[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
Now showing 1 - 20 of 1900
Item Exploring Collagen from Alternative Sources as Biomaterials(2024-09-30) Kujala, Jenna; Shen, Mengjie; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroCollagen-based materials are typically made from bovine or porcine collagen, which are well-researched and readily available. Additionally, porcine collagen is very similar to human collagen, and utilizing waste from meat production as a source of collagen could be environmentally friendly. However, the downsides include the risk of disease transmission, allergies, as well as religious, ethical, and cultural restrictions. There may also be negative environmental impacts associated with waste from meat production, such as greenhouse gas emissions, which should be considered when assessing environmental impacts in general. The thesis addresses alternative sources of collagen as biomaterials. The goal is to gain an overview of the structure of collagen, examine current collagen-based materials, and investigate collagen from sources other than mammals. The work focuses on alternative sources of insect, marine, and bacterial collagen, with insect collagen being the most researched. Synthetic alternatives are not discussed in this work. However, all proteins that have a collagen-like structure are treated as collagen. The work is conducted as a literature review. Collagen has many different structures, but the primary structure is the same across all types. Generally, the amino acid chain consists of repeating amino acids glycine, proline, and hydroxyproline. Three collagen chains form a triple helix by twisting around each other. Other structural differences, such as the length of the triple helix, lead to different types of collagens, of which about 28 have been named so far. Collagen provides mechanical support, such as strength, toughness, and elasticity, to various tissues and organs, including skin, bones, and tendons. Collagen also exists in different forms as a biomaterial, such as fibers, sponges, gels, and thin films. Collagen can be utilized extensively across various fields, including medicine, cosmetics, and food industries. For example, collagen can be used in wound healing, tissue engineering, and skincare. Alternative collagen sources could provide more sustainable options, as they generally require fewer resources and have lower environmental impacts. They could also offer similar, if not better, as well as new properties, and a reduced risk of disease transmission. However, the downsides of alternative sources include a lack of research and challenges in the extraction process. Some religions and individuals may have trouble accepting alternative collagen sources. Thus, alternative collagen sources have the potential to offer new means for sustainable development, similar, better, and new properties, as well as a lower risk of disease transmission. However, further research, solutions to technical challenges, and cultural acceptance are needed to facilitate their adaptation. Until this has been done, collagen should be sourced from meat production waste to minimize environmental impact as much as possibleItem Cbz-suojaryhmä(2024-05-05) Nieminen, Lasse; Siitonen, Juha; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroTässä tutkimuksessa tutkittiin kirjallisuuskatsauksena Cbz-ryhmän käyttöä suojaryhmänä. Tutkimuksessa annetaan yleiskuvaus suojaryhmästrategiasta, käydään läpi suojaryhmien hyviä ominaisuuksia sekä suojaryhmien käytön ongelmia. Tutkimuksessa keskitytään erityisesti aminoryhmän suojaamiseen Cbz-ryhmällä. Tutkimuksessa käydään läpi eri menetelmiä Cbz:n kiinnittämiseen aminoryhmään ja esitellään kolme eri tapaa irrottaa Cbz-ryhmä, vedytys, happopohjaiset menetelmät sekä valokemiallinen menetelmä. Tutkimuksessa tultiin tulokseen, että Cbz-ryhmä toimii erinomaisesti ami-noryhmän suojaamisessa sen miedoissa olosuhteissa tapahtuvan liittämisen sekä usean eri irrotusmenetelmän ansiosta. Selvitettiin myös, että suojaryhmien käytössä negatiiviset ongelmat ovat suuria ja täten tulevaisuudessa olisikin hyvä tutkia synteesikeinoja, jotka eivät vaadi suojaryhmän käyttöä.Item Korroosiotuotteiden poistaminen päivittäistavarakaupasta saatavilla kemikaaleilla(2024-09-20) Lampinen, Oliver; Aromaa, Jari; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroTämä kandidaatintyö on kirjallisuustutkielma, jossa tutkitaan, löytyykö korroosiotuotteiden poistoon tarvittavia kemikaaleja päivittäistavarakaupoista. Työssä tarkasteltavat metallit ovat kupari, ruostumattoman teräs, alumiini ja hopea. Työn alussa käsitellään korroosioilmiötä yleisesti sekä korroosiota maaperässä, vedessä ja ilmassa. Teollisuuden korroosioympäristöt on jätetty työn ulkopuolelle, mutta työssä esitellään kuitenkin teollisuuden ja konepajojen menetelmiä korroosiotuotteiden poistoon. Työn lopussa käsitellään eri menetelmiä poistaa tarkasteltavien metallien korroosiotuotteita. Aineistona on käytetty erityisesti korroosiotekniikan perusteoksia ja verkkojulkaisuja liittyen korroosiotuotteiden poistoon kotikonstein. Korroosioilmiössä metalli vahingoittuu ympäristön vaikutuksesta. Korroosio on merkittävä ongelma, sillä se aiheuttaa kustannuksia, pienentää esineiden käyttöikää ja voi aiheuttaa turvallisuusriskejä ympäri maailman. Korroosiotuotteiden poiston onnistuminen voi pidentää metallisten tuotteiden, osien ja tavaroiden käyttöikää ja säästää luonnonvaroja. Tämän työn tulosten perusteella voidaan päätellä, että monet päivittäistavarakauppojen tuotteet voivat toimia korroosion poistossa. Riippuen metallista, esimerkiksi etikka, ruokasooda, leivinjauhe, viinikivi, valkoviinietikkaa, sitruunamehu, ketsuppi ja jopa peruna voivat olla käyttökelpoisia vaihtoehtoja erityisesti lievien korroosiotuotteiden poistossa.Item Kuitusekoitetekstiilien fraktiointitekniikat(2024-09-06) Ylärakkola, Pauliina; Nypelö, Tiina; Kemiantekniikan korkeakoulu; Hiltunen, EeroTekstiilijätettä syntyy vuosittain miljoonia tonneja. Vain noin 1 % käytetyistä vaatteista tehdään uusiksi vaatteiksi. Eri tekstiilikuiduille on erilaiset kierrätysmenetelmät. Kuitusekoitetekstiileistä, joissa on useita kuitumateriaaleja, eri kuitumateriaalit täytyy erottaa toisistaan, eli fraktioida, ennen kuin ne voidaan kierrättää uusiksi kuiduiksi. Tässä opinnäytetyössä esitellään yleisimpiä tekstiilikuituja ja niiden kierrätysmenetelmiä, sekä viimeaikaisia kuitusekoitetekstiilien fraktiointitekniikoita ja harkitaan niiden potentiaalia tekstiilijäteongelman kannalta. Työ on kirjallisuustutkimus. Fraktiointitekniikoita vertaillessa otetaan huomioon niiden olosuhteet, taloudellisuus ja se, kuinka helppoa tuotteena saaduista fraktioista on tehdä uusia kuituja. Kuitusekoitetekstiilien fraktiointitekniikka on vielä uusi ja kehittyvä tutkimuksen kohde.Item Biodegradable pressure sensors for advancing healthcare monitoring(2024-09-20) Honka, Aino; Basarir, Fevzihan; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroThe capacitive pressure sensor responds to external pressure with a change in capacitance. This phenomenon can be used in health technology advancements, such as heart rate monitors, electronic skins, motion detection, and human-computer interactions. Capacitive pressure sensors made of biodegradable materials promise better biocompatibility to human skin and even internal organs. In addition to better and safer on-skin applications, biodegradable sensors reduce electronic waste in healthcare. This thesis consists of a literature review and an experimental part. First the structure and principle of the capacitive pressure sensors is discussed following some examples of different biodegradable materials. In the experimental part various materials are tested for their mechanical properties, of which two were chosen to further fabricate a capacitive pressure sensor. Capacitive pressure sensor consists of three layers; the outermost electric layer, the inner dielectric layer, and again an electric layer. The change in capacitance happens when the distance between the electric layers decrease. Due to this, the mechanical properties of the innermost dielectric material are crucial for the sensor’s functionality. The dielectric layer is expected to be flexible with low young’s modulus and elastic modulus. These moduli demonstrate how compressible the material is. Sensitivity overall is a key parameter for capacitive pressure sensors especially in healthcare monitoring since the external pressure will be very minimal. Most materials used in biodegradable pressure sensors are cellulose nanofibers, CNF and cellulose nanocrystals, CNC and biocomposites made of them. PVA (polyvinyl alcohol) is introduced as a cross-linking agent to enhance the moduli of the material. In the experimental part 36 different matrix materials with CNF were first tested with an Instron tensile tester for their elastic and young’s moduli. Two suitable materials were chosen as dielectric materials to further fabricate a pressure sensor. The sensitivity and consistency of these fabricated pressure sensors were examined with an LCR meter. Both sensors performed well and gave good results even in lower pressures. Research for the dielectric materials and fabrication of the sensors is continuing, to gain more valuable information and further advance healthcare monitoring.Item Kardiovaskulaarinen 3D-biotulostaminen(2024-09-05) Airaksinen, Jemina; Välinen, Lauri; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, Eero3D-biotulostus on yksi kardiovaskulaarisen kudosteknologian keskeisimmistä ja lupaavimmista aloista. Se mahdollistaa vaurioituneen kardiovaskulaaristen kudosten eri osien korjaamisen tai korvaamisen tulostetuilla rakenteilla. Näiden tulostettujen rakenteiden etuna verrattuna perinteisiin sydän- ja verisuonisairauksien hoitokeinoihin on niiden kyky jäljitellä kohdekudoksen ominaisuuksia ja toimintoja, kuten solujen kasvua ja uusiutumista. 3D-biotulostus määritellään prosessiksi, jossa tulostusmateriaalina käytetään eläviä soluja sisältäviä biomateriaaleja, mikä mahdollistaa monimutkaisten biologisten kudosten luomisen. Tämä kandidaatintyö tarkastelee kardiovaskulaarisen 3D-biotulostuksen eri tulostustekniikoita, materiaaleja ja sovelluksia. Yleisimpiä kardiovaskulaarisen 3D-biotulostamisen tekniikoita ovat mustesuihkubiotulostus, pursotusbiotulostus ja laseravusteinen biotulostus. Pursotusbiotulostuksessa käytetään muun muassa koaksiaalista tulostusta ja tukihydrogeeliä hyödyntävää FRESH-tekniikkaa. Laseria hyödynnetään esimerkiksi stereolitografiassa ja DLP-tekniikassa. Biotulostuksessa käytettäviä materiaalien seoksia kutsutaan yleisesti biomusteiksi. Biomusteet koostuvat luonnollisista tai synteettisistä biomateriaaleista ja niiden yhdistelmistä sekä sisältävät eläviä soluja. Sekä tulostustekniikan että biomusteen valintaan vaikuttavat tulostettavan rakenteen käyttökohde ja tarvittavat ominaisuudet. Nykyään 3D-biotulostusta hyödynnetään sydänlihaskudoksen, sydämen läppien ja verisuonien tulostamisessa. Riippuen sovelluksesta, rakenteen tavoitteena voi olla esimerkiksi bioyhteensopivuus, parannetut mekaaniset ominaisuudet tai korkea solujen elinkelpoisuus. Kardiovaskulaarisen kudosteknologian tavoitteena olisi tulevaisuudessa pystyä tulostamaan täysin toiminnallisesti ja rakenteellisesti aitoa ihmisen sydäntä vastaava 3D-biotulostuksella valmistettu rakenne.Item Lipidinanopartikkeleiden käyttö lääkkeenannossa(2024-09-20) Pesonen, Pinja; Murtomäki, Lasse; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroLipidinanopartikkelit, erityisesti kiinteät lipidinanopartikkelit (SLN) ja nanorakenteiset lipidikantajat (NLC), ovat keränneet runsaasti huomiota lääkekehityksessä viime vuosikymmeninä. Lipidinanopartikkeleiden etuja lääkeaineen kuljetuksessa ovat hyvä lääkeaineen vapautumisprofiili, fysikaalinen stabiilius ja mahdollisuus kohdennettuun lääkkeenantoon. SLN- ja NLC-partikkeleiden koko vaihtelee 40–1000 nm, mikä mahdollistaa niiden tehokkaan pääsyn soluihin. Ne pysyvät verenkierrossa pidempään ja parantavat lääkkeen biologista hyötyosuutta, samalla vähentäen lääkeaineen epäselektiivistä sitoutumista ja mahdollisia haittavaikutuksia. SLN- ja NLC-partikkelit koostuvat kiinteistä lipideistä, lääkeaineesta sekä useimmiten stabiloivista pinta-aktiivisista aineista. Rakenteen lipidien ja pinta-aktiivisten aineiden valinnalla ja määrällä voidaan vaikuttaa esimerkiksi lääkeaineen vapautumisnopeuteen partikkeleista. Partikkelien pinnalle voidaan lisätä ligandeja, joiden sitoutumisen avulla partikkeleita voidaan kohdentaa tiettyihin kudoksiin. SLN- ja NLC-partikkeleita tutkitaan laajasti syöpähoidoissa ja veri-aivoesteen läpäisevissä lääkkeissä. Lipidinanopartikkelien käyttöä on tutkittu myös useilla eri antoreiteillä, mutta eniten oraalisella ja parenteraalisella antotavalla. Markkinoilla ei vielä ole SLN- tai NLC-partikkeleita hyödyntäviä lääkevalmisteita.Item Protein expression in archaeal host organisms(2024-09-19) Virtanen, Juho; Tian, Yufang; Kemiantekniikan korkeakoulu; Scheller, SilvanProteins are the building blocks of life, that are naturally synthesized by all living organisms. Many of these proteins have biotechnological applications and thus, recombinant proteins are produced commercially in micro-organisms. Bacteria and yeast provide modifiable expression hosts for the manufacturing of most proteins. More recently, however, researchers have established the domain of archaea as a viable alternative to the traditional expression systems. As the production of proteins is regulated by the genetic code of an organism, archaeal proteins are not easily expressed in bacterial hosts. This thesis covers methanogenic archaea and their potential for recombinant protein expression. Methanosarcina acetivorans is considered one of the model organisms for genetic engineering due to its versatile metabolism. Like M.acetivorans, all methanogens require the presence of methyl coenzyme M reductase (MCR) to produce methane. This thesis looks to provide an overview of archaea currently used in expression systems. Additionally, this thesis will go more into detail about methanogens and the required biotechnology for expressing MCR in M. acetivorans. MCR is a large protein complex which regulates the activity of all methanogens. MCR requires a specific environment to operate, which is why many aspects of this enzyme are still unknown. However, researchers have established several biotechnological applications which could be achieved through the genetic modification of MCR. Recent advances in genetic engineering have allowed various archaea to be modified accurately, mostly through the use of CRISPR techniques (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats). As an example, these techniques have been utilized to increase the substrate range and oxidant resistance of M. acetivorans. Archaeal expression systems are, however, still lacking far behind the traditional ones. More research into the activity, maturation and assembly of MCR and several other archaeal proteins is needed. Still, archaea and especially methanogenic archaea can prove to be a valid alternative to the traditional expression systems in the future.Item Asetylaation vaikutus puubiomassan ominaisuuksiin(2024-09-28) Leino, Laura; Nypelö, Tiina; Kemiantekniikan korkeakoulu; Hiltunen, EeroTässä opinnäytetyössä tarkastellaan puun luonnollista ja kemiallista asetylaatiota, sekä niiden vaikutuksia puubiomassan ominaisuuksiin. Asetylaatio on kemiallinen reaktio, jossa puun hydroksyyliryhmät korvataan asetyyliryhmillä esteröitymisreaktiolla. Puun luonnollinen asetylaatio on olennaista puun sopeutumiselle ympäristöön ja vaihteleviin sääolosuhteisiin. Deasetylaatio on prosessi, jolla puusta voidaan poistaa asetyyliryhmiä. Asetyyliryhmien poisto tehostaa tiettyjä biomassan käsittelyprosesseja kuten sakkarifikaatiota. Deasetylaation jälkeen biomassasta vapautuu asetaattia, joka voidaan eristää ja hyödyntää muissa sovelluksissa. Kemiallinen asetylaatio on puun käsittelyprosessi, jolla voidaan lisätä puun asetylaatioastetta ja samalla vaikuttaa puun tai sen yksittäisten komponenttien, kuten hemiselluloosien ja selluloosien, ominaisuuksiin. Kemiallisen asetylaation jälkeen puun asetylaatioaste on huomattavasti korkeampi kuin muokkaamattomassa puussa. Käsittely vaikuttaa puun eri ominaisuuksiin, kuten kosteuden imeytymiseen, mittapysyvyyteen ja puun lahoamiseen. Opinnäytetyö osoittaa, että puun kemiallisella asetylaatiolla on suuri potentiaali parantaa ja muokata puun ominaisuuksia ympäristöystävällisellä tavalla, mikä voi osaltaan edistää myös kestävän kehityksen tavoitteita.Item Klooritrifluoridin kemiaa(2024-09-20) Lappalainen, Ella; Karttunen, Antti; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroKlooritrifluoridi, ClF3, on erittäin reaktiivinen interhalogeeniyhdiste. Se on voimakas hapetin, joka reagoi useimpien orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden kanssa. Tässä tutkielmassa esitetään kootusti tietoa klooritrifluoridin ominaisuuksista sekä käytöstä epäorgaanisten yhdisteiden valmistuksessa. Tavoitteena oli selvittää, millaisia nämä synteesit ovat ja millaisia rakenteita valmistetuissa yhdisteissä esiintyy. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena. Valmistettujen yhdisteiden rakenteet osoittautuivat hyvin monimuotoisiksi. Yhdisteissä havaittiin muun muassa kerrosmaisia, verkostomaisia ja tikapuumaisia rakenteita sekä heliksejä. Rakenteissa esiintyi yllättäviäkin eroja ja samankaltaisuuksia, joita tutkijat eivät toistaiseksi ole pystyneet täysin selittämään. Klooritrifluoridin käyttö synteeseissä vaikuttaa mahdollistavan sellaisten yhdisteiden valmistuksen, jotka muutoin ovat harvinaisia. Tarkasteltuja synteesejä olisi kuitenkin vaikea toteuttaa teollisessa mittakaavassa, eikä valmistetuille uusille yhdisteille ole tiettävästi vielä löydetty käyttökohteita. Näiden yhdisteiden tutkiminen kuitenkin kasvattaa tietämystä rakennekemiasta ja sitoutumisesta.Item Atsopigmentit(2024-09-06) Näränen, Tiiu; Siitonen, Juha; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroAtsopigmentit on laaja joukko synteettisiä orgaanisia pigmenttejä. Suurin osa nykyään tuotetuista kaupallisista orgaanisista pigmenteistä on atsopigmenttejä. Myös erilaisten tunnettujen atsopigmenttien määrä on suuri. Atsopigmenttien värin kirkkaus ja intensiteetti ovat hyviä sekä niiden synteesimenetelmä on verrattain helppo, minkä vuoksi ne ovat laajasti käytössä. Orgaanisten pigmenttien ongelmana on kuitenkin usein huono valonkesto. Valonkesto on pigmenttien ominaisuus, joka määrittää sen, kuinka hyvin pigmentti kestää valoa. Tämän kandidaatintyön kirjallisuustutkimuksessa perehdyttiin atsopigmenttien valonkestoon ja synteesiin. Työn kokeellisessa osassa syntetisoitiin Sudan I -atsoväri. Atsopigmenttien valonkestoon vaikuttavat etenkin atso–hydratsoni-tautomeria sekä molekyylissä olevat substituentit. Hapen aiheuttama valohajoaminen eli fotohapettuminen tapahtuu pääosin hydratsonitautomeerin kautta. Singlettihappi reagoi hydratsonitautomeerin kanssa ene-tyypin reaktiossa. Singlettihappea muodostuu, kun perustilassa oleva happi reagoi valoherkistimen kanssa. Myös atsopigmentti itse voi toimia valoherkisteenä. Substituenteilla on suuri merkitys atsopigmenttien valonkestolle, sillä elektroneita vetävät ryhmät stabiloivat hydratsonitautomeeria. Myös molekyylin sisäiset ja molekyylien väliset vuorovaikutukset, pH ja pigmentin partikkelikoko vaikuttavat atsopigmenttien valonkestoon. Teollisuudessa atsopigmenttien synteesi tapahtuu kahdessa vaiheessa: ensin tapahtuu diatsotoituminen, jonka jälkeen tapahtuu atsokytkentä. Diatsotoitumisessa primäärinen amiini reagoi matalassa lämpötilassa nitrosaatioreagenssin kanssa muodostaen diatsoniumyhdisteen. Atsokytkennässä diatsoniumyhdiste reagoi elektrofiilisessa aromaattisessa substituutiossa kytkentäreagenssin kanssa muodostaen atsopigmentin. Tällä menetelmällä syntetisoitiin työn kokeellisessa osassa Sudan I -atsoväri. Tuote analysoitiin NMR-spektroskopialla ja UV–VIS-spektroskopialla.Item Dimeeristen luonnonaineiden biomimeettiset kokonaissynteesit(2024-08-29) Hakola, Jenna; Siitonen, Juha; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroLuonnonaineilla esiintyy paljon variaatiota niiden kemiallisen rakenteen ja ominaisuuksien perusteella. Dimeeriset luonnonaineet ovat samankaltaisista tai samanlaisista yhdisteyksiköistä, monomeereistä, muodostuvia yhdisteitä. Luonnossa dimeeriset luonnonaineet muodostuvat tyypillisesti erilaisissa sekundaarimetabolisissa biosynteeseissä. Sekundaarimetaboliset biosynteesit voivat olla kuitenkin vaikeasti toistettavia laboratorio-olosuhteissa, jos esimerkiksi biosynteesiä ei tunneta riittävän hyvin. Tällöin lähestymistapa, joka yhdistää ymmärryksen luonnon biokemiasta kokonaissynteesin tekniikoihin ja tietoon valmistaa dimeerisiä yhdisteitä laboratorio-olosuhteissa voi osoittautua hyödylliseksi lähestymistavaksi laboratoriossa tehtävissä synteeseissä. Tämän opinnäytetyön kirjallisuuskatsauksessa esitetään tietoa dimeeristen luonnonaineiden biomimeettisista kokonaissynteeseistä. Opinnäytetyön kokeellisessa osassa kehitettiin lähestymistapoja dimeeristen luonnonaineiden lappaseolidi A ja lappaseolidi B biomimeettiseen kokonaissynteesiin. Lappaseolidit A ja B ovat dimeerisiä luonnonaineita, joiden lähtöainemonomeerina rakenteen puolesta hypoteettisesti pidettiin lappaseolidien A ja B kanssa eristettyä sifonodiinia. Lappaseolidi A:n ja B:n biomimeettiseen kokonaisynteesiin kokeiltiin erilaisia lähestymistapoja muun muassa reaktio-olosuhteita muuttamalla sekä lähtöainetta silyloimalla. Sifonodiinin dimerointiyritykset halutuiksi reaktiotuotteiksi ja eivät tuottaneet dimeerisiä luonnonaineita. Lähestymistapa, jossa sifonodiini silyloitiin ja silyloitua sifonodiinia dimeroitiin voitiin havaita erittäin pieniä määriä lappaseolideja A ja B muodostuneen karakterisoinnin perusteella.Item Metallivapaat aromaattiset C—H-aminoinnit(2024-09-01) Mölsä, Aapeli; Kontturi, Eero; Kemiantekniikan korkeakoulu; Siitonen, JuhaAromaattiset amiinit ovat aminoryhmän NR2 sisältäviä aromaattisia yhdisteitä. Niiden käyttökohteet ulottuvat laajasti eri teollisuuden aloihin kuten elektroniikkaan, polymeeriteollisuuteen ja lääkeaineiden valmistukseen. Yksinkertaisin aromaattinen amiini on aniliini, joka koostuu entseenirenkaasta ja aminoryhmästä NH2. Aromaattinen yhdiste, kuten bentseenirengas, on erittäin stabiili ja sen syntetisoiminen aniliiniksi vaatii tyypillisesti ulkoisen katalyytin. Siirtymämetallien sähköisten ominaisuuksien vuoksi niitä on käytetty paljon katalysoimaan bentseenirenkaan hapetus-pelkistysreaktiota. Metallien käyttö on kuitenkin usein kallista ja haitallista ympäristölle, jolloin vihreän siirtymän asettama paine on pakottanut kehittämään metallivapaita aromaattisia aminointisynteesejä. Nykyään valo- tai sähkökemiallisia reaktioita hyödynnetään paljon aromaattisessa aminoinnissa. Näissä reaktioissa on mahdollista toteuttaa elektroninsiirtoreaktio ilman metallikatalyyttiä fotonien ja elektronien avulla. Synteesit tyypillisesti sisältävät radikaalireaktion, jonka ansiosta bentseeni ja aminoryhmä pystyvät ylipäätään reagoimaan. Lisäksi hydroksyyliamiinijohdannaiset ovat osoittautuneet lupaaviksi yhdisteiksi, joiden avulla aromaattinen aminointi tapahtuu täysin ilman katalyyttiä.Item Liuskatestien tarkkuuden parantaminen virtausnopeutta muuttamalla(2024-09-18) Seppälä, Mimosa; Jokinen, Ville; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroLiuskatestit ovat kapillaarivirtaukseen perustuvia testejä, jotka ovat nopeita, helppo käyttöisiä ja halpoja. Liuskatesteissä negatiivisena puolena on niiden epätarkkuus. Tässä työssä keskitytään tarkkuuden parantamiseen virtausnopeutta hidastamalla. Liuskatestit koostuvat neljästä osasta. Näytealustaan pipetoidaan näyte. Konjugaattialustassa näytteeseen lisätään leima biotunnistusta varten. Virtaavassa alustassa analyytti ja leima reagoivat vasta-aineiden kanssa tuloksen saamiseksi. Lopulta imevä alusta imee näytteen. Testin muotoa muokkaamalla ja siirtämällä testiviivaa pystytään muokkaamaan virtausnopeutta. Näytteen leviäminen laajemmalle vie aikaa, joka hidastaa virtausta. Testin leventyessä analyytin ja vasta-aineen suhde pienenee, joka heikentää tarkkuutta. Testinviivan ollessa myöhemmin virtausnopeus on hitaampi, koska huokoiset hidastavat sitä. Virtauksen hidastamiseen on käytetty monenlaisia esteitä, joista tässä työssä esitellään vaha, selluloosa, puuvilla, pesusieni, suola ja sokeri. Kaikilla näistä esteitä saadaan riittävän hidas virtausnopeus. Eri esteiden ominaisuuksia pystytään myös muokata eri tavoilla, joita esitellään tässä työssä. Työssä esitellään virtausnopeuden hidastamiseen painaumat ja testin alustan pyörimisnopeuden muokkaaminen. Painaumat ovat tehokas tapa hidastaa testiä. Testin alusta pyörimisnopeuden muuttaminen sallii aktiivisesti virtausnopeuden muuttamisen, mutta se tekee testistä kalliimman ja epäkäytännöllisen. Työn lopussa vertailtiin eri hidastamismenetelmiä. Todettiin kaikkien menetelmien toimivan, jos ne saadaan halvasti tuotantoon.Item Status and prospects of ferredoxin research in methanogenic archaea(2024-09-06) Tuomivaara, Sylvia; Telimaa, Heta; Kemiantekniikan korkeakoulu; Scheller, SilvanMethanogenic archaea, or methanogens, produce the majority of Earth's methane gas. This bachelor's thesis discusses the current state of research on ferredoxins in methanogens. Ferredoxins are small electron transfer proteins found in all domains of life. Methanogenic archaea are methane-producing organisms that live in anaerobic conditions. Ferredoxins play an important role in the metabolic processes of methanogens, significantly influencing the electron flow within these organisms. However, research on ferredoxins is fragmented and uneven. Particularly, more recent studies on ferredoxins suggest that they are more diverse than previously thought. The goal of this work is to identify gaps and established knowledge in ferredoxin research, to expand the understanding of ferredoxins in methanogens. Ferredoxins are usually classified based on the number of iron-sulfur clusters they contain, and their evolution has been extensively studied. Ferredoxins are thought to have evolved during an early stage of chemical evolution, which is why they are often referred to as living protein fossils. Ferredoxins consist of approximately 50–100 amino acids, making them smaller and structurally simpler than many other enzymes and proteins. However, this simplicity also makes them stable. According to evolutionary theory, ferredoxins have remained remarkably unchanged over time. This is thought to be because their simple structure is critical for cellular biochemical processes, and even small changes in the protein’s structure could be detrimental to the organism. Therefore, natural selection has favored the preservation of ferredoxins without significant modifications. Methanogens are typically classified based on the substrates they use to produce methane. The three most common groups are hydrogenotrophic, acetoclastic, and methylotrophic metabolic pathways. This work addresses the roles of ferredoxins in each of these metabolic pathways. The structure and role of ferredoxins in different organisms can vary significantly. However, studies have shown that ferredoxins can generally replace ferredoxins from other species. Research has also demonstrated that ferredoxins from the same species can differ significantly in structure and function, highlighting the diversity of ferredoxins. In methanogens, ferredoxins are present in processes such as methanogenesis, ATP synthesis, and electron bifurcation. In methanogenesis, ferredoxins are particularly important in the first and final steps of the reaction, facilitating the connection of the reactions. Ferredoxins also enable the coupling of exergonic and endergonic reactions in other processes, which helps organisms maintain energy balance. Certain types of ferredoxins from specific species have been studied more extensively, such as plant ferredoxins and human ferredoxins. Research also exists on key reactions involving ferredoxins and the evolution of ferredoxins, but the classification of ferredoxins and differences between species have not been extensively studied. One challenge in ferredoxin research is that, despite their diversity, research often focuses on only one or a few well-known types of ferredoxins. This limits our understanding of their diversity. More detailed research on ferredoxins could facilitate the study of methanogenic metabolic pathways, which could impact biotechnological applications such as the development of biofuels and other industrial processes that require ferredoxins as electron carriers.Item Muovipinnoitteisen kartongin kierrätys(2024-08-30) West, Annika; Hiltunen, Eero; Kemiantekniikan korkeakoulu; Hiltunen, EeroTässä kandidaatintyössä käsitellään muovipäällysteisen kartongin valmistusprosesseja, pinnoitustekniikoita sekä kierrätyksen haasteita ja mahdollisuuksia. Muovipäällysteistä kartonkia käytetään laajalti erityisesti elintarvike- ja juomapakkauksissa sen suojaavien ominaisuuksien, kuten kosteuden- ja rasvankestävyyden, vuoksi. Kuitenkin muovikerroksen olemassaolo heikentää tämän materiaalin kierrätettävyyttä, sillä muovin ja kuitumassan erottaminen toisistaan on monimutkainen prosessi. Tutkimuksessa käydään läpi kartongin rakenne ja valmistusvaiheet, mukaan lukien käytetyt raaka-aineet kuten uusiutuvat selluloosakuidut. Käsitellään myös erilaisia päällystystekniikoita kuten ekstruusiopäällystystä, jossa kartonki päällystetään sulalla muovilla, sekä dispersiopäällystystä, joka käyttää vesipohjaisia polymeerejä. Lisäksi analysoidaan uusia biopolymeeripohjaisia pinnoitteita, jotka tarjoavat ympäristöystävällisempiä vaihtoehtoja perinteisille muoveille. Kierrätyksen osalta tutkimus painottuu menetelmiin, joilla muovipinnoite voidaan erottaa kuitumassasta, jotta kartonkia voidaan käyttää uudelleen. Lisäksi tutkimus tarkastelee kierrätyksen lainsäädännöllisiä puitteita, erityisesti EU-direktiivejä, jotka ohjaavat muovipäällysteisten materiaalien kierrätystä. Myös uusimpia innovaatioita ja teknologioita kierrätyksen edistämiseksi käsitellään kuten biopohjaisten pinnoitteiden kasvavaa käyttöä ja niiden vaikutusta kierrätysprosessiin.Item Niobiumoksidit litiumioniakun anodimateriaalina(2024-10-06) Kaura, Naomi; Kallio, Tanja; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroLitiumioniakut yleistyivät 1990-luvun jälkeen ja niitä käytetään nykyään laajalti monissa sovelluskohteissa älypuhelimista sähköautoihin. Grafiitti on käytetyin materiaali litiumioniakkujen negatiivisena elektrodina, mutta se ei sovi hyvin nopean varauksen käyttökohteisiin. Moniin tulevaisuuden sovelluskohteisiin tarvitaan nopeamman varauksen mah-dollistavia ratkaisuja. Niobiumoksidi-pohjaiset materiaalit voivat olla yksi ratkaisu. Niobiumoksidianodimateriaalit tarjoavat korkean kapasiteetin, pikalatauskyvyn ja ovat mahdollisesti ympäristöystävällisempiä materiaalivaihtoehtoja litiumioniakkuihin verrattaessa grafiittiin. Tämä työ tarkastelee niobiumoksidien asemaa tulevaisuuden litiumioniakkujen materiaalina rakenteen, suorituskyvyn ja ympäristövaikutusten sekä kierrätyksen näkökulmasta kirjallisuuskatsauksen avulla. Niobiumoksidit ovat vertaanotettava materiaaliperhe nopean varauksen akkuihin, mutta ne tarvitsevat vielä mittavaa kehitystyötä. Muun muassa niobiumoksidimateriaalien varauksen varastointimentelmiä täytyy tutkia lähemmin ja kokonaisten akkuratkaisujen määrää kehittää.Item Eri kudostyyppien mittaaminen Inbody kehonkoostumuslaitteella(2024-05-07) Väisänen, Vilma; Kontturi, Eero; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroInbody mittalaitteet ovat uusia terveysteknologian mittalaitteita, joiden tarkoituksena on mitata kehon koostumus bioimpendanssimenetelmällä sekä antaa kattava raportti kehonpainosta, rasvaprosentista, luu-, lihas- ja rasvamassasta sekä kehon nestetasapainosta. Tässä työssä käydään läpi laitteen toimintaperiaate ja menetelmä. Työssä myös esitellään ja eritellään kehon eri kudokset ja niiden ominaisuudet ja eroavaisuudet. Työn lopussa tuodaan esiin virhelähteitä, asioita, mitkä vaikuttavat mittaustuloksiin ja pohditaan saatujen tulosten luotettavuutta.Item The Influence of Electrode Softness on the Sensitivity of Capacitive Pressure Sensors(2024-09-03) Leszczynska, Natalia; Basarir, Fevzihan; Kemiantekniikan korkeakoulu; Hummel, MichaelCapacitive pressure sensors serve an essential function in human motion detection, human-machine interfaces, healthcare monitoring, and soft robotics. These applications impose a wide working pressure range and necessitate an improvement in sensor sensitivity. To fulfill these requirements, the existing research extensively investigates the modifications of the dielectric layer. However, it neglects the influence of the mechanical properties of the electrode on stress absorption and stress transfer, which contribute to the sensitivity. Therefore, this thesis evaluates the performance of sensors whose electrodes vary in softness and porosity, in a pressure range of 0.1–100 kPa. The results show an average sensitivity improvement of 60% above 5 kPa with an optimized electrode softness and pore content. Thus, the study demonstrates a high dependence of sensor sensitivity on the electrode softness and favors porous electrode substrates, whose bulk shore hardness exceeds that of PDMS.Item Comparative studies of methanogenesis enzyme variants towards the understanding of ethane oxidation in archaea(2024-08-30) Bergkulla, August; Laird, Maxime; Kemiantekniikan korkeakoulu; Kontturi, EeroArchaea are typically unicellular microorganisms with a similar structure of bacteria. Methanogenic archaea use a reductive reaction that produce CH4 during their metabolism, while methanotrophic archaea oxidize CH4 to various compounds in- cluding CO2. Recent studies have shown that the archaea E. Thermophilum oxidizes C2H6 to CO2, however the mechanisms and the enzymes involved in the reaction are unconfirmed. The hypothesis is that E. Thermophilum uses the same enzymes as ANME (anaer- obic methanotrophic archaea), although E. Thermophilum oxidizes C2 substrates to CO2 (C1), compared to ANME that oxidize C1 substrates into CO2 (C1). This thesis compares the enzymes of E. Thermophilum with those of M. Acetivorans, an archaeon in which E. Thermophilum enzymes can be expressed. The goal of the thesis is to conduct comparative studies of methanogenesis enzyme variants towards the understanding of ethane oxidation in archaea. The thesis utilizes tools such as AlphaFold 3, PyMOL, Avogadro2 and AutoDock Vina to visualize and conduct molecular docking studies on the enzymes Mtr, Mer and Mtd. The thesis compares the enzyme structures between the species using various approaches, including amino acid sequence comparison and alignment tools in PyMOL. The ligands and enzymes used in the molecular docking are prepared and the active sites for the enzymes are defined. The docking is performed using AutoDock Vina, which generated protein structure files including the most stable enzyme-ligand bindings and conformation, as well as the binding affinity. The results are presented through visualizations of the molecular docking as well as tables displaying the affinity scores. The results for M. Acetivorans are considered more reliable than those for E. Thermophilum because the reference enzyme structures for E. Thermophilum showed greater deviations. However, the affinity scores between the species are similar. The limitations and factors that may affect the result reliability is also critically evaluated and discussed. Overall, while the strong affinity scores and structural similarities suggest potential reactions in E. Thermophilum, further research is needed for conclusive results.