Professori Markku Leskelä – palkittu ALD-tutkimuksen pioneeri

Markku Leskelä väitteli tohtoriksi Teknillisessä korkeakoulussa keväällä 1980. Loppuvuodesta tekniikan tohtori Tuomo Suntola otti yhteyttä Otaniemeen ja tästä yhteydenotosta käynnistyi tutkimus, joka jatkuu edelleen.

Professori Markku Leskelä istuu kemian laitoksella analyysilaitteiden äärellä, takana häämöttää alkuainetaulukko.

ALD osoittautui varsin inspiroivaksi ja ehtymättömäksi tutkimusaiheeksi, josta alkoi putkahdella lukuisia onnistumisia. Vuosina 2012-2017 Markku Leskelä johti Suomen Akatemian atomikerroskasvatuksen huippuyksikköä. Hänestä on tullut alansa johtava tutkija, jonka työ on huomioitu monin palkinnoin.

Alussa haasteena oli valmistaa elektroluminesenssikalvoja atomikerroskasvatuksella

Kun Markku Leskelä siirtyi Teknillisestä korkeakoulusta professoriksi Helsingin yliopistoon, hän vei mukanaan ALD-tutkimuksen. Alussa haasteena oli valmistaa elektroluminesenssinäyttöjä.
Seuraavassa podcastissa Markku Leskelä muistelee alkuaikojaan ALD:n kimpussa.

 

Professori Markku Leskelä muistelee alkuaikoja ALD:n kimpussa.

Elektroluminesenssinäyttöihin haluttiin eri värit, mutta niiden toteuttamisesta tulikin melkoinen haaste. Varsinkin sininen väri tuotti tutkijoille tuskaa. Lopulta ratkaisu löytyi yllättävältä suunnalta.

Markku Leskelä kertoo EL-värien haasteista.

Lopulta elektroluminesenssinäyttöjen tutkimuksesta luovuttiin Helsingin yliopistossa mutta tutkimus atomikerroskasvatuksen parissa ei suinkaan loppunut vaan jatkuu yhäkin.

Leskelän tutkimusryhmä on innovoinut lukuisia kiinnostavia ALD-kalvoja ja raportoinut tulokset kansainvälisissä tieteellisissä lehdissä.

Leskelän tutkimusryhmä on innovoinut lukuisia kiinnostavia ALD-kalvoja ja raportoinut tulokset kansainvälisissä tieteellisissä lehdissä.

Markku Leskelä kertoo sovelluksista ja tämän hetken kuumasta tutkimusaiheesta.

Atomikerroskasvatuksena tunnetun menetelmän kehitti fyysikko, tekniikan tohtori Tuomo Suntola, joka ”kemian piirin ulkopuolelta” löysi nerokkaan konstin valmistaa pinnoille atomaarisia kerroksia kemiallisten reaktioiden avulla. Suntola palkittiin työstään Millennium-teknologiapalkinnolla vuonna 2018.
Jo aiemmin venäläiset tutkijat Koltsov ja Aleskovskii Leningradin teknillisessä yliopistossa olivat 1960-luvulla tutkineet atomikerroskasvatuksen periaatteita, mutta heidän venäjänkielisistä julkaisuistaan ei kantautunut tietoa Suomeen.

Tuomo Suntola kutsui atomikerroskasvatusta nimellä atomikerrosepitaksia eli ALE. Fyysikot eivät oikein hyväksyneet nimeä, ja niinpä Markku Leskelä teki uuden nimiehdotuksen joka sitten vakiintuikin käyttöön.

Fyysikko Tuomo Suntola löysi uuden tavan tehdä kemiaa. Kuinka nimi lopulta muutettiin? Markku Leskelä kertoo.

STEM-mikroskooppikuvassa atomikerroskasvatuksella tehtyä SnS2-rakennetta eli tinasulfidia, joka näkyy kuvassa vaaleana kerroksena. Kuva Markku Leskelä, Miika Mattinen/Helsingin yliopisto.

Neljän nanometrin paksuista SnS2 -eli tinasulfia ALD:lla toteutettuna.
Kuva: Markku Leskelä ja Miika Mattinen, Helsingin yliopisto.

Nanohiukkanen vie lääkeaineen kohdesoluihin – radioleimatun hiukkasen kulkua voidaan seurata

Helsingin yliopiston ja Turun yliopiston yhteistyönä pienestä nanohiukkasesta on räätälöity lääkeaineen kuljetin, jonka liikkumista elimistössä voidaan seurata PET-kameralla. Menetelmä kelpaa kliiniseen käyttöön, vaikkapa syöpälääkkeen tehon arviointiin. 
Apulaisprofessori Anu Airaksinen hiukkaskiihdyttimen äärellä. Kiihdytimellä valmistetaan radionuklideja.
Huokoisen piinanohiukkasen on innovoinut professori Jarno Salosen tutkimusryhmä Turun yliopistossa. Apulaisprofessori Helder Santos Helsingin yliopiston farmasian tiedekunnassa on tutkinut, kuinka nanohiukkaseen saadaan pakattua mahdollisimman suuri lääkeainemäärä. Santosin ryhmässä hiukkasen pintarakennetta on myös jalostettu niin, että se hakeutuu haluttuun paikkaan elimistössä kuten syöpäkudokseen. Apulaisprofessori Anu Airaksisen radiokemian tutkimusryhmä Helsingin yliopistossa on syventynyt radioleimaukseen, jota tarvitaan hiukkasen kulunseurantaan. Kyse on teranostiikan tutkimusalasta, jossa diagnostiikka ja terapia on kytketty samaan kemialliseen rakenteeseen. Kun kyseiset tehtävät on pakattu nanohiukkaseen kuten tässä, puhutaan nanoteranostiikasta.

Apulaisprofessori Anu Airaksinen johdattelee teranostiikan tutkimusalueeseen.

Piinanohiukkasesta jalostuu kemistin konstein lääkeaineen nanokuljetin

Huokoinen piinanohiukkanen ei kelpaa kuljettimeksi sellaisenaan vaan siitä jalostetaan kuljetin kemiallisin konstein. Hiukkasen huokosrakennetta muokataan niin, että lääkeaine pysyy huokosissa kuljetuksen ajan. Hiukkasen pinnalle kerrostetaan molekyylejä, jotka huolehtivat siitä ettei elimistö tunnista ja hyljeksi pikkukuljetinta. Pintaa kuorrutetaan myös kemiallisin tunnistimin, jotka takaavat hiukkasen matkaavan kohdekudokseen eikä muualle elimistöön. Biokemialliset tunnistimet valitaan sovelluksesta riippuen, kohdekudoksen mukaan. Näiden käsittelyjen jälkeen hiukkanen on valmis töihin.  

Anu Airaksinen kertoo piihiukkasen räätälöinnistä.

Radioleiman ansiosta hiukkasen liikkumista voidaan seurata

Tutkijat haluavat olla varmoja siitä, että nanokuljetin hakeutuu elimistössä kohdekudokseen. Niinpä apulaisprofessori Anu Airaksisen tutkimusryhmä on innovoinut kulunseurantaan erilaisia radioleimausmenetelmiä, joiden ansiosta kuljettimen etenemistä elimistössä voidaan seurata esimerkiksi positroniemissiotomografian eli PET-kameran avulla.  

Anu Airaksinen kertoo radioleimausmenetelmistä ja kuvantamisesta. Tutkijat näkevät, tunkeutuuko nanolääke syöpäkudoksen sisäosiin.

Vuonna 2008 alkanut yhteistyö on edistynyt hyvin. Anu Airaksinen pitää lupaavimpana ja hienostuneimpana pienimolekyylisen radioleimatun jäljittimen käyttöä. Kun jäljitin annostellaan elimistöön, se etsii nopeasti nanokuljettimen ja reagoi sen kanssa kemiallisesti. Kuljetin saa reaktiossa radioleiman ja sen paikka nähdään PET-kameran kuvasta. Menetelmällä on hyvät edellytykset kliiniseen käyttöön, koska sairaaloissa on valmiina tarvittava infrastruktuuri.

Anu Airaksinen kertoo lupaavasta menetelmästä, jossa lääkkeellä ladattu nanokuljetin jäljitetään pienmolekyylisen radioleimatun yhdisteen avulla.

Reaktori radiokemistin tarpeisiin, kun kemiallisiin reaktioihin käytetään radionuklideja. Reaktori on suojakaapissa ja reagoivat aineet lisätään reaktioastiaan ulkopuolelta ohjaten.

Radiokemian yksikössä on oma hiukkaskiihdytin

Tutkimuksen vaatimia lyhytikäisiä radionuklideja valmistetaan hiukkaskiihdyttimessä Helsingin yliopiston radiokemian yksikössä. Anu Airaksinen laittaa valkoisen laboratoriotakin päälle ja suuntaa kiihdyttimen äärelle esittelemään nuklidien valmistusta.

Anu Airaksinen kertoo radionuklidien valmistuksesta kiihdyttimen äärellä. Kiihdyttimessä tuotetaan fluori-18 –radionuklidia, jonka puoliintumisaika on 2 tuntia ja C-11 –nuklidia, jonka puoliintumisaika on 20 minuuttia.

Jutun toimitus ja valokuvat: Sisko Loikkanen

Henrik Alfred Wahlforss

Helsingin teknillisen kemian opetuksen rakentaja

Henrik Alfred ”Fisken” Wahlfors syntyi  8. huhtikuuta 1839 Kristiinankaupungissa. Valmistuttuaan Aleksanterin Yliopistosta kandidaatiksi vuonna 1861 Wahlforss aloitti kolme vuotta kestäneet jatko-opinnot Zürichissä, Hannoverissa ja Göttingenissä, jossa hän opiskeli aikansa tunnetuimman orgaanikon Friedrich Wöhlerin johdolla. Wahlforss matkusti sekä omin varoin, että yliopiston matkastipendien turvin hankkiessaan tietoja orgaanisen kemian ja kemianteollisuuden kehityksestä.

Väitöskirja Helsingin yliopistossa

Wahlforssin väitöskirja Bidrag till kännedomen af reten valmistui Helsingin yliopistossa 1868, ja sitä voidaan pitää ensimmäisenä teknillisen kemian alan väitöskirjana Suomessa. Julkaisu liittyi Ernst E. Quistin kanssa tehtyihin laajoihin tervateollisuuden kehittämiseen liittyviin tutkimuksiin.

Myöhemmin Wahlforss täydensi opintojaan Pietarissa Friedrich Konrad Beilsteinin laboratoriossa. Hänen koulutuksensa ja yhteytensä pohjautuivat aikakautensa huippututkimuksen tuntemiseen. Värikkäidenkin opiskeluvuosiensa jälkeen hän ajautui aluksi tuntiopettajaksi Helsingin Polyteknilliseen kouluun, jossa hän sitten toimi vakinaisena opettajana ja professorina kokonaisen kemistisukupolven kasvattajana. Kemian oppiaine sisälsi 1800-luvun lopulla kaikkien mateiriallien tutkimukseen liittyvien oppiaineiden alat. Mineralogian opetus alkoi Polyteknillisessä opistossa varsinaisena oppiaineena 1872. Aina vuoteen 1878 asti sitä opetti Wahlforss. Tämän jälkeen tehtävä siirtyi Ossian Solitanderin vastuulle.

Kemian opetuksen ajanmukaistaja

”Fisken” Wahlforss tunnettiin etevänä ja innostavana opettajana, vaikkakin 1880-luvun kuluessa hänen vanhanaikaiseksi käyvä otteensa sai antaa tilaa jo uudelle opettajasukupolvelle. ”Fisken” ei yksinkertaisesti pysynyt nopeasti kehittyvän tieteen mukana. Kritiikki liittyi paljolti teknillisten laboratorioiden merkitykseen ja kemian teollisten sovellutusten konkreettiseen kehittämiseen. Suomalaisen talouden tulevaisuutta rakennettiin nuoren tutkijasukupolven keskuudessa kemian osaamisen varaan, ja tämä oli Hietalahdessa selvästi sukupolvikysymys.

Vaikka opiskelijoiden keskuudessa hieman erikoisena pidettyä ”Fisken” Wahlforssia moitittiin usein menneen maailman edustajaksi, tämä ei estänyt häntä huolehtimasta kemian opetuksen ajanmukaistamisesta. Hän laittoi alulle Polyteknillisen Opiston uuden laboratoriohankkeen ja hän siirsi opetusvastuuta nuoremmille tutkijoille. Monista hänen oppilaistaan tuli tunnettuja teollisuusvaikuttajia. Esimerkiksi Antti Antero modernisoi Suomen Gummitehdas Oy:n; Aleksander Lampén vaikutti Tornator Oy:n johtajana ja mm. ministerinä Tulenheimon hallituksessa. Myös Wahlforssin perheessä yrittäjäideologia oli korkealla. Hänen poikansa Wilhelm ”Vikkelä-Ville” Wahlforss tunnetaan Wärtsilä-yhtymän luojana.

Kemian laboratorion alulle pano

Kemian opetukseen kohdistuvat muutospaineet nousivat 1890-luvun alussa aktiivisten opiskelijoiden keskuudesta. Orgaaninen kemia oli 1890-luvun johtavia tieteitä, ja nuori tutkijasukupolvi oli erittäin kansainvälisesti suuntautunutta ja tiedonhaluista. Syynä siihen, että juuri päästötodistuksensa ”diploomilla” saanut Gustaf Komppa perusti Kemistikillan (Kemisti-Klubi) vuonna 1891, oli opiskelijoiden keskuudessa syntynyt tarve ja halu tutustua tarkemmin tieteen uusimpiin saavutuksiin.

”Fisken” Wahlforss invalidisoitui 1890-luvun lopulla liikenneonnettomuuden jälkeen, ja hänen viimeisinä vuosinaan alulle pannun uuden kemian laboratorion rakennushankkeesta vastasi jo Gustaf Komppa. Wahlforss kuoli laboratoriorakennuksen juuri valmistuessa 1899.

Kirjoittaja: Panu Nykänen