Apulaisprofessori Paavo Penttilä on inspiroitunut luonnon materiaaleista

Filosofian tohtori Paavo Penttilä on nimitetty Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselle apulaisprofessorin 5-vuotiseen tenure track-tehtävään 2.5.2025 alkaen. Hän tutkii puu- ja kasvimateriaaleja sekä niistä valmistettuja tuotteita. Hän haluaa ymmärtää kasviperäisen biomassan rakenteita ja ominaisuuksia, sillä niiden täydellinen hyödyntäminen edellyttää tarkempaa tietämystä. Hän tutkii erilaisten biomassojen rakenteita erityisesti röntgen- ja neutronisirontaan ja röntgenkuvantamiseen perustuvilla menetelmillä. 

- Teen soveltavaa tutkimusta ja olen inspiroitunut luonnon materiaaleista. Kasvien rakennetiedolla ja niiden rakenteen muodostumismekanismien ymmärtämisellä voi olla merkittäviä vaikutuksia. Tulevaisuudessa esimerkiksi viljelyskasvien ja puiden ominaisuuksia voidaan muokata geeniteknologian avulla eri käyttötarkoituksiin paremmin sopiviksi, visioi apulaisprofessori Paavo Penttilä Jyväskylän yliopistosta.  

Rahoitusta kestävän maa- ja metsätalouden edistämiseksi

Penttilä on saanut tutkimukseensa merkittävän 1 500 000 euron rahoituksen Novo Nordisk säätiöltä huhtikuussa 2025. Hänen FibForm –hankkeessa (Understanding the role of hemicelluloses in the formation of plant microfibril structures to enable their informed design) tutkitaan kasvien soluseinien nanorakennetta. Tavoitteena on ymmärtää, miten ne saavat halutun lujuuden ja muut ainutlaatuiset ominaisuudet. 

- Tutkimukseni taustalla on ajatus siitä, että kasvien soluseinien komponentin, hemiselluloosapolymeerien, erityinen rakenne ohjaa selluloosaisten fibrillirakenteiden muodostumista. Aion vahvistaa tämän hypoteesin tutkimalla erilaisia kasvilajeja ja mallisysteemejä, joissa hemiselluloosien erot johtavat erilaisiin fibrillimorfologioihin, selventää Penttilä.

Tutkimuksessa hyödynnetään vahvasti koneoppimista

Röntgen- ja neutronisirontamenetelmillä tuotetaan valtavasti dataa, jota Penttilän käynnissä olevissa projekteissa analysoidaan muun muassa koneoppimisella. Uudessa hankkeessa tavoitteena on kuitenkin luoda koneoppimisen avulla kuva biosynteesin, rakenteen ja ominaisuuksien välisistä suhteista kasvien soluseinissä.

- Hankkeen tulokset tuottavat uutta perustietoa kasvien soluseinien biosynteesistä ja johtavat kasvien suunnitteluun kestävää maataloutta ja hiiltä sitovia puuperäisiä materiaaleja varten, mikä mahdollistuu uuden tietopohjan avulla, kertoo Penttilä. 

JYU:ssa kehitetään röntgenkuvantamismenetelmiä 

Penttilä opiskeli fysiikkaa Helsingin yliopistossa väitellen sieltä vuonna 2013. Tämän jälkeen hän vietti tutkijatohtorina yhteensä neljä vuotta ulkomailla Japanissa ja Ranskassa. Jyväskylän yliopiston apulaisprofessorin työtehtävää hakiessa hän ei epäröinyt, vaikkei Jyväskylä ollut hänelle entuudestaan tuttu.   

- Työpaikka oli kuin luotu minulle. Olen urallani keskittynyt hierarkkisten ja luontoperäisten materiaalien rakenteen tutkimiseen nano- ja mikrometritasolla röntgen- ja neutronitekniikoihin. On suuri kunnia päästä hyödyntämään fysiikan laitoksen röntgenkuvantamista ja kehittämään alan tutkimusta Jyväskylän yliopistossa, iloitsee Penttilä. 

Perustutkimuksen lisäksi tehdään tutkimusta paljon yhteistyönä yritysten ja organisaatioiden kanssa. Moni yritys kaipaa tutkimustietoa ymmärtääkseen materiaaliensa rakennetta ja kehittääkseen tuotteitaan esimerkiksi ympäristöystävällisemmäksi. 

- Tämä on mahdollista käytössämme olevien menetelmien kuten röntgentomografian avulla. Siinä luodaan tarkkoja kolmiulotteisia rakennekuvia, jotka esimerkiksi näyttävät, miten neste liikkuu materiaalissa tai miten materiaali muuttuu lämpötilan tai kosteuden muuttuessa. Vahvuutemme on erityisesti prosessien selvittäminen eri kokomittakaavoissa, kertoo Penttilä. 

Tutkimuksen ytimessä on tieteiden välinen yhteistyö 

Fysiikan lisäksi kemia ja biologia ovat rakkaita aloja Penttilälle ja hän arvostaakin monitieteisyyttä. Erilaisten ilmiöiden monimuotoisuus ja monimutkaisuus edellyttää usein monitieteistä lähestymistapaa ilmiöiden tarkastelussa ja ymmärtämisessä.

- Yhdessä eri luonnontieteiden avulla pystytään ymmärtämään paremmin ympäristöä ja luonnon tuottamia rakenteita. Tiedekunnassamme tehdään vahvaa fysiikan, kemian ja biologian tutkimusyhteistyötä, mikä auttaa myös omassa tutkimuksessani. Se oli myös yksi syy hakeutua Jyväskylän yliopistoon, kertoo Penttilä.