästömääritysmenetelmiä ja arvioitiin nykyisin käytössä olevien sekä uusien menetelmien soveltuvuutta Porvoon jalostamon päästömääritykseen. Nykyisten menetelmien arviointia tehtiin käymällä läpi eri alueiden 2000-luvun päästömäärät sekä vertaamalla päästömääriä muiden jalostamojen vastaaviin päästömääriin. Haihtuvista orgaanisista yhdisteistä puhuttaessa jätetään yleisesti metaani määritelmän ulkopuolelle ja käytetään termiä NMVOC-yhdisteet. Työssä laskettiin arvio Porvoon jalostamon metaanin päästömäärälle ja arvioitiin sen vaikutusta NMVOC-kokonaispäästömäärään. Metaanin kokonaispäästömäärien havaittiin olevan noin kymmenen kertaa haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästömääriä pienempiä, ja näin ollen niiden lisäämisellä NMVOC-päästöihin ei ole juuri vaikutusta. Myös menetelmien investointi- ja käyttökustannuksia, sekä pidemmän aikavälin kustannuksia arvioitiin. Kustannuksiltaan tällä hetkellä Porvoon jalostamolla käytössä olevat menetelmät ovat kustannustehokkaita. Uusista menetelmistä DIAL, SOF ja OGI ovat kustannuksiltaan huomattavasti kalliimpia, myös pitkän aikavälin vertailulla. Nykyisten menetelmien vuosittaiset kustannukset aiheutuvat mittausten vaatimista henkilötyötunneista. Uusista menetelmistä SOF ja DIAL vaativat ulkopuolisten mittaajien käyttämistä. Massavirran määrityksen suhteen vielä kehitysvaiheessa olevalla OGI-kameralla mitatessa voidaan käyttää mittaajina omaa henkilökuntaa. Toisin kuin DIAL- ja SOF-menetelmien laitteistot, OGI-kamera ostetaan omaksi ja näin ollen sitä voidaan käyttää tarpeen vaatiessa vuoden ympäri esimerkiksi suurien vuotajien paikallistamiseen ja LDAR-kiristysohjelman tukena. Tarkastelun perusteella olisi suositeltavaa tarkastaa nykyisin käytettävistä laskentamenetelmistä erityisesti prosessi- ja säiliöalueen sekä jätevesijärjestelmä päästömäärät käyttäen tarkempia DIAL-, SOF- tai myöhemmin OGI-menetelmiä ja muokata laskentamenetelmiä vastamaan näillä määritettyjä päästömääriä.

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.

Käytetyn voiteluöljyn regenerointilaitoksen prosessivesien karakterisointi

Käytetyn voiteluöljyn regeneroinnissa muodostuu prosessivettä useista lähteistä. Tehokas päästöjenhallinta on yksi tärkeimmistä tavoitteista regenerointilaitoksen operoinnissa ja sen takia sitä tulee kehittää jatkuvasti entistä paremmaksi. Tavoitteisiin pääsemiseksi on oleellista tunnistaa vesienkäsittelyprosessin laadullinen massatase ja laadunvaihtelut ajotilanteiden mukaan. Työssä tutkitaan ja analysoidaan veden sisältämiä epäpuhtauksia sekä kirjallisuuslähteiden perusteella, että standardimenetelmillä ja modifioiduilla menetelmillä, joilla on akkreditointi. Analyysituloksista muodostetaan laadullinen massatase, josta nähdään epäpuhtauksien ja niitä kuvaavien parametrien kuormitukset kussakin prosessivesivirrassa. Tulosten perusteella arvioidaan nykyisen vesienkäsittelyn tehokkuutta, sen säätömahdollisuuksia ja kehitystarvetta. Tarkastelun ulkopuolelle kuitenkin jätetään vesienkäsittelystä ulosjohdettavan prosessiveden puhdistuslaitos. Tutkimusten perusteella regenerointilaitoksessa muodostuvien prosessivesien epäpuhtaudet koostuvat öljystä, BTEX-yhdisteistä, fenoliyhdisteistä, liuottimista, polttoaineiden ja voiteluöljyjen lisäaineista, typpi- ja rikkiyhdisteistä, metalliyhdisteistä sekä kiintoaineesta. Öljy jakautuu kevyisiin (C5-C10), keskiraskaisiin (C10-21) ja raskaisiin (C21-40) jakeisiin. Vesienkäsittelyssä suurin osa öljystä ja epäpuhtauksista saadaan erottumaan vedestä, jolloin puhdistuslaitokselle päätyy jäämäpitoisuudet öljyä, haihtuvia yhdisteitä sekä muita epäpuhtauksia. Puhdistuslaitosta kuormittavat eniten liuenneet orgaaniset yhdisteet sekä korkeaa kemiallista hapenkulutusta aiheuttavat epäorgaaniset yhdisteet (suolat), joiden erottamista prosessivesistä on syytä tulevaisuudessa kehittää.

The Effects of Estradiol, Androgens and the Selective Estrogen Modulators: Ospemifene, Raloxifene and Tamoxifen on Explant Cultures of Human Breast Tissue

The impact of menopausal hormone therapy (MHT) on increasing the risk for breast cancer (BC) remains controversial. To understand MHT-elicited cellular breast effects and the potential risks, included with using this therapy, a further investigation into this controversy is the subject of this thesis. In this thesis, to study the effects of estrogen, progestin, androgens and selective estrogen receptor modulators (SERMs), a modified tissue explant culture system was used. The different types of human breast tissues (HBTs) used in this study were normal HBTs, obtained from reduction mammoplasties of premenopausal women (prem-HBTs) or postmenopausal (postm-HBTs) women and peritumoral HBTs (peritum-HBTs) which were obtained from surgeries on postmenopausal BC patients. The explants were cultured up to three weeks in the presence or absence of estradiol (E2), medroxyprogesterone acetate (MPA), testosterone (T), dihydrotestosterone (DHT) and SERMs - ospemifene (OSP), raloxifene (RAL) and tamoxifen (TAM). The cultured HBTs maintained morphological integrity and responded to hormonal treatment in vitro. E2, MPA or E2/MPA increased proliferative activity and was associated with increased cyclin-D1 and caused changes in the cell cycle inhibitors p21 and p27, whereas the androgens T and DHT inhibited proliferation and increased apoptosis in HBT epithelia and opposed E2-stimulated proliferation and cell survival. The postm-HBTs were more sensitive to E2 than prem-HBTs. The effects of OSP, RAL and TAM on HBT epithelium were antiproliferative. E2, androgens and SERMs were associated with marked changes in the proportions of epithelial cells expressing steroid hormone receptors: E2 increased ERα expressing cells and decreased androgen receptor (AR) positive cells, whereas T and DHT had opposite effects. The OSP, RAL and TAM, also decreased a proportion of ERα positive cells in HBT epithelium. At 100 nM, these compounds maintained the relative number of AR positive cells, present at control level, which may partly explain proliferative inhibition. In conclusion, the proliferative activity of E2, in the epithelium of postm-HBTs, is opposed by T and DHT, which suggests that the inclusion of androgens in MHT may decrease the risk for developing BC.

Täytekappalekolonnin likaantumisen syyt ja likaantumisen vähentämisen menetelmiä

Lateksinvalmistusprosessin aikana syntyvää jätevettä käsitellään täytekappalekolonnissa siinä olevien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden poistamiseksi. Käsittelyprosessin aikana jätevedessä oleva kiintoaine kiinnittyy täytekappaleiden pinnalle, lopulta tukkien ne. Täytekappaleiden vaihtotyö sekä likaantuneiden täytekappaleiden pesu aiheuttavat kustannuksia. Lainsäädäntö ja sopimus kunnallisen jäteveden käsittelyn kanssa vaativat, että haihtuvien yhdisteiden päästöt lasketaan tietyn tason alapuolelle. Työn ensimmäisenä tavoitteena oli tutkia lateksitehtaan jätevesivirtojen koostumusta massa- ja ainetaseiden avulla, erityisesti täytekappalekolonnia likaavan aineen osalta. Toisena tavoitteena oli löytää menetelmiä pidentää täytekappalekolonnin ajojaksoa nykyisestä. Kolmantena tavoitteena oli löytää tai kehittää esikäsittelymenetelmä likaavan aineen poistamiseksi ennen täytekappalekolonnia. Viimeisenä tavoitteena oli optimoida prosessin ajotapa, josta saavutettaisiin säästöjä vähentyneenä energiankulutuksena. Tutkimuksen perusteella täytekappalekolonni poistaa syntyvästä jätevedestä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä 100 prosenttia sekä kemiallista hapenkulutusta 99,5 prosenttia. Täytekappalekolonnin ajojaksoa voidaan pidentää ennakoimalla kolonnin ylä- ja alapään paine-eron perusteella sen likaantumisastetta ja täytekappaleiden vaihtotarvetta. Tutkimuksen perusteella soveltuvia jäteveden esikäsittelymenetelmiä ovat dekantointi, jossa kuuden tunnin viipymällä poistetaan kiintoainetta sekä hallittu kiintoaineen saostus, jossa kymmenen minuutin viipymällä poistetaan sekä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, että kiintoainetta. Energiankulutusta voidaan optimoida vähentämällä höyryn virtausta täytekappalekolonniin erotustehokkuuden siitä kärsimättä.

BIOTULI - Selvitys bioliiketoiminnan uusista liiketoimintamahdollisuuksista ja -malleista

Tämä raportti on osa BIOTULI-projektia, jossa tutkitaan biojalostamoiden uusia tuotteita ja liiketoimintamalleja. Raportin tavoitteena on selvittää, millaisilla liiketoimintamalleilla BIOTULI-projektissa löytyneitä potentiaalisia bioliiketoimintamahdollisuuksia pystytään hyödyntämään pk-yrityksen näkökulmasta. Tavoitteena on myös tutkia millaisen toimitusketjun liiketoimintamalli vaatii, ja millä edellytyksillä sen toteuttaminen on kannattavaa. Raportissa tarkastellaan torrefioinnin ja lämmöntuotannon yhdistämistä sekä BIOTULI-projektissa kehitetyn uuden erottelumenetelmän hyödyntämistä biohajoavan desinfiointiaineen valmistuksessa. Selvitystyö toteutettiin asiantuntijahaastatteluiden ja kirjallisuuskatsauksen perusteella. Molemmille casetapauksille muodostettiin liiketoimintamalli sekä arvioitiin sen toteutettavuutta ja kehitysnäkymiä. Torrefioinnin ja lämmöntuotannon yhdistäminen ei tehdyn analyysin perusteella ole tällä hetkellä kannattavaa, mutta muutokset markkinatilanteessa voivat muuttaa tilannetta tulevaisuudessa. Biohajoavan desinfiointiaineen valmistuksessa on potentiaalia kannattavaan liiketoimintaan, mutta tutkimus on vielä kesken, joten tarkkaa liiketoiminnan tai sen kannattavuuden arviointia ei vielä voi tehdä. Työn tuloksia voi käyttää pohjana tarkemmille kannattavuusarvioille.

Biomassahydrolysaattien puhdistus uutolla

Lignoselluloosasta koostuvasta biomassasta valmistetaan hydrolysoimalla sokereita, jotka jatkojalostetaan fermentoimalla bioetanoliksi. Bioetanolia käytetään fossiilisten polttoaineiden korvaajana esimerkiksi ajoneuvoissa. Bioetanolin valmistuksessa pyritään mahdollisimman hyvään saantoon, jotta sen valmistus olisi taloudellisesti kannattavaa. Hydrolyysin aikana syntyy sokerien lisäksi orgaanisia happoja, furaanin johdannaisia sekä fenolisia yhdisteitä. Yleisimpiä syntyviä yhdisteitä ovat muun muassa etikkahappo, furfuraali ja hydroksimetyylifurfuraali. Nämä yhdisteet haittaavat sokerien fermentointiprosessia ja pienentävät etanolin saantoa. Fermentointiprosessia haittaavien yhdisteiden poistoon hydrolysaattiliuoksesta voidaan käyttää esimerkiksi haihdutusta, membraanierotusta, adsorptiota, saostusta, sekä uuttoa. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia leikkaussekoittimen soveltuvuutta biomassahydrolysaatin epäpuhtauksien erotukseen. Lisäksi kirjallisuusosassa on esitetty hydrolysointiprosessissa syntyviä haitta-aineita ja niiden erotusmenetelmiä.

Pienten yksiköiden talousveden laatuvaatimukset ja - suositukset

Talousvesi sisältää paljon erilaisia yhdisteitä, joista osa on ihmiselle haitallisia, tällaisia yhdisteitä ovat muun muassa klooratut hiilivedyt. Haitallisten yhdisteiden määrän minimoimiseksi talousvedessä talousveden vieraille aineille on määrätty asetuksissa enimmäispitoisuuksia sekä – tiheyksiä. Näitä laatuvaatimuksia sekä – suosituksia noudattamalla talousvesi on käyttökelpoista. Talousvedellä ei tällöin ole haitallisia terveysvaikutuksia eikä se vahingoita vesilinjastoja. Kirjallisuusosassa selvitetään pienten yksiköiden talousveteen liittyvän sosiaali- ja terveysministeriön asetuksen sisältöä. Mitä asetus pitää sisällään, keitä asetus koskee ja miksi asetukseen kirjatut yhdisteet ja aineet ovat ihmiselle haitallisia sekä mitä terveysvaikutuksia kyseisillä aineilla on. Kokeellisessa osiossa analysoitiin kolmesta näytteestä osa sosiaali- ja terveysministeriön asettamista vaatimuksista. Pääsääntöisesti mitattiin epäorgaanisia aineita sekä ioneja. Mittaukset suoritettiin ionikromatografilla, liekki-atomiabsorptiospektrometrillä, TOC-analysaattorilla, COD-putkilla, pH-, johtokyky- sekä sameusmittarilla.

Purification of Hydrocarbon Waste Streams

Purification of hydrocarbon waste streams is needed to recycle valuable hydrocarbon products, reduce hazardous impacts on environment, and save energy. To obtain these goals, research must be focused on the search of effective and feasible purification and re-refining technologies. Hydrocarbon waste streams can contain both deliberately added additives to original product and during operation cycle accumulated undesired contaminants. Compounds may have degenerated or cross-reacted. Thus, the presence of unknown species cause additional challenges for the purification process. Adsorption process is most suitable to reduce impurities to very low concentrations. Main advantages are availability of selective commercial adsorbents and the regeneration option to recycle used separation material. Used hydrocarbon fraction was purified with various separation materials in the experimental part. First screening of suitable materials was done. In the second stage, temperature dependence and adsorption kinetics were studied. Finally, one fixed bed experiment was done with the most suitable material. Additionally, FTIR-measurements of hydrocarbon samples were carried out to develop a model to monitor the concentrations of three target impurities based on spectral data. Adsorption capacities of the tested separation materials were observed to be low to achieve high enough removal efficiencies for target impurities. Based on the obtained data, batch process would be more suitable than a fixed bed process and operation at high temperatures is favorable. Additional pretreatment step is recommended to improve removal efficiency. The FTIR-measurement was proven to be a reliable and fast analysis method for challenging hydrocarbon samples.

New [18F]Tracers for Alzheimer's Disease Imaging. Labeling Synthesis And Biological Testing

Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. Characteristic changes in an AD brain are the formation of β-amyloid protein (Aβ) plaques and neurofibrillary tangles, though other alterations in the brain have also been connected to AD. No cure is available for AD and it is one of the leading causes of death among the elderly in developed countries. Liposomes are biocompatible and biodegradable spherical phospholipid bilayer vesicles that can enclose various compounds. Several functional groups can be attached on the surface of liposomes in order to achieve long-circulating target-specific liposomes. Liposomes can be utilized as drug carriers and vehicles for imaging agents. Positron emission tomography (PET) is a non-invasive imaging method to study biological processes in living organisms. In this study using nucleophilic 18F-labeling synthesis, various synthesis approaches and leaving groups for novel PET imaging tracers have been developed to target AD pathology in the brain. The tracers were the thioflavin derivative [18F]flutemetamol, curcumin derivative [18F]treg-curcumin, and functionalized [18F]nanoliposomes, which all target Aβ in the AD brain. These tracers were evaluated using transgenic AD mouse models. In addition, 18F-labeling synthesis was developed for a tracer targeting the S1P3 receptor. The chosen 18F-fluorination strategy had an effect on the radiochemical yield and specific activity of the tracers. [18F]Treg-curcumin and functionalized [18F]nanoliposomes had low uptake in AD mouse brain, whereas [18F]flutemetamol exhibited the appropriate properties for preclinical Aβ-imaging. All of these tracers can be utilized in studies of the pathology and treatment of AD and related diseases.

Modelling the super-equilibria in thermal biomass conversion : applications and limitations of the constrained free energy method

Bioenergi ses som en viktig del av det nu- och framtida sortimentet av inhemsk energi. Svartlut, bark och skogsavfall täcker mer än en femtedel av den inhemska energianvändningen. Produktionsanläggningar kan fungera ofullständigt och en mängd gas-, partikelutsläpp och tjära produceras samtidigt och kan leda till beläggningsbildning och korrosion. Orsaken till dessa problem är ofta obalans i processen: vissa föreningar anrikas i processen och superjämviktstillstånd är bildas. I denna doktorsavhandling presenteras en ny beräkningsmetod, med vilken man kan beskriva superjämviktstillståndet, de viktigaste kemiska reaktionerna, processens värmeproduktion och tillståndsstorheter samtidigt. Beräkningsmetoden grundar sig på en unik frienergimetod med bivillkor som har utvecklats vid VTT. Den här så kallade CFE-metoden har tidigare utnyttjats i pappers-, metall- och kemiindustrin. Applikationer för bioenergi, vilka är demonstrerade i doktorsavhandlingen, är ett nytt användingsområde för metoden. Studien visade att beräkningsmetoden är väl lämpad för högtemperaturenergiprocesser. Superjämviktstillstånden kan uppstå i dessa processer och det kemiska systemet kan definieras med några bivillkor. Typiska tillämpningar är förbränning av biomassa och svartlut, förgasning av biomassa och uppkomsten av kväveoxider. Också olika sätt att definiera superjämviktstillstånd presenterades i doktorsavhandlingen: empiriska konstanter, empiriska hastighetsuttryck eller reaktionsmekanismer kan användas. Resultaten av doktorsavhandlingen kan utnyttjas i framtiden i processplaneringen och i undersökning av nya tekniska lösningar för förgasning, förbränningsteknik och biobränslen. Den presenterade metoden är ett bra alternativ till de traditionella mekanistiska och fenomenmodeller och kombinerar de bästa delarna av både. --------------------------------------------------------------- Bioenergia on tärkeä osa nykyistä ja tulevaa kotimaista energiapalettia. Mustalipeä, kuori ja metsätähteet kattavat yli viidenneksen kotimaisesta energian kulutuksesta. Tuotantolaitokset eivät kuitenkaan aina toimi täydellisesti ja niiden prosesseissa syntyy erilaisia kaasu- ja hiukkaspäästöjä, tervoja sekä prosessilaitteita kuluttavia saostumia ja ruostumista. Usein syy näihin ongelmiin on prosessissa esiintyvä epätasapainotila: tietyt yhdisteet rikastuvat prosessissa ja muodostavat supertasapainotiloja. Väitöstyössä kehitettiin uusi laskentamenetelmä, jolla voidaan kuvata nämä supertasapainotilat, tärkeimmät niihin liittyvät kemialliset reaktiot, prosessin lämmöntuotanto ja tilansuureet yhtä aikaa. Laskentamenetelmä perustuu VTT:llä kehitettyyn ainutlaatuiseen rajoitettuun vapaaenergiamenetelmään. Tätä niin kutsuttua CFE-menetelmää on aiemmin sovelluttu onnistuneesti muun muassa paperi-, metalli- ja kemianteollisuudessa. Väitöstyössä esitetyt bioenergiasovellukset ovat uusi sovellusalue menetelmälle. Työ osoitti laskentatavan soveltuvan hyvin korkealämpöisiin energiatekniikan prosesseihin, joissa kemiallista systeemiä rajoittavia tekijöitä oli rajallinen määrä ja siten super-tasapainotila saattoi muodostua prosessin aikana. Tyypillisiä sovelluskohteita ovat biomassan ja mustalipeän poltto, biomassan kaasutus ja typpioksidipäästöt. Työn aikana arvioitiin myös erilaisia tapoja määritellä super-tasapainojen muodostumista rajoittavat tekijät. Rajoitukset voitiin tehdä teollisiin mittauksiin pohjautuen, kokeellisia malleja hyödyntäen tai mekanistiseen reaktiokinetiikkaan perustuen. Tulevaisuudessa väitöstyön tuloksia voidaan hyödyntää prosessisuunnittelussa ja tutkittaessa uusia teknisiä ratkaisuja kaasutus- ja polttotekniikoissa sekä biopolttoaineiden tutkimuksessa. Kehitetty menetelmä tarjoaa hyvän vaihtoehdon perinteisille mekanistisille ja ilmiömalleille yhdistäen näiden parhaita puolia.

Nucleotides as Antiviral Compounds. On the Feasibility of an Esterase-dependent Prodrug Strategy for 2-5A

Nukleotidien ja oligonukleotidien analogeilla on merkittävä rooli virusten aiheuttamien tautien hoidossa. Tämän kaltaiset yhdisteet voivat estää spesifisesti virusten proteiineja tai aktivoida luontaista immuunijärjestelmää, jossa 2-5A:ksi kutsutut lyhyet 2´,5´-sitoutuneet oligomeerit ovat keskeisiä tekijöitä. Nukleotideihin ja oligonukleotideihin pohjautuvien lääkkeiden tehokkuus riippuu pääasiassa aihiolääkestrategiasta, jolla niiden sisäänottoa soluun tehostetaan. Tavanomaisessa aihiolääkestrategiassa negatiivisesti varautuneet fosfaattiryhmät suojataan rasvaliukoisilla biohajoavilla suojaryhmillä, jotta molekyyli läpäisee solukalvon helpommin. Solun sisällä aihiolääke muuttuu aktiiviseksi lääkeaineeksi, kun suojaryhmät irtoavat solun entsyymien, kuten esteraasien vaikutuksesta. Väitöskirjassa arvioitiin esteraasin katalysoiman aihiolääkestrategian soveltuvuutta 2-5A-trimeerille syntetisoimalla kaksi erilaista 2-5A-aihiolääkekandidaattia ja tutkimalla 2-5A:n purkautumista karboksiesteraasi-entsyymin vaikutuksesta. Suojaryhmäsuunnitelma perustui esteraasilabiileihin 2,2-disubstituoituihin asyylioksipropyyliryhmiin ja asyylioksimetyyliryhmiin, joilla suojattiin trimeerien fosfaatti- ja 3´-hydroksyyliryhmät. Tulokset osoittivat, että esteraasilabiilien suojaryhmien irtoaminen 2-5A:sta hidastui merkittävästi, kun yhdisteeseen kertyi negatiivista varausta. Lisäksi suojaryhmien hajotessa muodostui elektrofiilisiä alkyloivia aineita, jotka ovat mahdollisesti toksisia. Näistä syistä johtuen kehitettiin kuusi uudenlaista 2,2,-disubstituoitua 4-asyylitio- 3-oksobutyyliryhmää fosfodiestereiden suojaamiseksi. Suojaryhmät irtoavat sekä esteraasin katalysoimana, että lämpötilan vaikutuksesta. Tämä on hyödyllinen ominaisuus silloin, kun entsyymin affiniteetti negatiivisesti varattuun substraattiin heikkenee. Suojaryhmien hydrolyyttinen ja entsymaattinen stabiilisuus on helposti säädeltävissä, jotta suojauksen purkautumisen nopeus voidaan optimoida. Vapautuneet suojaryhmät eivät ole merkittävästi alkyloivia, sillä niiden ei havaittu alkyloivan glutationia.

Kaasukromatografi-massaspektrometrin käyttö haihtuvien orgaanisten yhdisteiden analytiikassa ja kynureniinipolun kuuden metaboliitin analysointi solunäytteistä

Haihtuvat orgaaniset yhdisteet (eng. volatile organic compound, VOC) ovat yksi yleisimmistä ja laajimmalle levinneistä ympäristökontaminaattiryhmistä. VOC- yhdisteryhmän yhdisteet ovat määritelmän mukaisesti haihtuvia, molekyylimassaltaan pieniä (16-250 Da) yhdisteitä, joista suurin osa on joko haitallisia tai myrkyllisiä. VOC- yhdisteet pääasiallisesti emittoituvat ympäristöön ihmisen toiminnasta johtuen (teollisuus, autot, maatalous) ja päätyvät luonnossa vesistöihin ja maaperään. Ihmisille haitallisten ominaisuuksien lisäksi, VOC-yhdisteet vaikuttavat esimerkiksi ilmaston lämpenemiseen ja savusumujen syntyyn. Edellä mainittujen ominaisuuksien vuoksi on tärkeää analysoida VOC-yhdisteiden pitoisuuksia. Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden ryhmän laajuus, ja fysikaalisten sekä kemiallisten ominaisuuksien (poolisuus, höyrynpaine, vesiliukoisuus) erot asettavat haastetta niiden analysointiin. Yleisimmin VOC-yhdisteitä analysoidaan kaasukromatografia- massaspektrometrin avulla. Pro gradu -tutkielman kirjallisessa osassa käydään läpi VOC-yhdisteiden analytiikassa käytettyjä erilaisia GC-MS-laitekokonaisuuksia ja niiden ominaisuuksia. Lisäksi keskitytään VOC-yhdisteiden erilaisiin näytteenkäsittelymenetelmiin vesi-, maa- ja sedimettinäytteissä. Kokeellisessa osassa analysoitiin kuutta kynureniinipolun metaboliittia solunäytteistä. Kynureniinipolku on nisäkkäillä tärkein tryptofaanin katabolinen polku. Kynureniinipolku aktivoituu entsymaattisesti esimerkiksi tulehdusten, hermostoa rappeuttavien prosessien ja immuunivasteen aikana. Kynureniinipolun yhdisteiden uskotaan lisäävän solun toksisuutta, mutta parantavan sen kykyä lisääntyä ja vähentävän solukuolleisuutta. Esimerkiksi 3-hydroksikynureniinin lisääntynyt määrä on yhdistetty hermostoperäisiin sairauksiin, kuten Huntingtonin- ja Parkinsonin tautiin. Kokeellisessa osassa luotiin yhdistespesifinen MRM-menetelmä, ultra korkean erotuskyvyn nestekromatografi-sähkösumutusionisaatio- kolmoiskvadrupolimassaspektrometrille. Luodulla ja optimoidulla menetelmällä kvantitoitiin soluviljelmänäytteistä samanaikaisesti L-kynureniini-, kynureniinihappo-, 3-hydroksikynureniini-, antraniilihappo-, 3-hydroksiantraniilihappo-, sekä kinoliinihappo-pitoisuudet sisäisen- ja ulkoisen standardin menetelmällä. Solunäytteiden päämetaboliiteiksi havaittiin kynureniini, kunyreniinihappo, sekä antraniilihappo. Ainoastaan 3-hydroksikynureniinihappoa ja kinoliinihappoa ei havaittu yhdestäkään näytteestä.

Monitorointimenetelmät membraanin likaantumisen seurantaan suodatuksen aikana

Membraani on ohut kalvo, jossa on pieniä nanomittakaavan reikiä, jotka erottavat partikkelit ja liuenneet yhdisteet liuoksesta. Membraanisuodatuksen käyttö on lisääntynyt merkittävästi vedenpuhdistuksessa, johtuen lisääntyneestä puhtaan veden tarpeesta ja tiukentuneista ympäristövaatimuksista. Tässä työssä esitellään reaaliaikaisia mittausmenetelmiä membraanin likaantumisen seurantaan. Esiteltyjä menetelmiä ovat suora havainnointi pinnan läpi, lasertriangulometria, varjoanalyysi, taittokykymittaus, kuvakatkaisu-menetelmä, partikkelin nopeusmääritys, radioisotooppinen merkintä ja ydinmagneettinen resonanssispektrometria. Mittausmenetelmien avulla likakerroksen paksuutta ja sen leviämistä on mahdollista seurata reaaliaikaisesti. Mittausmenetelmien soveltuvuus olemassa oleviin prosesseihin on vielä epävarmaa. Suurin osa menetelmistä on rajoittunut tiettyyn membraanin materiaaliin, tietynlaiseen membraanisuodatusprosessin rakenteeseen tai tiettyihin olosuhteisiin. Vallitsevien prosessiolosuhteiden lisäksi mittausanturin tulisi kestää myös puhdistusolosuhteet. Lisätutkimuksia tarvitaan, jotta voidaan löytää toimiva laitekokonaisuus tarvittavan tiedon tuottamiseen.