Valoon ja muihin ulkoisiin ärsykkeisiin reagoivat molekyylit mullistavat lääketieteen ja materiaalikehityksen. Näin uskoo Kim Kuntze, joka on tutkinut väitöskirjassaan niin kutsuttuja valokytkimiä.
– Muovinpalaa ja elävää kudosta vertaamalla käy nopeasti selväksi, kuinka kaukana olemme kemian kaikkien mahdollisuuksien hyödyntämisestä, Kuntze kertoo.
Kuntze uskoo, että tulevaisuuden materiaalit vuorovaikuttavat ympäristönsä kanssa. Tämä on mahdollista vain sisällyttämällä materiaaleihin pieniä, nanometrin kokoisia komponentteja: kytkimiä, moottoreita ja lopulta koneita.
Valokytkimet ovat molekyylejä, jotka muuttavat muotoaan altistuessaan tietyn väriselle valolle. Kun niitä liitetään isompaan molekyylirakenteeseen, saadaan aikaan esimerkiksi valolla ohjattavia pehmytrobotteja ja lääkeaineita. Lupaavien sovelluskohteiden kirjo kasvaa jatkuvasti.
Valoherkkien yhdisteiden ja materiaalien voittokulussa on vain yksi este: useimmat valokytkinyhdisteet hyödyntävät ultraviolettivaloa, joka on vahingollista erityisesti eläville soluille. Jotta valokytkinten koko potentiaali voidaan hyödyntää, tarvitaan harmittomalla näkyvällä valolla toimivia yhdisteitä. Kaikkein matalaenergisin infrapunavalo olisi ihanteellinen ärsyke biologian alalla käytettäville kytkimille.
Väitöskirjassaan Kuntze tutki kolmea keinoa aktivoida valokytkimiä punaisella valolla: tunnetun valokytkimen operointivärin siirtämistä ultravioletilta punaiselle molekyylirakennetta muokkaamalla, uusien, valmiiksi punaista valoa absorboivien rakenteiden hyödyntämistä ja epäsuoraa valokytkentää punavalolla aktivoitavia katalyyttejä hyödyntäen. Hän osoitti kaikkien strategioiden toimivan sekä kytkinten että molekyylimoottorien suunnittelussa.
– Kullakin strategialla on etunsa ja haasteensa tehokkaan, nopean ja kestävän valokytkennän toteuttamiseksi. Tästä johtuen yksi ihanteellinen valokytkinmalli ei voi saavuttaa kaikkia eri sovelluksille asetettuja tavoitteita, vaan tulevaisuuden haaste on löytää kuhunkin käyttöön paras ratkaisu. Kuntze kiteyttää.
Kim Kuntze kirjoitti ylioppilaaksi Turun suomalaisen yhteiskoulun lukiosta keväällä 2013. Kemian diplomi-insinööriksi hän valmistui maaliskuussa 2019 Tampereen yliopistosta. Tämän jälkeen hän aloitti väitöskirjatutkimuksensa professori Arri Priimägin Smart Photonic Materials -tutkimusryhmässä. Osan tutkimuksesta Kuntze teki kemian nobelistin Ben L. Feringan alaisuudessa Groningenin yliopistossa Alankomaissa. Tutkimuksen ohessa Kuntze on kehittänyt orgaanisen kemian opetusta ja edistänyt lintuihin liittyvää kansalaistiedettä.
Väitöstilaisuus perjantaina 1.9.2023
Diplomi-insinööri Kim Kuntzen kemian alaan kuuluva väitöskirja Strategies for Red-Light Photoswitching tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 1.9.2023 kello 13 Hervannan kampuksella Konetalossa, salissa K1702 (Korkeakoulunkatu 6, Tampere). Vastaväittäjänä toimii dosentti Zbigniew Pianowski Karlsruhen teknillisestä yliopistosta. Kustoksena toimii professori Arri Priimägi tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.
Seuraa väitöstilaisuutta etäyhteydellä.
Kuva: Meri Öhman