Sarveiskalvon permeabiliteetin ennustaminen QSPR-mallin avulla

QSPR-malli kuvaa kvantitatiivista riippuvuutta muuttujien ja biologisen ominaisuuden välillä. Näin ollen QSPR mallit ovat käyttökelpoisia lääkekehityksen apuvälineitä. Kirjallisessa osassa kerrotaan sarveiskalvon, suoliston ja veriaivoesteen permeabiliteetin malleista. Useimmin käytettyjä muuttujia ovat yhdisteen rasvaliukoisuus, polaarinen pinta-ala, vetysidosten muodostuminen ja varaus. Myös yhdisteen koko vaikuttaa läpäisevyyteen, vaikka tutkimuksissa onkin erilaista tietoa tämän merkittävyydestä. Malliin vaikuttaa myös muiden kuin mallissa mukana olevien muuttujien suuruusluokka esimerkkinä Lipinskin ‖rule of 5‖ luokittelu. Tässä luokittelussa yhdisteen ominaisuus ei saa ylittää tiettyjä raja-arvoja. Muussa tapauksessa sen imeytyminen suun kautta otettuna todennäköisesti vaarantuu. Lisäksi kirjallisessa osassa tutustuttiin kuljetinproteiineihin ja niiden toimintaan silmän sarveiskalvossa, suolistossa ja veriaivoesteessä. Nykyisin on kehitetty erilaisia QSAR-malleja kuljetinproteiineille ennustamaan mahdollisten substraatittien tai inhibiittorien vuorovaikutuksia kuljetinproteiinin kanssa. Kokeellisen osan tarkoitus oli rakentaa in silico -malli sarveiskalvon passiiviselle permeabiliteetille. Työssä tehtiin QSPR-malli 54 yhdisteen ACDLabs-ohjelmalla laskettujen muuttujien arvojen avulla. Permeabiliteettikertoimien arvot saatiin kirjallisuudesta kanin sarveiskalvon läpäisevyystutkimuksista. Lopullisen mallin muuttujina käytettiin oktanoli-vesijakaantumiskerrointa (logD) pH:ssa 7,4 ja vetysidosatomien kokonaismäärää. Yhtälö oli muotoa log10(permeabiliteettikerroin) = -3,96791 - 0,177842Htotal + 0,311963logD(pH7,4). R2-korrelaatiokerroin oli 0,77 ja Q2-korrelaatiokerroin oli 0,75. Lopullisen mallin hyvyyttä arvioitiin 15 yhdisteen ulkoisella testijoukolla, jolloin ennustettua permeabiliteettia verrattiin kokeelliseen permeabiliteettiin. QSPR-malli arvioitiin myös farmakokineettisen simulaation avulla. Simulaatiossa laskettiin seitsemän yhdisteen kammionestepitoisuudet in vivo vakaassa tilassa käyttäen simulaatioissa QSPR mallilla ennustettuja permeabiliteettikertoimia. Lisäksi laskettiin sarveiskalvon imeytymisen nopeusvakio (Kc) 13 yhdisteelle farmakokineettisen simulaation avulla ja verrattiin tätä lopullisella mallilla ennustettuun permeabiliteettiin. Tulosten perusteella saatiin tilastollisesti hyvä QSPR-malli kuvaamaan sarveiskalvon passiivista permeabiliteettia, jolloin tätä mallia voidaan käyttää lääkekehityksen alkuvaiheessa. QSPR-malli ennusti permeabiliteettikertoimet hyvin, mikä nähtiin vertaamalla mallilla ennustettuja arvoja kokeellisiin tuloksiin. Lisäksi yhdisteiden kammionestepitoisuudet voitiin simuloida käyttäen apuna QSPR-mallilla ennustettuja permeabiliteettikertoimien arvoja.

Meillä ei ole ikuisia ystäviä eikä ikuisia vihollisia. Ikuisia ovat meidän omat etumme. : Suomen suhteet Kiinan kansantasavaltaan 1949 - 1989

"We have neither Eternal Friends nor Eternal Enemies. We have only Eternal Interests .Finland's Relations with China 1949-1989 The study focuses on the relations between Finland and the People s Republic of China from 1949-1989 and examines how a small country became embroiled in international politics, and how, at the same time, international politics affected Finnish-Chinese relations and Finland s China policy formulation. The study can be divided into three sections: relations during the early years, 1949-1960, before the Chinese and Soviet rift became public; the relations during the passive period during the 1960s and 1970s; and the impact of China s Open Door policy on Finland s China policy from 1978-1989. The diplomatically challenging events around Tiananmen Square and the reactions which followed in Finland bring the study to a close. Finland was among the first Western countries to recognise the People s Republic and to establish diplomatic relations with her, thereby giving Finland an excellent position from which to further develop good relations. Finland was also the first Western country to sign a trade agreement with China. These two factors meant that Finland was able to enjoy a special status with China during the 1950s. The special status was further strengthened by the systematic support of the government of Finland for China's UN membership. The solid reputation earned in the 1950s had to carry Finland all the way through to the 1980s. For the two decades in between, during the passive policy period of the 1960s and 1970s, relations between Finland and the Soviet Union also determined the state of foreign relations with China. Interestingly, however, it appeared that President Urho Kekkonen was encouraged by Ambassador Joel Toivola to envisage a more proactive policy towards China, but the Cultural Revolution cut short any such plan for nearly twenty years. Because of the Soviet Union, Finland held on to her passive China policy, even though no such message was ever received from the Soviet Union. In fact, closer relationships between Finland and China were encouraged through diplomatic channels. It was not until the presidency of Mauno Koivisto that the first high-level ministerial visit was made to China when, in 1984, Foreign Minister Paavo Väyrynen visited the People s Republic. Finnish-Chinese relations were lifted to a new level. Foreign Minister Väyrynen, however, was forced to remove the prejudices of the Chinese. In 1985, when the Speaker of the Finnish Parliament, Erkki Pystynen visited China he also discovered that Finland s passive China policy had caused misunderstandings amongst the Chinese politicians. The number of exchanges escalated in the wake of the ground-breaking visit by Foreign Minister Väyrynen: Prime Minister Kalevi Sorsa visited China in 1986 and President Koivisto did so in 1988. President Koivisto stuck to practical, China-friendly policies: his correspondence with Li Peng, the attitude taken by the Finnish government after the Tiananmen Square events and the subsequent choices made by his administration all pointed to a new era in relations with China.

Kummimaatilatoiminta opettajien ja maatilojen sekä innovaatiotutkimuksen näkökulmista

Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää Finfood - Suomen Ruokatieto ry:n alullepanemassa kummimaatilatoiminnassa mukana olleiden opettajien ja maatilojen käsityksiä ja kokemuksia toiminnasta sekä tarkastella kummimaatilatoimintaa innovaationa. Kummimaatilatoiminta liittyy Finfoodin internetissä julkaisemaan oppimateriaaliin suomalaisen ruoan tiestä. Kummimaatilatoiminnan tavoitteena on, että mahdollisimman monella peruskoululuokalla olisi oma kummimaatila, missä luokka voisi vierailla vuosittain, joka säilyisi luokalla mahdollisimman pitkään ja jonka kanssa luokka suunnittelee oman yhteistyönsä. Kummimaatilatoiminnan avulla pyritään omakohtaisten kokemusten ja elämysten kautta lisäämään nuorten tietoa maaseudun elämästä. Tutkimuksen tausta -osassa tarkastellaan koulun ja yhteiskunnan muiden tahojen yhteistyötä, esitellään tutkimuksia koulun ja teollisuusyritysten yhteistyöstä sekä koulun ja maatalouden yhteistyöhön liittyvää materiaalia. Lisäksi tarkastellaan innovaatiota ja innovaation diffuusiota. Koska kummimaatilatoiminta on uusi toimintamuoto, jossa toisena osapuolena on koulu, tutkimuksessa käsitellään myös kasvatuksen muutoksia (educational change). Tutkimusta käsitellään tapaus- ja toimintatutkimuksena. Tutkimusaineistona ovat kummimaatilatoiminnan alkuvaiheessa syksyllä 1997 mukaan lähteneiden seitsemän opettajan ja kuuden maatilan teemahaastattelut. Tutkimuksessa on haastateltu myös Finfoodin edustajaa. Aineisto kerättiin kevään ja syksyn 1998 aikana. Innovaatiotarkastelun pohjana ovat lisäksi tutkijan omat kokemukset toiminnasta sekä erilaiset kokoukset ja keskustelut. Opettajien ja maatilojen kokemuksista selvitettiin heidän toiminnan aloittamiseen johtaneita motiivejaan, toiminnalle asettamiaan tavoitteita, toiminnassa havaitsemiaan ongelmia sekä käsityksiä toiminnan onnistumisen avaintekijöistä ja toiminnan kehittämisestä. Suuria näkemyseroja ei opettajien ja maatilojen kokemusten välillä ollut. Osapuolet pitivät maaseutua tärkeänä ja halusivat tarjota lapsille kokemuksia elämästä siellä. Yhteisenä tavoitteena opettajilla ja maatiloilla oli, että toiminta olisi mahdollisimman laajaa, ei pelkkiä retkipäiviä maalle. Opettajat korostivat myös vierailujen toiminnallisuutta. Maatilat toivoivat voivansa lisätä toiminnalla myös omaa tietämystään ja ammattitaitoaan. Käytännön asiat kuten matkat olivat eniten ongelmia aiheuttaneita asioita. Muina mahdollisina ongelmina mainittiin asenteet ja tiedotus. Toiminnan avaintekijöinä pidettiin suunnittelua, molempien osapuolten motivoituneisuutta ja aktiivisuutta, vierailujen toiminnallisuutta, tiedottamista ja toiminnan laajentamista. Kehittämisideat liittyivät toiminnan laajentamiseen ja monipuolistamiseen. Tämän tutkimuksen perusteella kummimaatilatoimintaa on ryhdytty kehittämään niin, että koko koululla yksittäisen luokan sijaan on yhteinen kummimaatila. Innovaatiotarkastelu osoitti, että kummimaatilatoiminnan kehittäminen ja levittäminen on pitkä prosessi, jossa koordinaattorin rooli on tärkeä. Osallistujien sitoutuminen toimintaan, osallistujien tukeminen sekä heidän kokemustensa hyödyntäminen on myös tärkeää. Tärkeimmät lähteet tutkimuksen taustateorian kannalta olivat Rogersin, Fullanin ja Hargreavesin teokset. Avainsanat: kummimaatilatoiminta, innovaatio, innovaation diffuusio, muutos Keywords: godfarms, farm visits, innovation, diffusion of innovation, educational change

Leisure activities and obesity in adolescence : a follow-up study among twins

The aims of this dissertation were 1) to investigate associations of weight status of adolescents with leisure activities, and computer and cell phone use, and 2) to investigate environmental and genetic influences on body mass index (BMI) during adolescence. Finnish twins born in 1983–1987 responded to postal questionnaires at the ages of 11-12 (5184 participants), 14 (4643 participants), and 17 years (4168 participants). Information was obtained on weight and height, leisure activities including television viewing, video viewing, computer games, listening to music, board games, musical instrument playing, reading, arts, crafts, socializing, clubs, sports, and outdoor activities, as well as computer and cell phone use. Activity patterns were studied using latent class analysis. The relationship between leisure activities and weight status was investigated using logistic and linear regression. Genetic and environmental effects on BMI were studied using twin modeling. Of individual leisure activities, sports were associated with decreased overweight risk among boys in both cross-sectional and longitudinal analyses, but among girls only cross-sectionally. Many sedentary leisure activities, such as video viewing (boys/girls), arts (boys), listening to music (boys), crafts (girls), and board games (girls), had positive associations with being overweight. Computer use was associated with a higher prevalence of overweight in cross-sectional analyses. However, musical instrument playing, commonly considered as a sedentary activity, was associated with a decreased overweight risk among boys. Four patterns of leisure activities were found: ‘Active and sociable’, ‘Active but less sociable’, ‘Passive but sociable’, and ‘Passive and solitary’. The prevalence of overweight was generally highest among the ‘Passive and solitary’ adolescents. Overall, leisure activity patterns did not predict overweight risk later in adolescence. An exception were 14-year-old ‘Passive and solitary’ girls who had the greatest risk of becoming overweight by 17 years of age. Heritability of BMI was high (0.58-0.83). Common environmental factors shared by family-members affected the BMI at 11-12 and 14 years but their effect had disappeared by 17 years of age. Additive genetic factors explained 90-96% of the BMI stability across adolescence. Genetic correlations across adolescence were high, which suggests similar genetic effects on BMI throughout adolescence, while unique environmental effects on BMI appeared to vary. These findings suggest that family-based interventions hold promise for obesity prevention into early and middle adolescence, but that later in adolescence obesity prevention should focus on individuals. A useful target could be adolescents' leisure time, and our findings highlight the importance of versatility in leisure activities.

Ecological restoration of forests in Fennoscandia : Defining reference stand structures and immediate effects of restoration.

The first aim of this thesis was to explore the structural characteristics of near-natural forests and to quantify how human utilization has changed them. For this, we examined the stand characteristics in Norway spruce Picea abies (L.) Karst-dominated old-growth stands in northwestern Russia and in old Scots pine Pinus sylvestris L.-dominated stands in three regions from southern Finland to northwestern Russia. In the second study, we also compared stands with different degrees of human impact, from near-natural stands and stands selectively cut in the past to managed stands. Secondly, we used an experimental approach to study the short-term effects of different restorative treatments on forest structure and regeneration in managed Picea abies stands in southern Finland. Restorative treatments consisted of a partial cut combined with three levels of coarse woody debris retention, and a fire/no-fire treatment. In addition, we examined burned and unburned reference stands without cutting treatments. Results from near-natural Picea abies forests emphasize the dynamic character of old-growth forests, the variety of late-successional forest structures, and the fact that extended time periods are needed to attain certain late-successional stages with specific structural and habitat attributes, such as large-diameter deciduous trees and a variety of deadwood. The results from old Pinus sylvestris-dominated forests showed that human impact in the form of forest utilization and fire exclusion has strongly modified and reduced the structural complexity of stands. Consequently, small protected forest fragments in Finland may not serve as valid natural reference areas for forest restoration. However, results from the restoration experiment showed that early-successional natural stand characteristics can be restored to structurally impoverished managed Picea abies stands, despite a significant portion of wood volume being harvested. A variety of restoration methods is needed, due to differences in the condition of the forest when restoration is initiated and the variety of successional stages of forest structures after anthropogenic and natural disturbances. Keywords: dead wood, disturbance dynamic, fire, near-natural stand, rehabilitation, succession

Molecular Interactions Chlorin Assemblies and NMR Separations

Photosynthesis is a chemical process in which the energy of the light quanta is transformed into chemical energy. Chlorophyll (Chl) molecules play a key role in photosynthesis; they function in the antennae systems and in the photosynthetic reaction center where the primary charge separation (CS) takes place. Bio-inspired mimicry of the CS is an essential unit in dye-sensitized solar cells. Aim of this study was to design and develop electron donor-acceptor (EDA) pairs from Chls and fullerenes (C60) or carbon nanotubes (CNT). The supramolecular approach was chosen, as long synthetic sequences required by the covalent approach lead to long reaction schemes and low yields. Here, a π-interaction between soluble CNTs and Chl was used in EDA construction. Also, a beta-face selective two-point bound Chl-C60 EDA was introduced. In addition, the photophysical properties of the supramolecular EDA dyads were analyzed. In organic chemistry, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is the most vital analytical technique in use. Multi-dimensional NMR experiments have enabled a structural analysis of complex natural products and proteins. However, in mixture analysis NMR is still facing difficulties. In many cases overlapping signals can t be resolved even with the help of multi-dimensional experiments. In this work, an NMR tool based on simple host-guest chemistry between analytes and macromolecules was developed. Diffusion ordered NMR spectroscopy (DOSY) measures the mobilities of compounds in an NMR sample. In a liquid state NMR sample, each of the analytes has a characteristic diffusion coefficient, which is proportional to the size of the analyte. With normal DOSY experiment, provided that the diffusion coefficients of the analytes differ enough, individual spectra of analytes can be extracted. When similar sized analytes differ chemically, an additive can be introduced into the sample. Since macromolecules in a liquid state NMR sample can be considered practically stationary, even faint supramolecular interaction can change the diffusion coefficient of the analyte sufficiently for a successful resolution in DOSY. In this thesis, polyvinylpyrrolidone and polyethyleneglycol enhanced DOSY NMR techniques, which enable mixture analysis of similar in size but chemically differing natural products, are introduced.

Beatific Enjoyment in Scholastic Philosophy and Theology: 1240-1335

This dissertation examines the concept of beatific enjoyment (fruitio beatifica) in scholastic theology and philosophy in the thirteenth and early fourteenth century. The aim of the study is to explain what is enjoyment and to show why scholastic thinkers were interested in discussing it. The dissertation consists of five chapters. The first chapter deals with Aurelius Augustine's distinction between enjoyment and use and the place of enjoyment in the framework of Augustine's view of the passions and the human will. The first chapter also focuses upon the importance of Peter Lombard's Sentences for the transmission of Augustine's treatment of enjoyment in scholastic thought as well as upon Lombard's understanding of enjoyment. The second chapter treats thirteenth-century conceptions of the object and psychology of enjoyment. Material for this chapter is provided by the writings - mostly Sentences commentaries - of Alexander of Hales, Albert the Great, Bonaventure, Thomas Aquinas, Peter of Tarentaise, Robert Kilwardby, William de la Mare, Giles of Rome, and Richard of Middleton. The third chapter inspects early fourteenth-century views of the object and psychology of enjoyment. The fourth chapter focuses upon discussions of the enjoyment of the Holy Trinity. The fifth chapter discusses the contingency of beatific enjoyment. The main writers studied in the third, fourth and fifth chapters are John Duns Scotus, Peter Aureoli, Durandus of Saint Pourçain, William of Ockham, Walter Chatton, Robert Holcot, and Adam Wodeham. Historians of medieval intellectual history have emphasized the significance of the concept of beatific enjoyment for understanding the character and aims of scholastic theology and philosophy. The concept of beatific enjoyment was developed by Augustine on the basis of the insight that only God can satisfy our heart's desire. The possibility of satisfying this desire requires a right ordering of the human mind and a detachment of the will from the relative goals of earthly existence. Augustine placed this insight at the very foundation of the notion of Christian learning and education in his treatise On Christian Doctrine. Following Augustine, the twelfth-century scholastic theologian Peter Lombard made the concept of enjoyment the first topic in his plan of systematic theology. The official inclusion of Lombard's Sentences in the curriculum of theological studies in the early universities stimulated vigorous discussions of enjoyment. Enjoyment was understood as a volition and was analyzed in relation to cognition and other psychic features such as rest and pleasure. This study shows that early fourteenth-century authors deepened the analysis of enjoyment by concentrating upon the relationship between enjoyment and mental pleasure, the relationship between cognition and volition, and the relationship between the will and the beatific object (i.e., the Holy Trinity). The study also demonstrates the way in which the idea of enjoyment was affected by changes in the method of theological analysis - the application of Aristotelian logic in a Trinitarian context and the shift from virtue ethics to normative ethics.

Carotid Stenosis, Endarterectomy, and the Brain : Brain microcirculation, diffusion, and cognitive function before and after carotid endarterectomy in patients with a high-grade carotid stenosis

Carotid atherosclerotic disease is a major cause of stroke, but it may remain clinically asymptomatic. The factors that turn the asymptomatic plaque into a symptomatic one are not fully understood, neither are the subtle effects that a high-grade carotid stenosis may have on the brain. The purpose of this study was to evaluate brain microcirculation, diffusion, and cognitive performance in patients with a high-grade stenosis in carotid artery, clinically either symptomatic or asymptomatic, undergoing carotid endarterectomy (CEA). We wanted to find out whether the stenoses are associated with diffusion or perfusion abnormalities of the brain or variation in the cognitive functioning of the patients, and to what extent the potential findings are affected by CEA, and compare the clinically symptomatic and asymptomatic subjects as well as strictly healthy controls. Coagulation and fibrinolytic parameters were compared with the rate microembolic signals (MES) in transcranial Doppler (TCD) and the macroscopic appearance of stenosing plaques in surgery. Patients (n=92) underwent CEA within the study. Blood samples pertaining to coagulation and fibrinolysis were collected before CEA, and the subjects underwent repeated TCD monitoring for MES. A subpopulation (n= 46) underwent MR imaging and repeated neuropsychological examination (preoperative, as well 4 and 100 days after CEA). In MRI, the average apparent diffusion coefficients were higher in the ipsilateral white matter (WM), and altough the interhemispheric difference was abolished by CEA, the levels remained higher than in controls. Symptomatic stenoses were associated with more sluggish perfusion especially in WM, and lower pulsatility of flow in TCD. All patients had poorer cognitive performance than healthy controls. Cognitive functions improved as expected by learning effect despite transient postoperative worsening in a few subjects. Improvement was greater in patients with deepest hypoperfusion, primarily in executive functions. Symptomatic stenoses were associated with higher hematocrit and tissue plasminogen activator antigen levels, as well as higher rate of MES and ulcerated plaques, and better postoperative improvement of vasoreactivity and pulsatility. In light of the findings, carotid stenosis is associated with differences in brain diffusion, perfusion, and cognition. The effect on diffusion in the ipsilateral WM, partially reversible by CEA, may be associated with WM degeneration. Asymptomatic and symptomatic subpopulations differ from each other in terms of hemodynamic adaptation and in their vascular physiological response to removal of stenosis. Although CEA may be associated with a transient cognitive decline, a true improvement of cognitive performance by CEA is possible in patients with the most pronounced perfusion deficits. Mediators of fibrinolysis and unfavourable hemorheology may contribute to the development of a symptomatic disease in patients with a high-grade stenosis.

Rekonnektio Maan magnetosfäärissä

Tässä väitöskirjassa perehdytään magneettisen rekonnektion ilmenemismuotoihin ja vaikutuksiin Maan magnetosfäärissä. Keskeisenä tutkimusvälineenä käytetään magnetohydrodynaamista (MHD) Gumics-magnetosfäärisimulaatiota. Työssä kehitetään myös uusia menetelmiä simulaatiossa ilmenevän rekonnektion tunnistamiseksi ja mittaamiseksi. MHD-simulaatio sopii suuren mittakaavan ilmiöiden tarkasteluun, joten kuvaa rekonnektiosta täydennetään pienen mittakaavan piirteiden osalta Cluster-satelliittien avulla. Tärkein tutkimuksen tuoma edistysaskel menetelmien saralla on rekonnektioviivan paikallistaminen topologisesti erityyppisten magneettikenttäviivojen alueiden liitoskohdassa olevana erottajaviivana neljän kentän tienoon menetelmää käyttäen. Tämä topologinen lähestymistapa on hyödyllinen erityisesti magnetopausilla, jonka monimutkainen geometria tekee magneettikentän paikalliseen käyttäytymiseen perustuvien rekonnektioviivan etsintätapojen soveltamisen hankalaksi. Topologisesti määritelty rekonnektioviiva on myös helppo tunnistaa magnetosfäärin globaalin konvektion solmukohdaksi. Magnetopausin rekonnektioviivan käyttäytyminen Gumicsissa noudattaa komponenttirekonnektio-olettamaan pohjautuvia teoreettisia ennusteita. Rekonnektion kvantitatiivinen tarkastelu Gumics-simulaatiossa perustuu energian muuntumiseen, joka lasketaan Poyntingin vektorin divergenssinä tai Poyntingin vuona valitun umpinaisen pinnan läpi. Rekonnektioon liittyvän energian muuntumisen jakautumista magnetopausilla tarkastellaan energian muuntumisen pintatiheyden avulla ja rekonnektion kokonaismäärää rekonnektiotehon avulla. Magnetopausin ja pyrstön rekonnektiotehot ovat simulaatiossa samaa suuruusluokkaa. Tärkeimmät magnetopausin rekonnektiotehoa säätelevät parametrit ovat aurinkotuulen nopeus ja aurinkotuulen magneettikentän suunta. Magnetopausin rekonnektio puolestaan säätelee energian ja aineen pääsyä magnetosfääriin, joskaan magnetopausin läpäisevät vuot eivät ole aivan suoraan verrannollisia rekonnektiotehoon. Pyrstön rekonnektioteho sen sijaan on suoraan verrannollinen magnetopausilta tulevaan energiavuohon; pyrstörekonnektio Gumicsissa on siis ulkoista pakotetta seuraava passiivinen energian käsittelijä. Simulaation tuottama rekonnektio on realistinen magnetosfäärin globaalissa mittakaavassa tarkasteltuna, mutta satelliittihavainnot paljastavat rekonnektiosta simulaation erottelukykyä pienimittakaavaisempia piirteitä. Havaintopuolella tämän väitöstutkimuksen tärkein löytö on protonien diffuusioalueen rakenteeseen kuuluvien Hallin kenttien kääntyminen pyrstön virtalevyn aaltoilun mukana.

Characterizing Physical Properties of Wetting Paper by Air Coupled Ultrasound and Light

This thesis reports investigations into the paper wetting process and its effects on the surface roughness and the out-of-plane (ZD) stiffness of machine-made paper. The aim of this work was to test the feasibility of employing air-borne ultrasound methods to determine surface roughness (by reflection) and ZD stiffness (by through transmission) of paper during penetration of distilled water, isopropanol and their mixtures. Air-borne ultrasound provides a non-contacting way to evaluate sample structure and mechanics during the liquid penetration event. Contrary to liquid immersion techniques, an air-borne measurement allows studying partial wetting of paper. In addition, two optical methods were developed to reveal the liquid location in paper during wetting. The laser light through transmission method was developed to monitor the liquid location in partially wetted paper. The white light reflection method was primarily used to monitor the penetration of the liquid front in the thickness direction. In the latter experiment the paper was fully wetted. The main results of the thesis were: 1) Liquid penetration induced surface roughening was quantified by monitoring the ultrasound reflection from the paper surface. 2) Liquid penetration induced stiffness alteration in the ZD of paper could be followed by measuring the change in the ultrasound ZD resonance in paper. 3) Through transmitted light revealed the liquid location in the partially wetted paper. 4) Liquid movement in the ZD of the paper could be observed by light reflection. The results imply that the presented ultrasonic means can without contact measure the alteration of paper roughness and stiffness during liquid transport. These methods can help avoiding over engineering the paper which reduces raw material and energy consumption in paper manufacturing. The presented optical means can estimate paper specific wetting properties, such as liquid penetration speed, transport mechanisms and liquid location within the paper structure. In process monitoring, these methods allow process tuning and manufacturing of paper with engineered liquid transport characteristics. With such knowledge the paper behaviour during printing can be predicted. These findings provide new methods for paper printing, surface sizing, and paper coating research.

Kohdennetut liposomit syövän hoidossa

Suurin ongelma syöpätautien lääkehoidossa on sen aiheuttamat toksiset sivuvaikutukset. Tyypillisesti vain noin 1 % elimistöön annostellusta lääkeaineesta saavuttaa hoitoa tarvitsevat syöpäsolut, loppuosa lääkeaineesta jää vahingoittamaan elimistön terveitä soluja. Toksiset sivuvaikutukset rajoittavat lääkehoidon annoksen nostamista elimistössä riittävälle pitoisuudelle, mikä johtaa usein sairauden ennenaikaiseen pahenemiseen ja mahdollisen lääkeaineresistenssin kehittymiseen. Liposomien välittämä lääkeaineen kohdentaminen voidaan jakaa kahteen eri menetelmään: passiiviseen ja aktiiviseen kohdentamiseen. Liposomien passiivisen kohdentamisen tarkoituksena on lisätä sytotoksisen lääkeaineen paikallistumista pelkästään kasvainkudokseen. Passiivinen kohdentaminen perustuu liposomien kulkeutumiseen verenkierron mukana, jolloin liposomit kerääntyvät epänormaalisti muodostuneeseen kasvainkudokseen. Liposomien aktiivisella kohdentamisella pyritään parantamaan passiivisesti kohdentuvien liposomien terapeuttista tehokkuutta kohdentamalla lääkeaineen vaikutus pelkästään syöpäsoluihin. Aktiivisessa kohdennuksessa liposomin pintaan kiinnitetään ligandi, joka spesifisesti tunnistaa kohdesolun. Tämän pro gradu -tutkielman kirjallisen osion tarkoituksena oli tutustua syöpäkudokseen kohdennettujen liposomien ominaisuuksiin tehokkaan soluunoton ja sytotoksisuuden saavuttamiseksi. Kokeellisessa osiossa tutkittiin kohdennettujen liposomien soluunottoa ja sytotoksista vaikutusta ihmisen munasarjasta eristetyillä adenokarsinoomasoluilla (SKOV-3). Liposomit kohdennettiin setuksimabi (C225, Erbitux®) vasta-aineella, jonka on todettu olevan tietyissä syöpätyypeissä (mm. keuhko- ja kolorektaalisyövissä, pään ja kaulan syövissä sekä rinta-, munuais-, eturauhas-, haima- ja munasarjasyövissä) yli-ilmentyneen epidermaalisen kasvutekijäreseptoriperheen HER1-proteiinin (ErbB-1, EGFR, epidermal growth factor receptor) spesifinen ja selektiivinen inhibiittori. Afrikan viherapinan munuaisista lähtöisin olevaa CV-1 solulinjaa käytettiin kontrollina kuvaamaan elimistön normaaleja soluja. Kohdennettujen liposomien soluunottoa tutkittiin soluunottokokeilla, joissa käytettiin kontrollina kohdentamattomia pegyloituja liposomeja. Setuksimabi-vasta-aineen spesifinen sitoutuminen EGF-reseptoriin todettiin kilpailutuskokeilla. Doksorubisiinia sisältävien immunoliposomien sytotoksisuutta selvitettiin Alamar Blue™ -elävyystestillä. Lisäksi immunoliposomien säilyvyyttä seurattiin mittaamalla liposomien keskimääräinen halkaisija noin kahden viikon välein. Setuksimabi-vasta-aineella kohdennettujen liposomien soluunotto oli huomattavasti suurentunut SKOV-3 syöpäsoluissa ja doksorubisiinia sisältävät kohdennetut liposomit aiheuttivat voimakkaamman sytotoksisen vaikutuksen kuin kohdentamattomat liposomit. Kohdennettujen doksorubisiiniliposomien sytotoksisuus tuli kuitenkin esille viiveellä, mikä viittaa lääkeaineen hitaaseen vapautumiseen liposomista. Suurentunutta soluunottoa ja sytotoksista vaikutusta ei havaittu CV-1 solulinjassa. Kohdennettujen liposomien sovellusmahdollisuudet lääketieteessä ja syövän hoidossa ovat merkittävät. Tällä hetkellä liposomien kliininen käyttö rajoittuu passiivisesti kohdennettuihin liposomeihin (Doxil® (Am.),Caelyx® (Eur.)). Lupaavista solukokeista huolimatta kohdennettujen liposomien terapeuttinen käyttö tulevaisuudessa näyttää haasteelliselta.

Kohdennetut nanopartikkelit ja isotooppikuvantaminen syövän hoidossa

Syövän diagnostiikassa ja hoidossa nanopartikkelit voivat toimia kuljetinaineina lääke- ja diagnostisille aineille tai nukleiinihappojaksoille. Kantaja-aineeseen voidaan liittää kohdennusmolekyylejä partikkelien passiivista tai aktiivista kohdennusta varten tai radioleima kuvantamista tai radioterapiaa varten. Kantaja-aineiden avulla voidaan parantaa lääkeaineen fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia ja biologista hyötyosuutta, vähentää systeemisiä sivuvaikutuksia, pidentää lääkeaineen puoliintumisaikaa ja siten harventaa annosteluväliä, sekä parantaa lääkeaineen pääsyä kohdekudokseen. Näin voidaan parantaa kemo- ja radioterapian tehoa ja hoidon onnistumisen todennäköisyyttä. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään nanokantajien rooliin syövän hoidossa. Vuosikymmeniä jatkuneesta tutkimuksesta huolimatta vain kaksi (Eurooppa) tai kolme (Yhdysvallat) nanopartikkeliformulaatiota on hyväksytty markkinoille syövän hoidossa. Ongelmina ovat riittämätön hakeutuminen kohdekudokseen, immunogeenisyys ja nanopartikkelien labiilius. Kokeellisessa osassa tutkitaan in vitro ja hiirillä in vivo 99mTc-leimattujen, PEG-verhoiltujen biotiiniliposomien kaksivaiheista kohdennusta ihmisen munasarjan adenokarsinoomasoluihin. Kohdentamiseen käytetään biotinyloitua setuksimabi-(Erbitux®) vasta-ainetta, joka sitoutuu solujen yli-ilmentämiin EGF-reseptoreihin. Kaksivaiheista kohdennusta verrataan suoraan ja/tai passiiviseen kohdennukseen. Tehokkaampien kuvantamismenetelmien kehitys on vauhdittanut kohdennettujen nanopartikkelien tutkimusta. Isotooppikuvantamista käyttäen pystytään seuraamaan radioleiman jakautumista elimistössä ja kuvantamaan solutasolla tapahtuvia ilmiöitä. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään SPECT- ja PET-kuvantamiseen syövän hoidossa, sekä niiden hyödyntämiseen lääkekehityksessä nanopartikkelien kuvantamisessa. Kyseiset kuvantamismenetelmät erottuvat muista menetelmistä korkean erotuskyvyn, herkkyyden ja helppokäyttöisyyden suhteen. Kokeellisessa osassa 99mTc-leimattujen liposomien distribuutiota hiirissä tutkittiin SPECT-CT-laitteen avulla. Aktiivisuus kasvaimessa, pernassa ja maksassa kvantifioitiin InVivoScope-ohjelman ja gammalaskijan avulla. Tuloksia verrattiin keskenään. In vitro-kokeessa saavutettiin kaksivaiheisella kohdennuksella 2,7- 3,5-kertainen (solulinjasta riippuen) hakeutuminen soluihin kontrolliliposomeihin verrattuna. Kuitenkin suora kohdennus toimi kaksivaiheista kohdennusta paremmin in vitro. In vivo –kokeissa liposomit jakautuivat kasvaimeen tehokkaammin i.p.-annosteltuna kuin i.v.-annosteltuna. Kaksivaiheisella kohdennuksella saavutettiin 1,24-kertainen jakautuminen kasvaimeen (% ID/g kudosta) passiivisesti kohdennettuihin liposomeihin verrattuna. %ID/elin oli kohdennetuilla liposomeilla 5,9 % ja passiivisesti kohdennetuilla 5,4%. Todellinen ero oli siis pieni. InVivoScope:n ja gammalaskijan tulokset eivät korreloineet keskenään. Lisätutkimuksia ja menetelmän optimointia vaaditaan liposomien kohdennuksessa kasvaimeen.

Polarization studies in electromagnetic scattering by small Solar-system particles

In remote-sensing studies, particles that are comparable to the wavelength exhibit characteristic features in electromagnetic scattering, especially in the degree of linear polarization. These features vary with the physical properties of the particles, such as shape, size, refractive index, and orientation. In the thesis, the direct problem of computing the unknown scattered quantities using the known properties of the particles and the incident radiation is solved at both optical and radar spectral regions in a unique way. The internal electromagnetic fields of wavelength-scale particles are analyzed by using both novel and established methods to show how the internal fields are related to the scattered fields in the far zone. This is achieved by using the tools and methods that were developed specifically to reveal the internal field structure of particles and to study the mechanisms that relate the structure to the scattering characteristics of those particles. It is shown that, for spherical particles, the internal field is a combination of a forward propagating wave with the apparent wavelength determined by the refractive index of the particle, and a standing wave pattern with the apparent wavelength the same as for the incident wave. Due to the surface curvature and dielectric nature of the particle, the incident wave front undergoes a phase shift, and the resulting internal wave is focused mostly at the forward part of the particle similar to an optical lens. This focusing is also seen for irregular particles. It is concluded that, for both spherical and nonspherical particles, the interference at the far field between the partial waves that originate from these concentrated areas in the particle interior, is responsible for the specific polarization features that are common for wavelength-scale particles, such as negative values and local extrema in the degree of linear polarization, asymmetry of the phase function, and enhancement of intensity near the backscattering direction. The papers presented in this thesis solve the direct problem for particles with both simple and irregular shapes to demonstrate that these interference mechanisms are common for all dielectric wavelength-scale particles. Furthermore, it is shown that these mechanisms can be applied to both regolith particles in the optical wavelengths and hydrometeors at microwave frequencies. An advantage from this kind of study is that it does not matter whether the observation is active (e.g., polarimetric radar) or passive (e.g., optical telescope). In both cases, the internal field is computed for two mutually perpendicular incident polarizations, so that the polarization characteristics can then be analyzed according to the relation between these fields and the scattered far field.

Literature Review: Investigating Drug Transport at the Blood-Brain Barrier and the Effects of P-glycoprotein on the Brain Distribution of Drugs.

The blood-brain barrier (BBB) is a unique barrier that strictly regulates the entry of endogenous substrates and xenobiotics into the brain. This is due to its tight junctions and the array of transporters and metabolic enzymes that are expressed. The determination of brain concentrations in vivo is difficult, laborious and expensive which means that there is interest in developing predictive tools of brain distribution. Predicting brain concentrations is important even in early drug development to ensure efficacy of central nervous system (CNS) targeted drugs and safety of non-CNS drugs. The literature review covers the most common current in vitro, in vivo and in silico methods of studying transport into the brain, concentrating on transporter effects. The consequences of efflux mediated by p-glycoprotein, the most widely characterized transporter expressed at the BBB, is also discussed. The aim of the experimental study was to build a pharmacokinetic (PK) model to describe p-glycoprotein substrate drug concentrations in the brain using commonly measured in vivo parameters of brain distribution. The possibility of replacing in vivo parameter values with their in vitro counterparts was also studied. All data for the study was taken from the literature. A simple 2-compartment PK model was built using the Stella™ software. Brain concentrations of morphine, loperamide and quinidine were simulated and compared with published studies. Correlation of in vitro measured efflux ratio (ER) from different studies was evaluated in addition to studying correlation between in vitro and in vivo measured ER. A Stella™ model was also constructed to simulate an in vitro transcellular monolayer experiment, to study the sensitivity of measured ER to changes in passive permeability and Michaelis-Menten kinetic parameter values. Interspecies differences in rats and mice were investigated with regards to brain permeability and drug binding in brain tissue. Although the PK brain model was able to capture the concentration-time profiles for all 3 compounds in both brain and plasma and performed fairly well for morphine, for quinidine it underestimated and for loperamide it overestimated brain concentrations. Because the ratio of concentrations in brain and blood is dependent on the ER, it is suggested that the variable values cited for this parameter and its inaccuracy could be one explanation for the failure of predictions. Validation of the model with more compounds is needed to draw further conclusions. In vitro ER showed variable correlation between studies, indicating variability due to experimental factors such as test concentration, but overall differences were small. Good correlation between in vitro and in vivo ER at low concentrations supports the possibility of using of in vitro ER in the PK model. The in vitro simulation illustrated that in the simulation setting, efflux is significant only with low passive permeability, which highlights the fact that the cell model used to measure ER must have low enough paracellular permeability to correctly mimic the in vivo situation.

Fabrication and Pseudo-Analog Characteristics of Ta2O5 -Based ReRAM Cell

Memristori on yksi elektroniikan peruskomponenteista vastuksen, kondensaattorin ja kelan lisäksi. Se on passiivinen komponentti, jonka teorian kehitti Leon Chua vuonna 1971. Kesti kuitenkin yli kolmekymmentä vuotta ennen kuin teoria pystyttiin yhdistämään kokeellisiin tuloksiin. Vuonna 2008 Hewlett Packard julkaisi artikkelin, jossa he väittivät valmistaneensa ensimmäisen toimivan memristorin. Memristori eli muistivastus on resistiivinen komponentti, jonka vastusarvoa pystytään muuttamaan. Nimens mukaisesti memristori kykenee myös säilyttämään vastusarvonsa ilman jatkuvaa virtaa ja jännitettä. Tyypillisesti memristorilla on vähintään kaksi vastusarvoa, joista kumpikin pystytään valitsemaan syöttämällä komponentille jännitettä tai virtaa. Tämän vuoksi memristoreita kutsutaankin usein resistiivisiksi kytkimiksi. Resistiivisiä kytkimiä tutkitaan nykyään paljon erityisesti niiden mahdollistaman muistiteknologian takia. Resistiivisistä kytkimistä rakennettua muistia kutsutaan ReRAM-muistiksi (lyhenne sanoista resistive random access memory). ReRAM-muisti on Flash-muistin tapaan haihtumaton muisti, jota voidaan sähköisesti ohjelmoida tai tyhjentää. Flash-muistia käytetään tällä hetkellä esimerkiksi muistitikuissa. ReRAM-muisti mahdollistaa kuitenkin nopeamman ja vähävirtaiseman toiminnan Flashiin verrattuna, joten se on tulevaisuudessa varteenotettava kilpailija markkinoilla. ReRAM-muisti mahdollistaa myös useammin bitin tallentamisen yhteen muistisoluun binäärisen (”0” tai ”1”) toiminnan sijaan. Tyypillisesti ReRAM-muistisolulla on kaksi rajoittavaa vastusarvoa, mutta näiden kahden tilan välille pystytään mahdollisesti ohjelmoimaan useampia tiloja. Muistisoluja voidaan kutsua analogisiksi, jos tilojen määrää ei ole rajoitettu. Analogisilla muistisoluilla olisi mahdollista rakentaa tehokkaasti esimerkiksi neuroverkkoja. Neuroverkoilla pyritään mallintamaan aivojen toimintaa ja suorittamaan tehtäviä, jotka ovat tyypillisesti vaikeita perinteisille tietokoneohjelmille. Neuroverkkoja käytetään esimerkiksi puheentunnistuksessa tai tekoälytoteutuksissa. Tässä diplomityössä tarkastellaan Ta2O5 -perustuvan ReRAM-muistisolun analogista toimintaa pitäen mielessä soveltuvuus neuroverkkoihin. ReRAM-muistisolun valmistus ja mittaustulokset käydään läpi. Muistisolun toiminta on harvoin täysin analogista, koska kahden rajoittavan vastusarvon välillä on usein rajattu määrä tiloja. Tämän vuoksi toimintaa kutsutaan pseudoanalogiseksi. Mittaustulokset osoittavat, että yksittäinen ReRAM-muistisolu kykenee binääriseen toimintaan hyvin. Joiltain osin yksittäinen solu kykenee tallentamaan useampia tiloja, mutta vastusarvoissa on peräkkäisten ohjelmointisyklien välillä suurta vaihtelevuutta, joka hankaloittaa tulkintaa. Valmistettu ReRAM-muistisolu ei sellaisenaan kykene toimimaan pseudoanalogisena muistina, vaan se vaati rinnalleen virtaa rajoittavan komponentin. Myös valmistusprosessin kehittäminen vähentäisi yksittäisen solun toiminnassa esiintyvää varianssia, jolloin sen toiminta muistuttaisi enemmän pseudoanalogista muistia.