Joulun alla kodeissa jynssätään paikat puhtaiksi. Etikka toimii hommassa oivasti happamuutensa vuoksi. Sen avulla on helppo kiillottaa monia metalleja ja avata vaikkapa putkistojen tukkeumia. Aine myös tappaa tehokkaasti mikrobeja.

Etikka on myös hyvä ruoka- ja säilöntäaine, jota käytetään vaikkapa salaatinkastikkeissa ja joulusilakan valmistuksessa. Aineella väitetään olevan monia suoria terveysvaikutuksiakin, vaikka todisteiden kanssa on vähän niin ja näin. Ja happaman nesteen nauttiminen suurissa määrin voi olla myös pidemmän päälle haitallistakin.

Etikka on tunnettu vähintäänkin tuhansia vuosia, sillä keksintö on luultavasti vain muutaman vuoden nuorempi kuin alkoholi. Etikkahappoa nimittäin saadaan etikkahappobakteerien avulla, alkoholin hapettuessa.

Etikka koostuu kahdesta värittömästä aineesta, vedestä ja etikkahaposta, sekä lähtöalkoholista (väkiviina, valkoviini, riisiviini jne.) peräisin olevista aromeista. Pistävän hajuista etikkahappoa on kotikäytössä olevissa etikoissa mukana tyypillisesti 3–5 %.

Zakhris "Sakari" Topelius mainitsi tilaisuuteen varta vasten teetätetyn lipun myöhemmin julkaistussa kirjoituksessa: "Lähempänä sisäänkäyntiä kukkaseppelein koristellussa tangossa liehui valkoinen silkkilippu, jossa komeili laakeriseppeleen ympäröimä Suomen Suurruhtinaskunnan vaakuna."

Juhlan lippu siis ei suinkaan ollut nykyinen siniristilippu, mutta se oli kuitenkin ensimmäinen erityinen Suomen lippu. Siinä komeileva vaakuna on peräisin aina vuodelta 1557, Kustaa Vaasan pojalleen antaman Suomen herttuakunnan symboli. Sama vaakuna on yhä käytössä, joskin ilman seppelettä.

Vuoden 1898 lippu on ikuistettu otsikkokuvan piirrokseen vuodelta 1898. Tekijänä on oiva pilapiirtäjä ja kuvittaja Alexander Federley. Lippu liehuu myös Eero Järnefeltin samasta tapahtumasta tekemän taulun taustalla, mutta siinä tilaisuus näyttää tyystin erilaiselta. Todellista näkymää voimme vain arvailla. Kummatkin taiteilijat kun syntyivät vasta paljon juhlan jälkeen, ja taideteokset lienevät pääosin herrojen mielikuvituksen tuotosta.

Nykyinen siniristilippu otettiin käyttöön vuonna 1918. Se juontaa juurensa Venäjän laivaston Pyhän Yrjön lipusta, Suomen purjehtijaliiton viiristä, sekä skandinaavisista ristilipuista. Ennen mallin vakiintumista käytössä olivat sekä punainen vaakunalippu että erilaiset ristiliput.

Muovit koostuvat pitkistä molekyyliketjuista, polymeereistä. Niiden sekaan laitetaan yleensä vielä monia täyteaineita tekemään muovista halutunlainen. Lisäaineita voi olla jopa 80 % koko tuotteesta.

Eräs vanhimmista muovityypeistä on päivän aine, PVC. Sitä onnistuttiin kehittämään jo 1800-luvun alussa, mutta otettiin kunnolla käyttöön vasta lähes sadan vuoden päästä, kun sitä keksittiin muokata lisäaineilla. PVC on sellaisenaan kovaa ja haurastakin muovia, jota pehmitetään tarvittaessa nykyisin esimerkiksi myrkyllisillä ftalaateilla. (Siksi pehmeitä PVC-muoveja ei kannatakaan liiaksi hiplailla.)

Nykyään PVC:stä tehdään mm. viemäriputkia, johtojen eristeitä, pankkikortteja sekä sadetakkeja. Jonkun kaapista voi löytyä myös muunkinlaisia PVC-pukuja.

Kaikkien näiden valmistuksessa on varsin suurella todennäköisyydellä tarvittu arabikumia, Tiedetuubin joulukalenterin tämänpäiväistä ainetta.

Arabikumia tuodaan lähes yksinomaan Sudanista ja Sahelin alueelta. Sitä kerätään kahdesta afrikkalaisesta kuivuutta kestävästä akaasialajista (sekä villeistä että viljellyistä).

Puiden kuoriin tehdään viiltoja, joista valuva maitiaisneste kovettuu joutuessaan tekemisiin ilman kanssa. Aine kerätään talteen, puhdistetaan, murskataan, ja sitten se onkin jo käyttökelpoista.

Tekniikan Akatemia TAF myönsi vuoden 2016 Millennium-teknologiapalkinnon yhdysvaltalaiselle biokemistille Frances Arnoldille.

Arnoldin uraauurtava innovaatio, suunnattu evoluutio (directed evolution), matkii laboratoriossa luonnonvalintaa. Menetelmällä voidaan luoda uusia ja parempia proteiineja, joita voidaan käyttää hyödyksi esimerkiksi uusiutuvan energian sovelluksissa ja lääkkeiden valmistuksessa.

Suunnatun evoluution avulla entsyymeille voidaan jalostaa ihmiskunnan kannalta hyödyllisiä ominaisuuksia, jotka eivät kehittyisi ilman ihmisen ohjausta. Frances Arnoldin menetelmä on vallankumouksellinen, koska halutun geenin DNA-rakenteeseen voidaan tehdä sattumanvaraisesti mutaatioita, kuten luonnossakin spontaanisti tapahtuu. Muokatut geenit tuottavat aivan uudenlaisia proteiineja, joiden joukosta valitaan teollisuusprosessien kannalta hyödylliset.

”Suunnatulla evoluutiolla voidaan kiertää se tosiasia, ettei ihminen pysty ennustamaan laboratoriossa tuotettujen mutaatioiden vaikutusta proteiinien ominaisuuksiin. Evoluutio on saanut aikaan planeettamme kauneimmat, monimutkaisimmat ja toimivimmat ratkaisut. Vain evoluution avulla voimme tuottaa sellaista, mitä emme kykene ennalta suunnittelemaan. Siksi tätä maailman parasta luonnon insinööritaitoa kannattaa käyttää hyödyksi”, palkittu Frances Arnold kertoo.

Arnoldin kehittämät innovaatiot ovat mullistaneet aiemmin hitaan ja kalliin proteiinimuokkauksen, ja hänen menetelmänsä ovat käytössä sadoissa laboratorioissa ja yrityksissä ympäri maailmaa. Muokatuilla proteiineilla korvataan kallista tai fossiilisia raaka-aineita käyttävää tuotantoa muun muassa polttoaineiden, paperituotteiden, lääkkeiden, tekstiilien sekä maataloudessa käytettävien kemikaalien valmistuksessa.

Vihreää kemiaa ja mullistavia lääkkeitä

Suunnatun evoluution keskiössä ovat entsyymit, joiden tehtävä luonnossa on muuttaa yhdisteitä toisiksi.

”Suunnattua evoluutiota voidaan hyödyntää biotekniikkaa käyttävillä teollisuuden aloilla, koska biokemialliset reaktiot perustuvat entsyymeihin”, sanoo kansainvälisen palkintolautakunnan puheenjohtaja, professori Jarl-Thure Eriksson.

Suunnatulla evoluutiolla valmistetaan esimerkiksi entsyymejä, jotka muuttavat kasvien selluloosaa biopolttoaineiksi tai kemikaaleiksi. Uusiutuviin raaka-aineisiin ja biotekniikkaan perustuvan vihreän kemianteollisuuden luominen onkin ollut yksi Arnoldin suurimmista tavoitteista.

”Koko urani ajan olen ollut huolestunut vahingosta, jota ihmiset aiheuttavat maapallolle ja toisilleen. Tieteellä ja teknologialla voimme radikaalisti pienentää kielteisiä vaikutuksiamme ympäristöön. Kaikkein tärkeintä on kuitenkin asenteiden muuttaminen, ja tämä on helpompaa, jos meillä on taloudellisesti varteenotettavia korvaajia haitalliselle toiminnalle”, Arnold sanoo.

”Frances Arnoldin innovaation palkitseminen on juuri nyt hyvin ajankohtaista, koska useat maat, Suomi mukaan lukien, pyrkivät vahvistamaan puhdasta teknologiaa käyttävää teollisuutta ja vihreää kasvua”, sanoo Tekniikan Akatemia TAF:n hallituksen puheenjohtaja, professori Marja Makarow.

Palkitun menetelmän tärkeäksi sovellutusalaksi on vihreän kemian ja uusiutuvan energian ohella noussut myös lääketeollisuus. Arnoldin innovaatiolla voidaan rakentaa entsyymejä entistä tehokkaampaan lääkkeiden valmistukseen. Menetelmällä on luotu useita lääkkeitä, esimerkiksi uudenlainen lääke tyypin 2 diabetekseen.

Vahva roolimalli naisille

Frances Arnold toimii Caltechissa (California Institute of Technology) kemiantekniikan, biotekniikan ja biokemian professorina. Arnold on uransa alusta saakka ollut edelläkävijä aiemmin varsin miehisellä alalla. Hän on muun muassa ensimmäinen nainen, joka on valittu kaikkiin kolmeen USA:n kansalliseen tiedeakatemiaan.

”Toivon, että nuoret naiset voivat nähdä itsensä minun paikalleni. Haluaisin palkitsemiseni korostavan sitä, että naiset pystyvät rakentamaan vankan tiede- ja teknologiauran, vaikuttamaan maailmaan ja saamaan tunnustusta”, Arnold sanoo.

Miljoonan euron arvoinen Millennium-teknologiapalkinto jaettiin tänään seitsemättä kertaa.

Artikkeli on Tekniikan akatemian lähettämä tiedote hieman toimitettuna.

Miller ja Harold Clayton Urey ottivat kaksi, huolellisesti steriloitua lasisäiliötä, josta toinen alemmaksi sijoitettu sisälsi noin puoliväliin vettä (H₂O) ja se oli yhdessä toiseen, ylemmäksi sijoitettuun lasipalloon. Niiden sisällä oli kaasua, joka koostui ammoniakista (NH₃), metaanista (CH₄) ja vedystä (H₂).

Ylemmässä astiassa oli lisäksi elektrodipari, jonka avulla kaasuun aiheutettiin sähköpurkauksia.

Idea oli hyvin yksinkertainen, sillä Miller ja Urey koettivat jäljitellä näin maapallon ammoisia olosuhteita sellaisina kuin ne 50-luvun alussa oletettiin. Vesi vastasi merta ja vety, ammoniakki sekä metaani muodostivat yksinkertaistettuna ilmakehän. Sähköpurkaukset puolestaan olivat salamaniskuja.

Tässä ovat kaikki kalenterin luukut joululukemiseksi!

Aurinkokennoissa, viihde-elektroniikassa ja monissa muissa valoa hyödyntävissä sovelluksissa tarvitaan erilaisia ohutkalvoja optisissa pinnoissa. Kyseessä ovat erilaiset modernin fotoniikan sovellukset, joita voidaan tehdä nyt lähes räätälintyönä nanomittakaavassa. 

Näiden ohuiden ja järjestäytyneiden rakenteiden suunnittelu täytyy aloittaa atomi- ja molekyylitasolta, ja Tampereen teknillisessä yliopistossa ensi perjantaina väittelevän diplomi-insinööri Essi Sariola-Leikkaan väitöstyössä on keksitty uusi tapa tehdä näin uudenlaisilla itsekiinnittyvillä kemiallisilla rakennuspalikoilla.

"Itsekiinnittyvät molekyylit mahdollistavat jopa monikerroksisten ohutkalvojen valmistuksen yksinkertaisella tavalla", selittää Essi Sariola-Leikas, joka toimii tutkijana TTY:n kemian ja biotekniikan laitoksella supramolekulaarisen valokemian tutkimusryhmässä.

Väitöstyössään Sariola-Leikas valmisti useita valoaktiivisia orgaanisia väriaineita, muun muassa klorofyllin eli lehtivihreän johdannaisia. Näihin molekyyleihin liitettiin erilaisia niin sanottuja ankkuriryhmiä. Ankkurit kiinnittivät molekyylit kiinteille pinnoille tasaiseksi kaksiulotteiseksi kerrokseksi.

"Kukin pintamateriaali vaatii oman ankkuriryhmänsä", jatkaa Sariola-Leikas.

"Kiinnittyminen pintaan tapahtuu kuin itsestään, spontaanisti. Molekyyleille on vain annettava suotuisat olosuhteet toteuttaa tämä prosessi itse."

Tutkimuksessa molekyylit kiinnittyivät pinnalle kontrolloidusti. Yksinkertaisella tekniikalla onnistuttiin valmistamaan jopa kymmenen molekyylikerroksen paksuisia, stabiileja ja hyvin voimakasvärisiä rakenteita.

Ja mikä mielenkiintoisinta, rakentuivat nämä kerrokset kuin legopalikoiden muodostamat tornit, kerros kerrokselta.

Menetelmässä hyödynnettiin kemiallista metalli-ligandi-vuorovaikutusta.

Kyse on supramolekulaarisen kemian perustutkimuksesta, jolla ei ole suoraa, välitöntä sovelluskohdetta, mutta paljon mahdollisuuksia erilaisten – mahdollisesti jopa mullistavien – valoaktiivisten rakenteiden hyödyntämisessä.

Esimerkiksi valolla toimivat, kehitteillä olevat optiset tietokoneet tarvitsevat hyvin paljon uudenlaista fotoniikkaa, kuten myös uudenlaiset aurinkopaneelit. Samoin tiedonvälityksessä valoa käyttävät laitteet ovat riippuvaisia fotoniikasta sekä optisten osien pinnoitteista.

Essi Sariola-Leikkaan väitöskirjaa voi lukea osoitteessa http://URN.fi/URN:ISBN:978-952-15-3623-6.

Tämä teksti perustuu TTY:n lähettämään tiedotteeseen.

Luonnontieteiden Nobel-palkintojen viimeinen, kemian palkinto, menee tänä vuonna osittain takaisin Ruotsiin, sillä yksi kolmesta palkinnonsaajasta on ruotsalainen – vaikkakin vaikuttaa Brittein saarilla. Tomas Lindahl saa palkinnon yhdessä amerikkalaisen Paul Modrichin ja amerikkalaistuneen turkkilaisen Aziz Sancarin kanssa .

Kolmikko on kartoittanut molekyylitasolla sen, kuinka sovut korjaavat vaurioitunutta DNA-kaksoiskierrettään ja siten auttaa geenejämme vastustamaan haitallisia mutaatioita ja muita vaurioita.

Löytö paitsi on auttanut ymmärtämään paremmin solun toimintaa, niin sen avulla on myös keksitty uudenlaisia hoitoja mm. syöpäsairauksiin.

Solujemme geenit vaurioituvat koko ajan

Etenkin geenimuuntelusta puhuttaessa tuntuu usein siltä, että monet olettavat geenien pysyvät luontaisesti koko ajan samanlaisina. Näin ei ole, vaan koko ajan soluissamme ja niiden perintötekijöissä tapahtuu muutoksia.

Luonnossa oleva luontainen säteily, ultraviolettivalo, elintarvikkeissa ja hengitysilmassa olevat karsinogeenit ja monet muut seikat saavat aikaan sen, että soluissamme tapahtuu koko ajan vaurioitumista. Geenitietoa sisältävä DNA on myös sinällään epävakaa ja haluaa purkautua itsestään. 

Kun DNA kopioi itseään solujen jakautuessa, tapahtuu tässäkin virheitä. 

Kun nämä kaikki lasketaan yhteen, tapahtuu meissä kaikissa tuhansia mutaatioita ja miljoonia kopiointivirheitä joka päivä. 

Tästä ei kuitenkaan aiheudu meille normaalisti mitään haittaa, koska soluissa olevat turvasysteemit huolehtivat koodin korjaamisesta. Mutta joskus tämä ei onnistu, ja tuloksena saattaa olla esimerkiksi syöpä.

Juuri näitä molekyylitason korjausprosesseja ja niiden toimintaa käytännössä ovat tämän vuoden nobelistit selvitelleet.

Tie tämän prosessin ymmärtämiseen alkoi 1970-luvulla, jolloin vielä kuviteltiin DNA:n olevat hyvin vakaa ja pysyvä. Tomas Lindahl osoitti kuitenkin tuolloin, että DNA hajoaa oikeasti niin nopeasti, että ilman jonkinlaista korjaus- ja huoltoprosessia ei elämä maapallolla olisi edes mahdollista.

Aziz Sancar puolestaan keskittyi tutkimaan sitä, miten ihon solut suojaavat itseään ultraviolettivaloa ja sen aiheuttamia vaurioita vastaan. Ihmiset, joilla tämä prosessi ei toimi kunnolla, ovat hyvin herkkiä saamaan ihosyövän pienestäkin altistumisesta Auringon valolle, ja Sancar onnistui selvittämään kuinka solujen nukleotidit (DNA:n rakenneyksiköt) korjaavat itsestään vaurioita.

Seuraavaksi Paul Modrich keskittyi DNA:n kopioitumisessa tapahtuvien virheiden automaattiseen korjaamiseen. Hänen löytämänsä mekanismi auttaa geeniä vähentämään virheitä solunjakautumisen aikana tuhatkertaisesti. Samalla tutkimus paljasti esimerkiksi sen, että periytyvässä paksusuolen syövässä kyse on pitkälti tämän korjausmekanismin toimintahäiriöstä.

Tämä osaltaan osoittaa hyvin, miten lääketieteellinen perustutkimus tuottaa erittäin hyödyllisiä käytännön sovelluksia.