Kohti vesiensuojelun aikaa; veden laadun muutokset eteläisimmällä Saimaalla

Työn tarkoituksena on ollut tutkia vesianalytiikan kehitystä Suomessa, arvioida rutiini-analytiikan luotettavuutta, selvittää eteläisimmän Saimaan jätevesikuormituksen kehitys ja siihen vaikuttaneet tekijät, laatia aikasarjat eräiden tutkimusalueen keskeisten veden laadun seurantapaikkojen veden laadun kehityksestä ja esittää keinoja veden laadun kehityksen kuvaa¬miseksi tiivistämällä suuri havaintomateriaali yksinkertaisiksi tunnusluvuiksi. Työssä käsiteltä¬vä aikajakso alkaa 1900-luvun alusta ja päättyy vuoteen 1998. Tutkimus on osa laajempaa ko¬konaisuutta. Tutkimusalue käsittää Vuoksen vesistön keskusjärven, Saimaan, eteläisimmät osat eli Pien-Saimaan, Suur-Saimaan, Vuoksen niskan ja Haapaveden altaat sekä vesistön purku¬-uoman, Vuoksen virran (ks. kuvat 5.1. ja 5.2.). Veden laatu alueen luonnontilaisilla alueilla on luokiteltavissa osin oligotrofiseksi, osin lievästi dysoligotrofiseksi. Sadan viimeisen vuoden aikana teollinen toiminta on muuttanut sitä voimakkaasti. Vesiensuojeluun on eteläisimmän Saimaan alueella investoitu yli 1,5 miljardia markka viimeisten noin 30 vuoden aikana. Investointien tuloksena kuormitus on laskenut oleellisesti 1960-luvun maksimikuormituksesta. Jätevesien purkuvesistön veden laatu on tänä aikana myös merkittävästi parantunut. Tämä on osoitettu veden laadun seurantatuloksista tehtyjen erilaisten tarkastelujen avulla (aikasarjadiagrammit, tilasto tarkastelut, indeksilukuluokitukset, PCA- ja PLS- ja DPLS- monimuuttujamallinnukset). Nykyisin veden laatu on lähes koko tutkimusalu¬eella vähintään tyydyttävä. Fysikaalis-kemiallisen veden laadun seurannan historia on Suomessa kansainvälisesti ja kansallisesti pitkä, ja Saimaalta voidaan veden laadun kehitystä arvioida luotettavasti 40 vuoden ajalta. Tutkimusmetodiikat vesitutkimusten pioneerimaissa ovat olleet samankaltaisia ja niiden perusteella on laadittu myös eurooppalaisen vedenlaadunseurannan suositukset. Vaikka tulevai¬suudessa vesistöä ja sen tilan kehitystä on tarkasteltava ekologisena kokonaisuutena, ei tätä voida tehdä ilman nykyisen kaltaista monitorointia. Teollisuuden jätevesikuormitus on laskenut neljännesvuosisadan aikana hyvin merkittä¬västi tavalla, joka vielä kymmenkunta vuotta sitten tuntui saavuttamattomalta. Saimaan. kuten muunkin Suomen metsäteollisuuden taso onkin kansainvälisesti korkea ja täyttää jo nyt kuormi¬tuksen suhteen lähes 2000-luvun alun BAT-tekniikan vaatimukset. Veden laatu ei kuitenkaan ole kuormitetuilla alueilla kaikkialla vielä hyvä, joten vesiensuojeluun on edelleen panostettava, kun tavoitteena on vesien hyvä ekologinen tila. Vesistöstä käsin tarkasteltuna hitaasti hajoavan orgaanisen aineen määrän vähentäminen vedestä on oltava seuraavana tavoitteena. Tätä tukee myös BAT-tekniikan tarkastelu.

Pulssitettu laserablaatio mikrofluidisten kanavistojen sarjatuotantomenetelmänä

Puolijohteiden yleistyttyä vuodesta 1948 alkaen, ovat elektroniset laitteet pienentyneet jatkuvasti tehojen kuitenkin kasvaessa. Kasvaneet tehotiheydet kuitenkin vaikeuttavat laitesuunnittelua, sillä puoljohdekomponenttien suorituskyvylle ja eliniälle on oleellista lämpötilojen ja lämpötilavaihteluiden minimointi. Perinteisen ilmajäähdytyksen lähestyessä rajojaan niin kokonaistehon kuin järkevän energiatehokkuudenkin suhteen, on parhaaksi seuraavaksi teknologiaksi ennustettu kaksifaasijäähdytystä, jonka suorituskyky ja energiatehokkuus ovat vaaditulla tasolla. Kaksifaasijäähdytyksen optimaaliselle toiminnalle tärkeää on hyvin suunniteltu ja tarkasti valmistettu lämmönsiirtopinta, jota kutsutaan mikrokanavistoksi. Pulssitettu laserkaiverrus on edistynyt valmistustekniikka, jonka tarkkuus ja luotettavuus sopisivat mikrokanavistojen valmistamiseen. Laserkaiverruksella saavutettavat lopputulokset vaihtelevat kuitenkin materiaalista riippuen ja kupari – jota käytetään yleisesti lämmönjohteena – on eräs huonoimmin lasertyöstöön reagoivista materiaaleista ja siksi on oleellista selvittää laser-kaiverruksen toimivuutta kuparisten mikrokanavistojen valmistuksessa. Pulssitetun laser-kaiverruksen eri variaatioista nanosekunti-luokan pulssinpituuksilla toimivat laitteet ovat jatkuvan tuotannon kannalta paras vaihtoehto niiden hyvän tuottavuuden, saatavuuden sekä kohtuullisen alkuinvestoinnin vuoksi. Käytännön kaiverruskokeiden perusteella selvisi, että menetelmä on laatunsa ja tarkkuutensa puolesta sopiva varsinaiseen tuotantoon. Kaiverruksen tehokkuus kuparia työstettäessä on kuitenkin ennakoituakin heikompi ja niin valmistus- kuin suunnitelu-prosessikin vaativat vielä jatkotutkimusta ja -kehitystä.

The interaction of an antiparasitic peptide active against African Sleeping Sickness with cell membrane models

Zwitterionic peptides with trypanocidal activity are promising lead compounds for the treatment of African Sleeping Sickness, and have motivated research into the design of compounds capable of disrupting the protozoan membrane. In this study, we use the Langmuir monolayer technique to investigate the surface properties of an antiparasitic peptide, namely S-(2,4-dinitrophenyl)glutathione di-2-propyl ester, and its interaction with a model membrane comprising a phospholipid monolayer. The drug formed stable Langmuir monolayers. whose main feature was a phase transition accompanied by a negative surface elasticity. This was attributed to aggregation upon compression due to intermolecular bond associations of the molecules, inferred from surface pressure and surface potential isotherms. Brewster angle microscopy (BAM) images, infrared spectroscopy and dynamic elasticity measurements. When co-spread with dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC). the drug affected both the surface pressure and the monolayer morphology, even at high surface pressures and with low amounts of the drug. The results were interpreted by assuming a repulsive, cooperative interaction between the drug and DPPC molecules. Such repulsive interaction and the large changes in fluidity arising from drug aggregation may be related to the disruption of the membrane, which is key for the parasite killing property. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cholesterol Mediates Chitosan Activity on Phospholipid Monolayers and Langmuir-Blodgett Films

The polysaccharide chitosan has been largely used in many biological applications as a fat and cholesterol reducer, bactericide agent, and wound healing material. While the efficacy for some of such uses is proven, little is known about the molecular-level interactions involved in these applications. In this study, we employ mixed Langmuir and Langmuir-Blodgett (LB) films of negatively charged dimyristoyl phosphatidic acid (DMPA) anti cholesterol as cell membrane models to investigate the role of cholesterol in the molecular-level action of chitosan. Chitosan does not remove cholesterol froth the monolayer. The interaction with chitosan tends to expand the DMPA monolayer due to its interpenetration within the film. On the other hand, cholesterol induces condensation of the DMPA monolayer. The competing effects cause the surface pressure isotherms of mixed DMPA-cholesterol films on a chitosan subphase to be unaffected by the cholesterol mole fraction, due to distinct degrees of chitosan penetration into the film in the presence of cholesterol. By combining polarization-modulated infrared reflection absorption spectroscopy (PM-IRRAS) and sum-frequency generation spectroscopy (SFG), we showed that chitosan induces order into negatively charged phospholipid layers, whereas the opposite occurs for cholesterol. In conclusion, chitosan has its penetration in the film modulated by cholesterol, and electrostatic interactions with negatively charged phospholipids, such as DMPA, are crucial for the action of chitosan.

Immobilization of Alcohol Dehydrogenase in Phospholipid Langmuir-Blodgett Films To Detect Ethanol

Enzyme immobilization in nanostructured films may be useful for a number of biomimetic systems, particularly if suitable matrixes are identified. Here we show that alcohol dehydrogenase (ADH) has high affinity toward a negatively charged phospholipid, dimyristoylphosphatidic acid (DMPA), which forms a Langmuir monolayer at an air-water interface. Incorporation of ADH into the DMPA monolayer was monitored with Surface pressure measurements; and polarization-modulation infrared reflection absorption spectroscopy, with the alpha-helices from ADH being mainly oriented parallel to the water surface. ADH remained at the interface even at high surface pressures, thus allowing deposition of Langmuir-Blodgett (LB) films from the DMPA-ADH film. Indeed, interaction with DMPA enhances the transfer of ADH, where the mass transferred onto a solid support increased from 134 ng for ADH on a Gibbs monolayer to 178 ng for an LB film with DMPA. With fluorescence spectroscopy it was possible to confirm that the ADH structure was preserved even after one month of the LB deposition. ADH-containing films deposited onto gold-interdigitated electrodes were employed in a sensor array capable of detecting ethanol at concentrations down to 10 ppb (in volume), using impedance spectroscopy as the method of detection.

Enhanced activity of horseradish peroxidase in Langmuir-Blodgett films of phospholipids

The immobilization of enzymes in nanostructured films has potential applications, e.g. in biosensing, for which the activity may not only be preserved, but also enhanced if optimized conditions are identified. Optimization is not straightforward because several requirements must be fulfilled, including a suitable matrix and film-forming technique. In this study, we show that horseradish peroxidase (HRP) has its activity enhanced when immobilized in Langmuir-Blodgett (LB) films, in conjunction with dipalmitoylphosphaticlylglycerol (DPPG). Incorporation of HRP into a DPPG monolayer at the air-water interface was demonstrated with compression isotherms, and Polarization-Modulation Infrared Reflection Absorption Spectroscopy (PM-IRRAS). From the PM-IRRAS data, we inferred that HRP was not denatured when adsorbed on a pre-formed, low pressure DPPG monolayer. A change in orientation was induced by the phospholipid matrix, with the amide C=O and NH groups from HRP being oriented perpendicular to the surface, parallel to the DPPG acyl chains, i.e. the alpha-helix was inserted into the monolayer. The mixed DPPG-HRP monolayer could be transferred onto solid supports, to which HRP activity was ca. 23% higher than in solution. The control of molecular architecture and choice of a suitable phospholipid matrix allowed HRP-containing LB films to be used in sensing peroxide. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.