Liuoksen pH ohjaa kultaklusterien sitoutumista – hyödyntämismahdollisuuksia lääke- ja kuvantamismolekyyleissä
Kultaklustereiden hyödyntämistä esimerkiksi erilaisissa lääketieteen sovelluksissa tutkitaan paljon. Jyväskylän yliopistossa niitä on demonstroitu esimerkiksi virusten kuvantamisessa. Klusterirakenteissa kullan ympärillä on tavallisesti suojaava kerros erilaisia molekyylejä. Tämä suojaava pintakerros vuorovaikuttaa klusterin ympäristön kanssa, ja siten pintakerrosta muokkaamalla klusterille voidaan räätälöidä haluttuja ominaisuuksia.
Väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia erilaisia kultaklustereita molekyylidynamiikkasimulaatioiden keinoin erilaisissa ympäristöissä. Molekyylidynamiikkasimulaatiot ovat erittäin hyödyllinen työkalu, kun systeemistä ja sen dynamiikasta halutaan tarkkaa tietoa, mutta laskenta-aika pidetään maltillisena.
Vaikka molekyylidynamiikkasimulaatiot ovat usein käytetty menetelmä erilaisten biologisten systeemien simuloinnissa, sitä on hyödynnetty verrattain vähän metallinanoklusterien tutkimuksessa. Väitöskirjatutkimuksen ensimmäinen haaste olikin kehittää ja validoida parametrit kultananoklusterien simulointia varten. Myös Jyväskylän Yliopiston ulkopuoliset ryhmät ovat hyödyntäneet näitä parametreja omissa simulaatioissaan.
Happamuus vaikuttaa kultananoklusterin ja viruksen sitoutumiseen
Kaikessa simulaatioin tehtävässä tutkimuksessa oleellista on yhteys kokeelliseen dataan. Toisaalta kokeellisen datan täydentäminen simulaation tuloksilla, ja toisaalta kokeellisen datan hyödyntäminen simulaatioiden todenmukaisuuden arvioinnissa.
Varsinaisten simulaatioiden osalta väitöskirjassa tutkittiin kultananoklustereita esimerkiksi vuorovaikutuksessa viruksen kanssa, simuloimalla kultananoklusterein päällystettyä kokonaista virusta vedessä. Simuloitava systeemi koostui noin 3,5 miljoonasta atomista, ja on atomitarkkuuden simulaatiosysteemiksi erittäin suuri.
Tulokset osoittivat, että kultananoklusterit sitoutuvat tiukasti virukseen erilaisin vuorovaikutuksin, ja voimakkuus riippuu happamuusolosuhteista. Tätä tietoa voidaan hyödyntää jatkossa esimerkiksi suunniteltaessa uusia kuvannus- tai lääkemolekyylejä, joiden halutaan sitoutuvan viruksessa tiettyihin kohtiin.
Lisäksi samaa virusta simuloitiin vuorovaikutuksessa muiden lääkeaine-tyyppisten molekyylien kanssa, ja vertailtiin niiden sitoutumisvoimakkuuksia virukseen.
Väitöskirjassa tutkittiin myös kultananoklustereiden itsestään järjestäytymistä levymäisiksi ja pallomaisiksi rakenteiksi, joita oli aiemmin havaittu kokeellisesti.
Simulaatioiden perusteella pystyttiin atomitasolla toteamaan, että näiden superrakenteiden stabiilisuuteen vaikuttavat oleellisesti liuotinominaisuudet, sekä kultananoklusterin pinnan varausjakauma. Näin ollen muuttamalla liotinympäristöä tai liuoksen pH:ta, itsejärjestäytymistä ja rakenteen hajoamista voitaisiin kontrolloida. Tätä ominaisuutta voitaisiin hyödyntää esimerkiksi lääkkeiden kuljetukseen suunnitelluissa lääkemolekyyleissä.
Tieteen tietotekniikan keskus CSC myönsi väitöstutkimuksessa projektille 25 miljoonan CPU-tunnin laskenta-ajansupertietokone Sisulle.
Väitöskirja on julkaistu Jyväskylän yliopiston väitöstutkimusten 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 Jyväskylän yliopistosta 2014 nanotieteen maisteriohjelmasta, pääaineena fysiikka. Hän aloitti tohtorikoulutettavana syksyllä 2014 ja työskenteli vuodet 2017 ja 2018 Vilho, Yrjö ja Kalle Väisälän rahaston henkilökohtaisella apurahalla
FM Emmi Pohjolaisen fysiikan väitöskirjan "Atomistic Simulation View on Gold Nanocluster Functionalities via Ligand Shell Dynamics" tarkastustilaisuus on 14.6.2019 kello 12-15 FYS1-salissa fysiikan laitoksella. Vastaväittäjänä on professori Jaakko Akola (NTNU, Norja) ja kustoksena on akatemiaprofessori Hannu Häkkinen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Lisätietoja:
FM Emmi Pohjolainen, emmi.k.pohjolainen@jyu.fi
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@jyu.fi puh. 050 581 8351
Facebook: jyuscience Twitter: jyscience
Avainsanat
Kuvat
Tietoja julkaisijasta
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Kirjoitan, koska haluan!5.9.2025 17:50:09 EEST | Tiedote
Suomalaiset nuoret lukevat nykyään kenties enemmän kuin koskaan, mutta lukeminen on sirpaloitunut kännykkäaikakaudella lyhyiden viestien ja tekstien lukemiseen. Vaikka kirjojenkin lukeminen on edelleen yleistä, luettujen kirjojen määrä on laskenut jyrkästi. Erityisesti aktiivilukijoiden määrä on laskenut 15–24-vuotiaiden nuorten joukossa. Herättääksemme osaltamme lukemisintoa julkaisemme valtakunnallisen kirjoituskilpailun 13–16-vuotiaille sekä 17–20-vuotiaille nuorille. Nykytrendin mukaisesti kilpailuraadin parhaiksi valitsemista kirjoituksista julkaistaan kaikille kuunneltavaksi ilmaiset ääniteokset suomalaisessa VoiceBooks-äänikirjasovelluksessa.
Uusi professori tutkii työssä oppimisen ja työhyvinvoinnin yhteyksiä – “Oppiminen ei ole pelkästään innostavaa, vaan se voi myös kuormittaa”4.9.2025 13:09:28 EEST | Tiedote
Toukokuussa aikuiskasvatuksen professorina aloittanut Kaija Collin on tarkastellut työurallaan aikuisten oppimista monesta näkökulmasta. Työssä tapahtuva jatkuva oppiminen puhututtaa etenkin nykyajan vaativassa ja kovatahtisessa työelämässä, mutta sen yhteyksiä työhyvinvointiin tulisi Collinin mukaan selvittää tarkemmin.
Tutkimus selvitti kansallislaulujen tunneilmaisuja – Maamme-laulu poikkeaa valoisuudellaan muista pohjolan sävelistä4.9.2025 10:45:59 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston johtama tutkimus analysoi 176 kansallislaulun tunneilmaisua. Tulosten mukaan päiväntasaajan läheisyydessä sijaitsevien maiden kansallislaulut ovat energisiä, kun taas pohjoisempien maiden laulut olivat surumielisempiä. Yllättäen suomalaisten Maamme-laulu osoittautui iloisemmaksi kuin osattiin odottaa.
Lasten liikunta ja planetaarinen hyvinvointi pääteemana kansainvälisessä konferenssissa Peurungassa 9.–12.9.4.9.2025 10:00:00 EEST | Tiedote
Liikuntatieteellinen tiedekunta järjestää Paediatric Work Physiology 2025 -konferenssin 9.–12. syyskuuta Peurungassa. Tapahtuma kokoaa yhteen lasten liikunnan ja terveyden asiantuntijoita eri puolilta maailmaa. Konferenssin pääteemana on lasten liikunta ja planetaarinen hyvinvointi, ja ohjelmassa käsitellään muun muassa ilmastonmuutoksen vaikutuksia lasten terveyteen ja liikuntaan.
Tuhkasta tehoa biokaasun tuotantoon4.9.2025 07:03:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston ja Luonnonvarakeskuksen tutkijat ovat havainneet, että tuhka näyttää olevan erinomainen lisäaine biojätteen mädätysprosessiin sekä metaanin tuotannon että mädätysjäännöksen lannoitusominaisuuksien kannalta. Tutkimus on julkaistu kansainvälisessä Biomass and Bioenergy -lehdessä.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme