Olennainen asia selluloosaan perustuvien biokuitujen mahdollisuuksien kehittämisessä on kuitujen mekaaninen määrittely eli karakterisointi. Tampereen teknillisessä yliopistossa kehitetty, robotiikkaa ja optista mikroskopiaa yhdistävä järjestelmä on tässä olennaisessa osassa.

FibreNet-konsortion ytimen muodostavat seitsemän eurooppalaista yliopistoa ja kahdeksan kuitualan yritystä.

"Tutkimus keskittyy nimenomaan biokuituihin, ei keinotekoisiin kuituihin kuten lasi- tai hiilikuituun", sanoo professori Pasi Kallio TTY:n biolääketieteen tekniikan tiedekunnasta. Hän toimii FibreNetin koordinaattorina.

"Kuitutuotteissa keskitymme erityisesti pakkausmateriaaleihin, biokomposiitteihin ja lääketieteellisiin tuotteisiin, kuten tasaisesti lääkeaineita luovuttaviin haavanhoitotuotteisiin sekä kudosteknologisiin sovelluksiin. Hankkeessa kehitettyjä menetelmiä voidaan hyödyntää useilla sovellusalueilla."

Hiilikuitua ja hiilikuitumateriaaleilla vahvistettuja muoveja käytetään nykyisin joka puolella urheiluvälineistä autoihin, lentokoneisiin ja avaruusaluksiin. Hiilikuitu on kevyttä ja kestävää, joten se on erinomainen materiaali esimerkiksi liikennevälineisiin, koska niistä saadaan kevyempiä ja siten ne kuluttavat vähemmän polttoainetta.

Ongelmana on kuitenkin se, että hiilikuidut ovat kalliita ja niitä valmistetaan öljypohjaisista aineista. Mikäli hiilikuituja voitaisiin valmistaa edullisemmin ja vielä uusiutuvista raaka-aineista, olisi tilanne erinomainen.

Nyt se on mahdollista: Aalto-yliopiston tutkijatohtori Michael Hummel kehittää menetelmää, jolla puusta voidaan valmistaa teollisesti korkealaatuisia hiilikuituja. Hän sai tutkimukselleen viisivuotisen noin 1,5 miljoonan Starting Grant -rahoituksen Euroopan tutkimusneuvostolta (ERC).

Jokakesäinen sinileväesiintymien tarkkailu on taas alkanut uimavesien lämmettyä. Myrkkyjä esiintyy noin joka toisessa sinileväesiintymässä, eikä silmämääräisellä tarkastelulla pysty arvioimaan, onko vedessä oleva sinilevä myrkyllistä vai ei.

Apuun tulee nyt kuitenkin yksinkertainen ja luontoystävällinen apu: biohajoava sinilevätesti.

"Vedessä saattaa olla vielä sinileväesiintymän kadottuakin myrkkyjä jonkun aikaa", sanoo tutkija Markus Vehniäinen Turun yliopistosta. 

"Testillä voidaan nopeasti varmistaa, että vettä voi näiltä osin turvallisesti käyttää." 

Massavalmistukseen soveltuva, pankkikortin kokoinen sinilevätesti sopii sekä kuluttaja- että viranomaiskäyttöön. Kertakäyttöinen ja paperipohjainen pikatesti tunnistaa vedestä yleisimpien sinilevämyrkkyjen, kuten mikrokystiinin ja nodulariinin, esiintymisen.

"Sinilevätesti tarvitsee toimiakseen vain muutaman pisaran vettä ja ilmoittaa tuloksen viidentoista minuutin kuluttua", selittää erikoistutkija Liisa Hakola VTT:ltä.

"Jos näyttöön ilmestyy kaksi punaista viivaa, vedessä on sinilevämyrkkyä. Yksi viiva merkitsee myrkytöntä vesinäytettä."

VTT:n ja Turun yliopiston yhteishankkeessa on haluttu vastata kuluttajien tarpeeseen saada ajankohtaista tietoa oman vesistönsä tilasta edullisesti, nopeasti ja helposti.

Automatisoituun testialustaan siirrettynä nyt kehitetty määritys soveltuisi suoraan myös erityistä mittausherkkyyttä vaativiin sovelluksiin, kuten juomavesien testaamiseen maailmanlaajuisesti.

Sinilevätesti on kehitetty osana Tekesin rahoittamaa Tutkimusideoista uutta tietoa ja liiketoimintaa projektia. Testi on todettu toimivaksi myös luonnonvesinäytteillä ja sille etsitään parhaillaan kaupallistavaa yritystä, jotta testi saataisiin kuluttajien saataville.

Suomen ympäristökeskuksen julkaisema valtakunnallinen levätiedote kertoo yleiskuvan vesiemme tilasta ja Järviwiki vesistöjen tasolla sinilevien esiintymisestä. Tätä tarkempaa tietoa veden laadusta ei aiemmin ole ollut saatavilla. 

Solut, joista me muodostumme – samoin kuin kaikki eläimet ja kasvit koostuvat – ovat paitsi biologiaa ja kemiaa, niin myös mekaniikkaa: soluilla on kiinteä rakenne, ja tuoreen tutkimuksen mukaan se on olennaisesti aiemmin oletettua monimutkaisempaa.

Tampereen yliopiston BioMediTechissä toimivan Suomen Akatemian tutkijatohtori Teemu Ihalaisen yhdessä kansainvälisen tutkijaryhmän kanssa saamat yllättävät tulokset on julkaistu tällä viikolla Nature Materialsin verkkojulkaisussa.

Tutkimuksessa havaittiin ensimmäistä kertaa, että solutumaan välittyvä solun tukirangan jännitys muuttaa tuman sisäpinnan rakenteita. Nämä samat rakenteet sitovat geneettistä materiaalia, kromatiinia ja siten mekaanisella signaalilla on suoraan mahdollisuus vaikuttaa kromatiinin rakenteeseen ja geenien luentaan.

”Vertauskuvallisesti voidaan ajatella, että jos solu on teltta ja telttaa pystyssä pitävät narut ovat solun tukirankaa, niin projektissa tekemäämme havaintoa mukaillen naruista nykiminen muuttaisi teltan keskelle asetetun repun tavaroiden järjestystä", selittää Ihalainen. 

"Havaitsimme myös, että tuman sisäpinta on jakautunut kahteen osaan, ala- ja yläpintaan, jotka ovat rakenteellisesti erilaisia."

Projekti oli alusta saakka hyvin poikkitieteellinen ja siinä yhdistyi solu- ja molekyylibiologia sekä biomateriaalien tutkimus. Erilaisten biomateriaalien avulla manipuloitiin solujen mekaniikkaa, niiden jännitystä tai geometriaa. Kokeissa käytettiin hyväksi erilaisia pehmeitä solujen kasvatusalustoja (hydrogeelejä) tai esimerkiksi erilaisia ”mikrosaarekkeita”, joiden avulla soluja voitiin ohjata kasvamaan eri muotoihin. Soluja manipuloitiin mekaanisesti myös pehmeillä geelityynyillä. Kaikki menetelmät yhdistettiin korkean erotuskyvyn konfokaalimikroskopiaan, jonka avulla saatiin tarkkaa tietoa solujen rakenteista ja tuman toiminnasta.

Tähän asti on ajateltu, että solut aistivat niihin kohdistuvia voimia pääasiassa solukalvon läheisyydessä, pisteissä joissa solu kiinnittyy ympäristöönsä.

”Projektissa halusimme tutkia, miten syvällä solun sisällä voiman aistimus voi tapahtua. Tästä syystä keskityimme solun tuman toimintaan ja sen muutoksiin erilaisissa olosuhteissa. Solun tuma pitää sisällään solun geneettisen materiaalin ja lähivuosina on selvinnyt, että tuma on kiinnittynyt solun tukirankaan. Tämä kiinnittyminen mahdollistaa suoran mekaanisen jännityksen välittymisen solun pinnasta aina tumaan saakka. Jos mekaaninen voima pystyisi muuttamaan tuman rakenteita, se voisi vaikuttaa myös geenien luentaan ja sitä kautta solun toimintaan.”

Solut pystyvät kehittämään monimutkaisen solutukirankansa avulla mekaanisia voimia. Tämä soluissa syntynyt mekaaninen jännitys voi välittyä suoraan soluista soluihin tai epäsuorasti solujen välillä soluväliaineen kautta. Näiden lisäksi soluihin kohdistuu muita voimia kuten leikkausvoimia ja osmoottisista ilmiöistä muodostuvaa painetta.

Nykyisin tiedetään, että solut pystyvät aistimaan niihin kohdistuvia mekaanisia voimia sekä ympäristönsä fysikaalisia ominaisuuksia kuten jäykkyyttä ja elastisuutta. Nämä ”mekaaniset signaalit” vaikuttavat solujen toimintaan, kuten kantasolujen erilaistumiseen, alkion kehitykseen ja syövän syntyyn.

”Tällä hetkellä emme kuitenkaan ymmärrä tämän niin kutsutun mekanotransduktion yksityiskohtia, esimerkiksi sitä, millä mekanismilla mekaaninen voima voi vaikuttaa vaikkapa geenien luentaan. Prosessin yksityiskohtainen ymmärtäminen on laaja-alaisesti tärkeää ja helpottaisi huomattavasti esimerkiksi biomateriaalien kehittämistä sekä niiden soveltamista mm. kantasoluteknologiassa”, selittää Ihalainen.

Juttu perustuu Suomen Akatemian lähettämään tiedotteeseen.