V?it?s

14.6.2019 FM Emmi Pohjolainen (Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, fysiikka)

Kullan ominaisuudet nanokokoisissa rakenteissa poikkeavat merkitt?v?sti niin sanotun bulkkikullan ominaisuuksista. Kiinnostavia ovat klusterirakenteet, joissa on mukana kymmenist? satoihin kulta-atomia. Ne muodostavat stabiileja rakenteita, joita voidaan syntetisoida atomin tarkkuudella. V?it?skirjassaan Emmi Pohjolainen tutki erilaisia kultaklustereita molekyylidynamiikkasimulaatioiden keinoin erilaisissa ymp?rist?iss?. Tulokset osoittivat, ett? kultananoklusterit sitoutuvat tiukasti virukseen erilaisissa vuorovaikutuksissa. Sitoutumisen voimakkuus riippuu happamuusolosuhteista.

Kultaklustereiden hy?dynt?mist? esimerkiksi erilaisissa l??ketieteen sovelluksissa tutkitaan paljon. Jyv?skyl?n yliopistossa niit? on demonstroitu esimerkiksi virusten kuvantamisessa. Klusterirakenteissa kullan ymp?rill? on tavallisesti suojaava kerros erilaisia molekyylej?. T?m? suojaava pintakerros vuorovaikuttaa klusterin ymp?rist?n kanssa, ja siten pintakerrosta muokkaamalla klusterille voidaan r??t?l?id? haluttuja ominaisuuksia.
V?it?skirjaty?n tavoitteena oli tutkia erilaisia kultaklustereita molekyylidynamiikkasimulaatioiden keinoin erilaisissa ymp?rist?iss?. Molekyylidynamiikkasimulaatiot ovat eritt?in hy?dyllinen ty?kalu, kun systeemist? ja sen dynamiikasta halutaan tarkkaa tietoa, mutta laskenta-aika pidet??n maltillisena.

Vaikka molekyylidynamiikkasimulaatiot ovat usein k?ytetty menetelm? erilaisten biologisten systeemien simuloinnissa, sit? on hy?dynnetty verrattain v?h?n metallinanoklusterien tutkimuksessa. V?it?skirjatutkimuksen ensimm?inen haaste olikin kehitt?? ja validoida parametrit kultananoklusterien simulointia varten. My?s Jyv?skyl?n Yliopiston ulkopuoliset ryhm?t ovat hy?dynt?neet n?it? parametreja omissa simulaatioissaan.

Happamuus vaikuttaa kultananoklusterin ja viruksen sitoutumiseen

Kaikessa simulaatioin teht?v?ss? tutkimuksessa oleellista on yhteys kokeelliseen dataan. Toisaalta kokeellisen datan t?ydent?minen simulaation tuloksilla, ja toisaalta kokeellisen datan hy?dynt?minen simulaatioiden todenmukaisuuden arvioinnissa.
Varsinaisten simulaatioiden osalta v?it?skirjassa tutkittiin kultananoklustereita esimerkiksi vuorovaikutuksessa viruksen kanssa, simuloimalla kultananoklusterein p??llystetty? kokonaista virusta vedess?. Simuloitava systeemi koostui noin 3,5 miljoonasta atomista, ja on atomitarkkuuden simulaatiosysteemiksi eritt?in suuri.

Tulokset osoittivat, ett? kultananoklusterit sitoutuvat tiukasti virukseen erilaisin vuorovaikutuksin, ja voimakkuus riippuu happamuusolosuhteista. T?t? tietoa voidaan hy?dynt?? jatkossa esimerkiksi suunniteltaessa uusia kuvannus- tai l??kemolekyylej?, joiden halutaan sitoutuvan viruksessa tiettyihin kohtiin.
Lis?ksi samaa virusta simuloitiin vuorovaikutuksessa muiden l??keaine-tyyppisten molekyylien kanssa, ja vertailtiin niiden sitoutumisvoimakkuuksia virukseen.

V?it?skirjassa tutkittiin my?s kultananoklustereiden itsest??n j?rjest?ytymist? levym?isiksi ja pallomaisiksi rakenteiksi, joita oli aiemmin havaittu kokeellisesti.
Simulaatioiden perusteella pystyttiin atomitasolla toteamaan, ett? n?iden superrakenteiden stabiilisuuteen vaikuttavat oleellisesti liuotinominaisuudet, sek? kultananoklusterin pinnan varausjakauma. N?in ollen muuttamalla liotinymp?rist?? tai liuoksen pH:ta, itsej?rjest?ytymist? ja rakenteen hajoamista voitaisiin kontrolloida. T?t? ominaisuutta voitaisiin hy?dynt?? esimerkiksi l??kkeiden kuljetukseen suunnitelluissa l??kemolekyyleiss?.

Tieteen tietotekniikan keskus CSC my?nsi v?it?stutkimuksessa projektille 25 miljoonan CPU-tunnin laskenta-ajansupertietokone Sisulle.

V?it?skirja on julkaistu Jyv?skyl?n yliopiston v?it?stutkimusten sarjassa JYU Dissertations 91, 2019. ISBN 978-951-39-7781-8 (PDF) URN:ISBN:978-951-39-7781-8 ISSN 2489-9003.

Linkki julkaisuun: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-7781-8

Emmi Pohjolainen valmistui ylioppilaaksi Lohjan yhteislyseon lukiosta 2009, ja filosofian maisteriksi Jyv?skyl?n yliopistosta 2014 nanotieteen maisteriohjelmasta, p??aineena fysiikka. H?n aloitti tohtorikoulutettavana syksyll? 2014 ja ty?skenteli vuodet 2017 ja 2018 Vilho, Yrj? ja Kalle V?is?l?n rahaston henkil?kohtaisella apurahalla

FM Emmi Pohjolaisen fysiikan v?it?skirjan "Atomistic Simulation View on Gold Nanocluster Functionalities via Ligand Shell Dynamics" tarkastustilaisuus on 14.6.2019 kello 12-15 FYS1-salissa fysiikan laitoksella. Vastav?itt?j?n? on professori Jaakko Akola (NTNU, Norja) ja kustoksena on akatemiaprofessori Hannu H?kkinen (Jyv?skyl?n yliopisto). V?it?stilaisuuden kieli on englanti.

Lis?tietoja:
FM Emmi Pohjolainen, emmi.k.pohjolainen@www.joycutlery.com
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@www.joycutlery.com puh. 050 581 8351