Liuoksen pH ohjaa kultaklusterien sitoutumista – hyödyntämismahdollisuuksia lääke- ja kuvantamismolekyyleissä
10.6.2019 10:28:03 EEST | Jyväskylän yliopisto | Tiedote
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
Aivoviikon tapahtuma Jyväskylän yliopistossa: miten oppiminen muokkaa aivojamme?13.3.2026 08:52:43 EET | Tiedote
Miten oppiminen, liike, uni ja ympäristö muovaavat aivojamme? Näihin kysymyksiin pureudutaan Jyväskylän yliopiston Aivoviikon yleisötilaisuudessa Oppivat ja muovautuvat aivot tiistaina 17.3.2026. Kaikille avoin tapahtuma järjestetään yliopiston Lähde-kirjaston Tietoniekka-tilassa sekä verkossa.
Viisaudella on oma muutosten ja kehityksen polkunsa – uusi Oxfordin kustantama kansainvälinen käsikirja julkaistu12.3.2026 13:14:02 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston Koulutuksen tutkimuslaitoksen dosentti Eeva K. Kallio on toiminut toisena toimittajana juuri ilmestyneessä teoksessa The International Handbook of Adult Development and Wisdom. Kallion työparina on ollut Fielding Graduate Universityn psykologian emeritaprofessori Judith Stevens-Long.
Kuukautiskierron vaikutus energia-aineenvaihduntaan on vähäinen12.3.2026 09:52:41 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopistossa tehty väitöstutkimus osoittaa, että kuukautiskierron aikaiset muutokset energia-aineenvaihdunnassa ovat keskimäärin pieniä. Tutkimus on merkittävä, sillä liikuntatieteissä naisia on tutkittu perinteisesti miehiä vähemmän. Tutkimus tarkentaa käsityksiä kuukautiskierron aineenvaihdunnallisista vaikutuksista. LitM Ida Löfbergin väitöskirja tarkastetaan lauantaina 14.3.2026 klo 12.00 Jyväskylän yliopistossa.
Uusi tutkimus paljastaa, miten puolijohteet mahdollistavat vihreän vedyn tuotannon12.3.2026 07:05:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat kansainvälisessä yhteistyössä selvittäneet, miten puolijohdemateriaalit mahdollistavat vihreän vedyn tuotannon (valo)sähkökemiallisesti. Uudenlaiset atomitason simulaatiot ja tarkat sähkökemialliset kokeet paljastavat reaktioiden perusmekanismeja ja tukevat uusien materiaalien kehittämistä. Tutkimus myös tunnisti uuden ilmiön: ulkoisen potentiaalin synnyttämät paikalliset varaukset voivat aktivoida reaktion TiO₂‑puolijohde-elektrodien pinnalla.
Kietoutuneet molekyylit sitovat sulfaattia – tulevaisuuden ratkaisuja vedenpuhdistukseen ja ympäristön seurantaan11.3.2026 07:05:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen luokan synteettisiä molekyylejä, jotka pystyvät sitomaan ennennäkemättömän tehokkaasti vedessä esiintyvää sulfaattia, joka on laajalle levinnyt teollinen ja ympäristöllinen haitta-aine. Kietoutuneita molekyylirakenteita on pitkään pidetty lähinnä kemiallisina erikoisuuksina, mutta tutkimus osoittaa, että niitä voidaan suunnitella käytännön sovelluksiin, kuten veden puhdistukseen, kemikaalien havaitsemiseen ja ympäristön seurantaan.
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