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
Väitös: Avain onnistuneeseen draamatyöskentelyyn on oppilasta arvostavassa kohtaamisessa4.12.2025 07:58:00 EET | Tiedote
Draamakasvatuksella on tutkitusti osoitettu olevan lukuisia hyötyjä oppimiselle ja oppilaan kasvulle. FM Enni Junttila perehtyi väitöstutkimuksessaan siihen, miten näitä hyötyjä saavutetaan ja mikä on opettajan rooli niiden saavuttamisessa.
Charlotte Maddinson tuo suomalaista osaamista Euroopan komission Nature Credits tiekartan työryhmään4.12.2025 07:05:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston väitöskirjatutkija Charlotte Maddinson on valittu yhdeksi Euroopan unionin 140 asiantuntijasta, jotka osallistuvat Euroopan komission Nature Credits -työryhmään. Työryhmän tehtävänä on kehittää luontoarvomarkkinoita ja edistää kestävää ja kilpailukykyistä taloutta, joka on sopusoinnussa luonnon kanssa.
Onko kevyempi aina kovempi? - Kehonkoostumuksen yhteydet huippukestävyysurheilijoiden suorituskykyyn4.12.2025 06:30:00 EET | Tiedote
Tuoreen tutkimuksen mukaan rasvaprosentin pieneneminen voi parantaa suorituskykyä kestävyysjuoksussa ja maastohiihdossa. Naisurheilijoilla tehokkaampi tapa kehonkoostumuksen optimointiin on kuitenkin painonpudotuksen sijaan rasvakudoksen muuttaminen lihaskudokseksi. Tutkija ja hiihtäjä Oona Kettunen korostaa, että painon ja kehonkoostumuksen optimointiin liittyvien riskien vuoksi niitä tulee harjoittaa vasta huippu-urheiluvaiheessa aikuisiässä.
Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulun uusi yrittäjyyden professori Mikko Rönkkö haluaa panostaa opetuksen laatuun ja tekoälyn hyödyntämiseen opetuksessa ja tutkimuksessa3.12.2025 13:15:24 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulussa syyskuussa yrittäjyyden professorina aloittanut Mikko Rönkkö haluaa haastaa itsensä opettajana ja opettamisen kehittämisessä. Tutkimuksen puolella hän on keskittynyt määrälliseen yrittäjyystutkimukseen. Tekoälyä monipuolisesti opetuksessaan ja tutkimuksessaan hyödyntävällä Rönköllä on myös vankkaa kokemusta yrittäjyydestä.
Uudenlainen kulta-nanopartikkeleihin pohjautuva merkintämenetelmä laajentaa merkittävästi solujen kuvaamisen mahdollisuuksia2.12.2025 07:10:00 EET | Tiedote
Yhdysvaltojen ja Jyväskylän yliopiston tutkijoiden välinen uraauurtava kansainvälinen yhteistyö on esitellyt uuden lähestymistavan molekyylien merkitsemiseen ja visualisointiin solujen pinnoilla käyttämällä edistynyttä 3D-elektronimikroskopiaa.
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