Atomin ytimessä

Akatemiatutkija Ville-Veikko Telkki tutkii materiaalien rakennetta ja molekyylien liikettä. Atomiytimiä ravisteleva tutkimus voi tulevaisuudessa auttaa myös syöpäsolujen aineenvaihdunnan ymmärtämisessä. 

Sairaalamaailmassa magneettikuvausta käytetään potilaan kudosten tutkimiseen. Kuvauksen perustana on ilmiö, jota kutsutaan ydinmagneettiseksi resonanssiksi (NMR). 

Oulun yliopiston NMR-laboratoriossa kuvataan potilaiden sijaan mikroskooppisia näytteitä. Esimerkiksi lämpökäsitellyn puun mikrorakennetta tutkimalla voidaan löytää optimaalinen käsittelylämpötila, jossa puun rakenne ei vielä ala hajota liikaa, mutta käsittelyn edut saavutetaan. 

Fyysikko Ville-Veikko Telkki tutkimusryhmineen kehittää uusia NMR-menetelmiä erilaisten materiaalien ja myös kaasumuodossa olevien kemikaalien tutkimukseen. Tavoitteena on saada aikaan entistä herkempiä ja monipuolisempia menetelmiä.

Ville-Veikko Telkin työ NMR-menetelmien parissa on pääasiassa perustutkimusta, mutta hänen mielestään menetelmällä on laajat sovellusmahdollisuudet. Ultranopealla mittauksella on mahdollista selvittää esimerkiksi syöpäsolun aineenvaihduntareaktio. 

Telkki sai vastikään Suomen Akatemian viisivuotisen tutkijarahoituksen työhönsä ultranopeiden Laplace NMR -menetelmien parissa. Niiden avulla saadaan tietoa molekyylien liikkeestä jopa alle sekunnissa. 

Nyt tanskalainen tutkimusryhmä haluaa soveltaa Oulussa kehitettyjä menetelmiä solujen aineenvaihdunnan tutkimukseen. Telkki on innoissaan uudesta yhteistyömahdollisuudesta. 

”Menetelmiämme voidaan mahdollisesti hyödyntää jopa syöpäsolujen aineenvaihdunnan tutkimuksessa. Tarvitaan ultranopea mittaus, että aineenvaihduntareaktio pystytään havaitsemaan”, Telkki selittää. 

 

Kaksi tutkimusryhmää 

NMR-tutkimus Oulun yliopistossa koostuu Telkin vetämästä kokeellisesta puolesta ja professori Juha Vaaran johtamasta laskennallis-teoreettisesta tutkimusryhmästä. Ryhmien yhteistyön ansiosta tutkimuksessa pystytään yhdistämään kokeita ja korkeatasoista teoreettista mallintamista. 

Yksi NMR-tutkimuksen isistä Oulussa on nyt jo eläkkeellä oleva professori Jukka Jokisaari. Telkki jatkaa hänen työtään kokeellisen tutkimuksen parissa. 

”Toimivan tutkimusryhmän rakentaminen ja laitteistojen hankkiminen on työlästä. Professori Jokisaaren työn ansiosta meillä on hyvä tutkimusinfrastruktuuri, joka on korkeatasoisen tutkimuksen elinehto”, Telkki kertoo. 

Telkki ryhmineen tekee paljon perustutkimusta, joka ei tähtää suoraan sovelluksiin tai kaupallistamiseen. Hän näkee NMR-menetelmissä kuitenkin mahdollisuuksia kehittyä arkielämän ja terveyden kannalta merkittäväksi.  

”NMR on kemistien perustyökalu molekyylien rakenteen määrittämiseen, mutta sen potentiaalia ei ole välttämättä hyödynnetty täydessä laajuudessa. Monet alat luonnontieteistä aina lääketieteeseen ja teknisiin tieteisiin voisivat hyötyä menetelmästä”, Telkki kertoo. 

 

Monipuolinen NMR 

Tällä hetkellä NMR-laboratoriossa on kuusi NMR-spektrometrilaitetta. Telkki kuvailee laitteita ”pöntöiksi”, joiden keskelle näyte laitetaan. Laitteen sisällä on voimakas magneettikenttä, jolla voidaan häiritä magneettisia atomiytimiä. Laitteistojen hinta liikkuu miljoonissa euroissa. 

NMR-menetelmillä tutkitaan niin kaasuja, nesteitä kuin kiinteitä aineita. Esimerkiksi röntgenillä aineen rakennetta voidaan tutkia vain kiinteässä olomuodossa. 

”On jännittävää, että silmillä näkymättömiä kaasuja ja niiden reaktioita voidaan kuvata mikroreaktoreissa”, Telkki kertoo. 

Tutkittava materiaali laitetaan NMR –spektrometriin, jossa ylläpidetään erittäin voimakasta  magneettikenttää -269 asteiseen nesteheliumiin upotetun kelan avulla. Magneettikenttä pistää mitattavan materiaalin molekyyleihin liikettä ja lopputuloksena on aineen ominaisuudet paljastava NMR-spektri.

Laboratorio on muuttumassa koko yliopiston yhteiseksi tutkimusinfrastruktuuriksi ja Telkki toivookin, että yhä useammat tutkimusryhmät voisivat hyödyntää laitteistoja. 

Telkki on mukana kehittämässä tarkempia mittausmenetelmiä myös mobiilille NMR-laitteelle, niin kutsutulle NMR-hiirelle. NMR-hiiri voidaan kuljettaa tutkittavan materiaalin luokse eikä näytekokoa ole rajattu. 

”Laitteella voidaan tutkia esimerkiksi seinien tai vanhojen maalausten rakennetta paikan päällä. Sitä voitaisiin hyödyntää vaikkapa maalausten aitouden määrittämisessä”, Telkki toteaa. 

 

Odottamattomat tulokset mielenkiintoisia 

Tutkimustyö harvoin etenee niin kuin tutkimussuunnitelmassa ennakoidaan. Telkki toteaa tämän olevan myös työn rikkaus. 

”Jostakin odottamattomasta mittaustuloksesta voi tulla se kaikkein mielenkiintoisin. Esimerkiksi erään epäonnistuneen kokeen tuloksena keksimme uuden menetelmän kaasun absorboitumisen mittaamiseen ja saimme siitä myös hienon tieteellisen artikkelin.” 

Sattuma johdatti Telkin myös tutkijanuralle. 

”Ensimmäisenä opiskeluvuonna törmäsin pariin opiskelukaveriini yliopiston käytävällä. He olivat menossa kysymään kesätyöpaikkaa laitokselta ja minä päätin lähteä mukaan. Lopulta minä olin se, joka työpaikan sai”, hän naurahtaa. 

NMR ei Telkin mukaan ole teoreettisesti helppo ymmärtää, mutta tutkimusryhmässä työskennellessään hän näki menetelmien hyödyt käytännössä. Berkeleyn yliopistossa Kaliforniassa vietetyt 1,5 vuotta post doc-tutkijana antoivat näkökulmaa myös kansainväliseen tutkimuskenttään. Kyseessä on yksi NMR-tutkimuksen huippuryhmistä. 

”Siellä opin viisauden ”collaborate or die”, tee yhteistyötä tai kuole. Tässä mielessä tulevaisuus näyttää mukavalta, sillä kansainvälinen verkostomme sekä kokeellisen että teoreettisen tutkimuksen puolella on kasvamassa koko ajan”, Telkki toteaa. 

Vaikka tutkimus on intensiivistä ja työpäivät venyvät pitkiksi, ei neljän lapsen isällä ole ongelmia irrottautua työstä. 

”Se on hyvä, että kotona riittää vilskettä. Lapset pakottavat miettimään muutakin kuin työtä”, Telkki hymyilee.

 

Teksti: Heidi Hahtola
Kuvat : Tapio Mäkinen

 

Viimeksi päivitetty: 1.12.2017