Kemiallinen joulukalenteri 7/24: Etikkasilakoita ja balsamicoa

Kuva: CCFoodTravel.com / Flickr
Kuva: CCFoodTravel.com / Flickr
Etikkahappomolekyyli
Silakoita
Kuva: CCFoodTravel.com
Kuva: CCFoodTravel.com
Kuva: CCFoodTravel.com
Modenan balsamicoetikkaa

Joulukalenterimme luukun raosta lorisee tänään monikäyttöistä etikkaa.

Päivän kuva

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 %.

Etikkahappomolekyyli
Silakoita
Yllä: Etikkahapolla maustetaan makoisia ruokia. Valokuva: Blue moon in her eyes / Flickr

Etikkalaatuja on monia, riippuen lähtöaineista sekä valmistusmenetelmistä. Vanhalla Orleans-pintamenetelmällä viini etikoituu hiljakseen tynnyreissä bakteerien toimiessa pinnalta käsin, tuoreemmissa metodeissa alkoholi taas valutetaan bakteeripitoisen ritilän läpi. Tai sitten bakteerit sekoitetaan koko nesteeseen.

Kaupassa myytävä balsamico eli "balsamietikka" on muuten yleensä väärennöstä. Aito balsamico maksaa jopa satoja euroja litralta, eikä sitä saa lähikaupasta muutamalla eurolla. Niissä myydään vain normaalia viinietikkaa, johon on lisätty elintarvikevärejä ja rypälemehua. Aito balsamico on hyvin hidasta ja työlästä valmistaa, sillä prosessiin kuuluu vuosien pituinen tynnyrissä väkevöittämisen vaihe.

Puhdasta etikkahappoa kutsutaan jääetikaksi. Sen jäätymis- (eli sulamispiste) on vain 17 °C, ja nesteestä nousevat höyryt ovat ilmaa raskaampia. Aine on hygroskooppinen eli se imee itseensä kosteutta ympäristöstä.

Etikkahappo on kemianteollisuuden tärkeimpiä raaka-aineita: Sitä hyödynnetään paitsi elintarvikkeiden lisäaineena (E260), myös lääkkeiden, hajusteiden, värien, muovien ja biomuovien, pehmitinaineiden, asetaattikuitujen sekä monien muiden kemikaalien valmistuksessa.

Alla vielä näkymiä Giuseppe Giustin tiloista Italian Modenasta. Se on maailman vanhin aitoa balsamicoa valmistava yritys. 

Kuvat, mukaanlukien otsikkokuva: CCFoodTravel.com / Flickr

Lähteet: TyöterveyslaitosRajamäen / Berner

Kuva: CCFoodTravel.com
Kuva: CCFoodTravel.com
Kuva: CCFoodTravel.com
Modenan balsamicoetikkaa

Kemiallinen joulukalenteri 6/24: Polyesterilippumme

Kuva: Alexander Federley 1898
Kuva: Alexander Federley 1898
Lippu
Kuitujen vertailua

Suomen lippu esitettiin tiettävästi ensimmäisen kerran julkisesti 13.5.1848, samassa tilaisuudessa kuin Maamme-laulu julkistettiin. Kansallistuntoa tihkuva tilaisuus oli silloisen Keisarillisen Aleksanterin yliopiston ylioppilaskunnan kevätjuhla, Floranpäivän juhla.

Päivän kuva

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.

Lippu

Tiedetuubin kemialliseen joulukalenteriin aihe sopii siksi, että nykylippujen tyypillisin valmistusaine, polyesteri. Siitä tehty lippukangas kestää erittäin hyvin käyttöä ja säätä, jopa auringonvaloa.

Polyesteri on muovia, aivan kuten pari päivää sitten käsittelemämme PVC:kin. Polyesterin historia alkaa 1930-luvulta, jolloin yhdysvaltalainen kemisti Wallace Hume Carothers loi pohjan alkoholien ja karboksyylihappojen sekoittumistutkimuksillaan monille erilaisille uusille muoveille. Hän toimi DuPont -yhtiön orgaanisen kemian yksikön johtajana ja hänen johdollaan kehitettiin muun muassa nylon.

Nylon nähtiin sen verran kiinnostavana, että muut tavat tehdä jänniä kuituja jäivät DuPont-yhtiössä taka-alalle, joten polyesterin kehittivät ensinnä brittitutkijat John Whinfield ja James Dickson vuonna 1941. Siinä ohessa syntyivät myös samankaltaiset muovit, jotka tunnetaan nyt mm. tuotenimillä Dacron ja Teryleeni. Laajempaan käyttöön nämä tulivat 1950-luvulla, jolloin ne saavuttivat suurta suosiota vaatteissa, joita ei täytynyt silittää.

Polyesteri koostuu ohuista muovikuiduista, jotka useimmiten punotaan kankaaksi tai kierretään langaksi. Kuitu valmistetaan yleensä kätevällä sulakehruumenetelmällä. Siinä sulatettua lähtöainetta puristetaan kehruusuulakkeiden läpi ja jäähdytetään kuiduksi. Kuidun paksuutta (jopa molekyylikokoa) voidaan samalla muokata. Näin vaikutetaan kuidun lujuuteen, joka voi lähennellä jopa terästä.

Polyesteriä muokkaamalla saadaan aikaan vaikkapa erikoislujia, kiharia, kutistuvia, antistaattisia, nyppyyntymättömiä, profiloituja, palosuojattuja, onttoja sekä mikrokokoisia kuituja. Kuidun käyttökelpoisuus hyvin erilaisiin käyttötarkoituksiin sekä sen kestävyys on tehnyt siitä varsin suositun. Aine ei myöskään lujuutensa vuoksi rypisty juuri ollenkaan, ja oikenee usein itsestään.

Kuitujen vertailua

Valmistustekniikkansa vuoksi polyesteri on täysin kierrätettävä kuitu. Siitä tehdyt tuotteet voidaan sulattaa ja käyttää yhä uudestaan. Teoriassa ainakin.

Polyesteriä sekoitetaan usein luonnonkuituihin parantamaan niiden ominaisuuksia, kuten esimerkiksi kutistumisalttiutta tai rypistymistä.

Rakas siniristilippumme ei siis ole missään nimessä alkuperäinen, vaan kehittynyt aikojen saatossa monien vaiheiden kautta nykyisenlaiseksi. Lippu ei fyysisestikään voi olla täysin kotimainen, sillä ainakin muovin raaka-aineet täytyy tuoda ulkomailta (meillä kun ei ole omia öljyvarantoja). Mutta useat firmat kyllä tekevät itse ja kauppaavat niin suomalaisia lippuja kuin nykyään vain voi olla (esimerkkinä Suomalaisuuden liitto, Helsingin lipputehdas).

Lipun henki on kuitenkin aina ihan täysin suomalainen. Ja siitä saa ja kannattaa olla ylpeä.

Rauhallista ja mukavaa itsenäisyyspäivää kaikille lukijoille!

Kemiallinen joulukalenteri 4/24: PVC ja muut joulumuovit

Kuva: Sean McMenemy
Kuva: Sean McMenemy
Polyvinyylikloridi
Muovijätteen kierrätysohjeet
Kuva: Caitlyn Willows
Kuva: David Prasad / Flickr
Kuva: David Prasad / Flickr

Joulu on muovintäyteistä aikaa. Tuorekelmu, polyesterikuidut, joulupukin naamari, kuplamuovipehmusteet, tehdaspakkaukset, muovikuusi ja -koristeet. Mistä se kaikki oikein tulee?

Päivän kuva

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.

Polyvinyylikloridi

PVC eli polyvinyylikloridi sisältää paljon klooria, enimmillään sitä on jopa kaksi kolmasosaa. PVC:tä poltettaessa syntyy paitsi suolahappoa myös erittäin myrkyllisiä dioksiineja. Koska kaikissa polttolaitoksissa ei ole valmiuksia poistaa aineita palokaasuista, PVC-muovit kannattaakin pistää kaatopaikalle menevään sekajätteeseen.

Lähes kaikki muut yleisimmät muovit voidaan hävittää energiajätteenä. Samalla tosin muoveihin varastoitunut hiili päästetään lämmittämään ilmakehää.

Vuonna 2016 pakkausmuovien kierrätyksessä on tarkoitus ottaa aimo askel eteenpäin. Pullojen ja muovipussien kierrätysmahdollisuushan löytyy nykyään (lähes) joka kaupasta.

Mutta mistä muovi tulee? Sitä valmistetaan lähinnä öljystä, polttoainetuotannon sivutuotteena. Sellaisista hiilivedyistä, jotka ilman muoveiksi muuttamista todennäköisesti tupruteltaisiin tavalla tai toisella taivaalle. Kaikesta ihmiskunnan käyttämästä öljystä vain muutama prosentti päätyy muoveiksi, ja muovin tuotannon vaikutuksen on arvioitu olevan häviävän pieni osa kasvihuonekaasupäästöistä. Suomessa muovituotteita valmistetaan noin 600 000 tonnia vuodessa.

Otsikkokuva: Sean McMenemy / Flickr
Valokuvat alla: Caitlyn Willows, David Prasad / Flickr

Muovijätteen kierrätysohjeet
Kuva: Caitlyn Willows
Kuva: David Prasad / Flickr
Kuva: David Prasad / Flickr

Kemiallinen joulukalenteri 3/24: Jokapaikan arabikumi

Arabikumipalluroita
Arabikumipalluroita
Arabikumipuu
Arabikumia
Acacia

Mitä yhteistä on akvarellikuvitetuilla joulukorteilla, nuoltavilla joulupostimerkeillä, joulupaketista löytyvillä kumikarkeilla, sekä uudenvuoden ilotulitteilla?

Päivän kuva

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.

Arabikumipuu
Arabikumia

Yllä: Arabikumia saadaan akaasioista, joiden kovettunut maitiaisneste murskataan pulveriksi. (Nature And / Flickr)

Arabikumi on koostumukseltaan sekoitus mono- ja polysakkarideja sekä glykoproteiineja. Aine on makeahkoa, vesiliukoista ja lähes väritöntä.

Sitä käytetään kiinnike- ja sidosaineena hyvin monenlaisiin tarkoituksiin. Arabikumin viskositeettia kontrolloivia ominaisuuksia hyödynnetään ainakin lääkkeissä, väreissä, liimoissa ja kosmetiikassa. Hiuslakoistakin sitä voi löytyä.

Elintarvikkeissa arabikumi on varsin yleinen sakeuttava lisäaine (E414). Joidenkin viinikumimakeisten koostumuksesta yllättävän suuri osa on akaasiapuusta lähtöisin, toisissa kumimaisuus taas saadaan aikaan muilla hyytelöintiaineilla. Vaihtoehtona on esimerkiksi liivate, jota saadaan pääasiassa eläinten luista ja nahasta keittämällä.

Yleisesti ottaen arabikumi ei tunnu vaikuttavan normaalikäytössä ihmisten terveyteen lähes ollenkaan, suuntaan tai toiseen (lukuunottamatta tietysti aineelle allergisia). Pieniä viitteitä joistain vaikutuksista kuitenkin on, etenkin jos ainetta nautitaan erityisen paljon tai jos sille altistutaan muulla tavoin harvinaisen suurissa määrin.

Muista käydä vilkaisemassa Tiedetuubin joulukalenterin muidenkin luukkujen taa!

Otsikkokuva: Arabikumin raaka-ainetta ennen murskausta.
Alla: Acacia seyal, toinen arabikumin tuottajapuista (لا روسا / Flickr)

Acacia
Kemiallinen joulukalenteri 1/24: Mitä steariini oikein on? Jarmo Korteniemi To, 01/12/2016 - 05:15
Kuva: Flickr / Jyväskylän seurakunta
Kuva: Flickr / Jyväskylän seurakunta
Steariini
Kuva: FaceMePLS / Flickr

Tiedetuubi käyttää kierrätyskaleneria: viimevuotinen kemiallinen joulukalenteri sai sen verran kiitosta, että se kannattaa laittaa pramille toisenkin kerran. Siis tänä juhlakautena esittelemme uudelleen 24 erilaista joulun tekevää ainetta ja kerromme niiden tarinan.

Päivän kuvaOn joulukuu ja Ensimmäisenä otamme esiin kynttilät, koska niistä on iloa jo nyt joko synkkää syystalven säätä piristämään tai adventtipyhiä juhlistamaan.

Vaikka kynttilöiden valumia ja niistä jääviä tahroja sanotaankin steariiniksi, ei aine itse asiassa aina ole steariinia.

Se aito ja oikea steariini on peräisin nautojen, lampaiden tai vuohien rasvasta, tai vaihtoehtoisesti palmuöljystä. Steariinia on osattu valmistaa vasta 1800-luvun alusta lähtien. Sitä ennen kynttilöiden vaha tehtiin pahanhajuisesti savuttavasta talista, kalliista mehiläisvahasta, sekä valaanrasvasta. Steariini paransi tilannetta.

Nykykynttilöiden vaha on kuitenkin usein öljynjalostuksen sivutuotteena saatavaa parafiinia. Steariinista sen erottaa hajun perusteella: hyvälaatuinen parafiini ei haise oikein millekään, huonompi taas voi jopa löyhkätä pahalle, ja savuttaa poltettaessa. Steariini tuoksuu hyvälle, ikään kuin "oikealle" kynttilälle.

Steariini

Steariini on 173 atomin muodostama pitkä orgaaninen molekyyli (C57H110O6). Se on triglyseridi, joka koostuu kolmesta rasvahaposta ja glyserolista. Rasvahapot voivat käytännössä olla joko steariinihappoapalmitiinihappoa, tai oleiinihappoa, riippuen hieman valmistustavasta ja lähtörasvoista.

Steariini on polymorfinen aine. Sellaisella on useita erilaisia kidemuotoja, steariinin tapauksessa kolmenlaisia. Rakenteesta riippuen steariinikiteet voivat sulaa jo 54 asteessa, mutta kynttilöissä käytetty steariini kestää noin 70 asteen kuumuuden.

Steariinin valmistuksessa hyödynnetään juuri aineen verrattain korkeaa sulamislämpötilaa sekä hydrolyysiä.

Alla olevassa kuvassa on Goudassa sijaitsevan hollantilaisyhtiön ääriperinteisiä kynttilöitä, mutta kannattaa muistaa, että myös Suomessa on useita kynttilänvalmistajia pienistä käsityöpajoista suurehkoihin vientiyrityksiin – ja näiden kotimaista työtä kannattaa tukea etenkin näin jouluaikaan! 

Suurimpia suomalaisia kynttilätekijöitä ovat "se perinteisin" Havi ja Fiskarsin ruukkikylässä oleva modernimpi Desico. Oitissa toimiva perheyritys Lahtisen vahavalimo paljastaa sivuillaan myös kynttilöidensä koostumuksen! 

Lisätietoja kynttilöiden materiaaleista löytyy myös esim. Kuningaskuluttajan artikkelista.

Muista käydä vilkaisemassa Tiedetuubin joulukalenterin muidenkin luukkujen taa!

Otsikkokuva: Jyväskylän seurakunta / Flickr
Valokuvat alla: FaceMePLS / Flickr

Kuva: FaceMePLS / Flickr

Suunnatun evoluution äiti sai Millennium-palkinnon

Frances Arnold
Frances Arnold


California Institute of Technologyssa kemiantekniikan, biotekniikan ja biokemian professorina toimiva Frances Arnold on kehittänyt uuden ja nopean tavan muokata proteiineja – tekniikan, jonka ansiosta uusiutumattomia ja kalliita raaka-aineita käyttävää tuotantoa voidaan korvata kestävän kehityksen mukaisesti useilla teollisuuden aloilla.


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.

Salamoita ja soppaa ajalta ennen elämän kehittymistä

Miller tekemässä koettaan
Miller tekemässä koettaan

63 vuotta sitten tänään julkaistiin Science -lehdessä mielenkiintoinen ja kuuluisaksi muodostunut tutkimus: Chicagon yliopiston tutkija Stanley L. Miller (kuvassa vasemmalla) kertoi kehittäneensä elämän peruspalikoita koejärjestelyssä (kuvassa oikealla), joka jäljitteli varhaisen maapallon olosuhteita. Eivätkä olot olleet kovin mukavat.

Päivän kuvaMiller 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.

Kokeen annettiin jatkua viikon päivät, minkä jälkeen tutkijakaksikko huomasi, että 10–15 % hiilestä oli sitoutunut orgaanisiin yhdisteisiin. Erityisesti 2 % hiilestä oli muodostanut proteiinien rakennusosina toimivia aminohappoja. 

Kaikkiaan koe tuotti 13 elämän tarvitsemista 22 aminohaposta ja viittä erilaista amiinia. Lisäksi astiaan kertyi sokereita, lipidejä ja DNA:n ja RNA:n sisältämiä nukleotidiemäksiä. Proteiineja, DNA:ta tai RNA:ta itsessään kokeessa ei muodostunut.

Vaikka koe ei vastaakaan enää nykytiedon mukaan täysin varhaisen maapallon olosuhteita, on se edelleen merkkipaalu kokeellisessa elämän synnyn tutkimisessa sekä periaatteeltaan erittäin käyttökelpoinen mm. jäljittelemään syvänmeren vulkaanista ympäristöä, jossa on korkea lämpötila ja suuri paine. 

Sinänsä kiinnostavasti vain paria viikkoa Millerin historiallisen artikkelin jälkeen Nature -lehdessä julkaistiin toinen elämän perusteiden kannalta tärkeä tutkimus, missä James Watson ja Francis Crick kertoivat löytäneensä DNA:n kaksoiskierteen.

Joulu on täynnä kemiaa: tässä ovat kaikki joulukalenterin luukut

Kemiallisen joulukalenterin kuva
Kemiallisen joulukalenterin kuva

Tiedetuubi on laskenut aikaa jouluun tänä vuonna kemallisella joulukalenterilla. Itse asiassa koko joulu koostuu erilaisista asioista, ilmiöistä ja tuotteista, joissa on takana kemiaa – tulitikuista mirhamiin, kynttilöiden steariinista päänsärkylääkkeisiin.

Tässä ovat kaikki kalenterin luukut joululukemiseksi!

1: Mitä steariini oikein on?

2: Parasetamolilla joulukipujen kimppuun

3: Jokapaikan arabikumi

4: PVC ja muut joulumuovit

5: Hyvää ja nokista joulua!

6: Polyesterilippumme

7: Etikkasilakoita ja balsamicoa

8: Onko joulua ilman suklaata?

9: Pumpulia ja puuvillalankaa

10: Hiilihapollista sihijuomaa

11: Litium saa joulun tähdet välkkymään

12: Kaneli vie kielen mennessään

13: Lucia muistuttaa D-vitamiinista

14: Hyvä paha alkoholi

15: Kuinka pukin parta pysyy paikallaan?

16: Mikä yhdistää hehkuviiniä ja lastulevyä?

17: Hajusintti ja muut joulukukat

18: Valkoinen joulu vaikka väkisin

19: Teemme tulta 1800-luvun tapaan

20: Joulusiivouksen taikaa

21: Paperinen joulu

22: Kehonsisäinen unilääke

23: Petterin ja vähän muidenkin kuonojen loiste

24: Mitä ihmettä on mirhami?

Bonusluukkuja:

25: Närästääkö? Vatsastasi nousee happoja!

26: Mikrobien juhlaa

27: Kohta paukkuu! (Ruuti ja ilotulitteet)

Optisia ohutkalvoja lähes räätälintyönä rakennuspalikoiden avulla

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.

Kemian Nobel DNA:n korjausboksista kolmelle

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.