Nanotiedekeskus eli Nanoscience Center (NSC) on Jyväskylän yliopiston fysiikan, kemian ja bio- ja ympäristötieteiden laitosten yhteinen poikkitieteellinen tutkimuskeskus.
Tutkimus ja koulutus
Nanotiedekeskus pyrkii tekemään kansainvälisesti merkittävää nanotieteen perustutkimusta. Nanokeskuksessa toimii 16 professoria ja noin 100 tutkijaa. Tutkimus tapahtuu poikkitieteellisesti: solu- ja molekyylibiologit, kemistit ja fyysikot työskentelevät samoissa tiloissa. Se edistää monitieteisten innovaatioiden syntymistä. Vuosittain tutkijat julkaisevat yli 100 vertaisarvioitua kansainvälistä tieteellistä artikkelia.
Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksessa voi opiskella erityisessä nanotieteen monialaisesssa kandidaattiohjelmassa. Ohjelmassa erikoistutaan solu- ja molekyylibiologiaan, kemiaan tai fysiikkaan. Kandidaatintutkinnon jälkeen voi jatkaa nanotieteen opintoja kansainvälisessä maisteriohjelmassa.Ole monitieteinen, hae nanoon! Nanotiedekeskus, JY. 13.6.2018. Viitattu 19.6.2018. Jyväskylän yliopistossa voi nanotieteen alalla suorittaa myös tohtorin tutkinnon. Ennen vuotta 2024 nanotieteen opintosuuntaan haettiin joko fysiikan, solu- ja molekyylibiologian tai kemian tutkinto-ohjelmissa. Nykyään haku tapahtuu opintopolku.fi palvelun kautta, sillä koulutus siirrettiin omaksi tutkinto-ohjelmakseen.
Tiedekeskuksessa on monipuolinen välineistö nanorakenteiden valmistamiseen ja karakterisointiin: puhdastila, häiriösuojatut mittaushuoneet, laserlaboratoriot sekä virus- ja soluviljelytiloja.Tutkimuksen vahvuusalueita nanotieteessä Nanotiedekeskus, JY. 2015. Viitattu 13.1.2016.
Tutkimusalat Nanotiedekeskus tekee sekä perustutkimusta että soveltavaa tutkimusta. Tutkimus jakautuu tieteenhaarojen mukaisesti fysiikan, kemian sekä solu- ja molekyylibiologian aloille. Tutkimusta tehdään paljon myös poikkitieteellisenä yhteistyönä, jolloin esimerkiksi biologit käyttävät apuna tutkimuksessa fysiikan ja kemian menetelmiä.
Nanotiedekeskuksen tutkimuksen keskeisiä aloja ovatTutkimus Nanotiedekeskus, JY 15.1.2018. Viitattu 19.6.2018.: Nanobiologia Nanokemia Spektroskopia ja valodynamiikka Kokeellinen nanofysiikka Nanotieteen teoria eli teoreettinen ja laskennallinen nanotiede.
Nanobiologia
Biologisen nanotieteen eli nanobiologian tärkeitä tutkimuskohteita ovat erilaiset biologiset nanorakenteet.Nanobiologia NSC, JY. 2018. Viitattu 19.6.2018. Bio- ja ympäristötieteiden alalla nanotiedekeskuksessa on tutkittu esimerkiksi proteiineja. Huomion kohteena ovat olleet erilaiset proteiinirakenteet ja biologisten rakenteiden vuorovaikutukset. Perinteisesti proteiinitutkimus on perinteisesti jakautunut seuraaviin painopistealueisiin: Proteiinien NMR-spektroskopia Biomolekyylien spektroskopia Solujen tarttuminen ja solutukirangan toiminta Laskennallinen biotiede
Biologisten rakenteiden tutkimuksessa käytetään apuna erilaisia biokuvantamismenetelmiä (mm. NMR-spektroskopiaa). Rakennetutkimuksen tärkeä tutkimuskohde ovat solut. Nanotiedekeskuksessa on tutkittu solujen rakennetta ja toimintaa, solujen tarttumista sekä solutukirangan toimintaa.
Solu- ja molekyylibiologit tutkivat laajalti myös viruksia. Virustutkimus kartoittaa virusten rakennetta ja sitä, miten virukset toimivat eläinsoluissa sekä virusten ja solujen keskinäistä vuorovaikutusta. Erityisenä tutkimuskysymyksenä on ollut se, miten virusten evoluutio etenee.Akatemiapalkinto virustutkija Matti Jalasvuorelle Jyväskylän yliopisto. 16.2.2018. Viitattu 19.6.2018. Viruksista tutkimuslajina ovat olleet enterovirukset. Niiden avulla on tutkittu virusten aiheuttamia infektiopolkuja sekä erilaisia infektioihin liittyviä vuorovaikutusmekanismeja. Virusten ohella aiemmin tutkittiin bakteereja ja bakteriofageja.Solu- ja molekyylibiologit suuntautuivat nanoon (2015), s. 203. Teoksessa Heikkilä, Mari (toim.): Sattumaa, haperotatteja, keltainen syklotroni. (2015). Soveltavan nanobiologisen tutkimuksen tavoitteena on ollut mm. kroonisten sairauksien mikrobisten taustatekijöiden selvittäminen.
Nanokemia Nanokemian tutkimuksen aloja ovatNanokemia NSC, JY. 24.5.2018. Viitattu. 19.6.2018.: Orgaaninen nanokemia Epäorgaaninen nanokemia Supramolekyylien synteesi- ja rakennekemia Nanopartikkelit ja supramolekulaariset systeemit katalyysissa Supramolekulaaristen systeemien tutkimus massaspektrometrin avulla Nanoklustereiden syntetisoiminen ja niiden sovellukset kemiallisten yhdisteiden NMR-spektroskopia
Nanorakenteiden tutkimus spektroskopian avulla
Nanorakenteiden spektroskopia ja valodynamiikka -tutkimusala jakautuu useisiin eri tutkimusteemoihinSpektroskopia ja valodynamiikka NSC, JY. 22.1.2018. Viitattu 19.6.2018.: Yksittäisten nanorakenteiden spektroskopia Laskennallinen spektroskopia ja dynamiikka Biomolekyylien spektroskopia ja dynamiikka Laserindusoitu plasmaspektroskopia ja materiaalianalytiikka Nanorakenteiden ja niiden fotodynamiikan tutkimus ultranopean spektroskopian avullaOptical spectroscopy in time, frequency and spatial domains NSC, JY. 2018. Viitattu 19.6.2018. Plasmoniikka ja vahva kytkentä
Plasmonien ja plasmoniikan tutkimus liittyy läheisesti nanoelektroniikan tutkimukseen. Tutkimus keskittyy molekyyleihin liittyvien plasmonisten ilmiöiden tarkasteluun. Jyväskylän yliopisto on pitkään tutkinut itsejärjestyviä DNA-rakenteita (niin kutsutut DNA-origamit), joista pyritään kehittämään erilaisia sähköisiä, optisia tai plasmonisia nanomittakaavan laitteita.Molecular Electronics and Plasmonics NSC, JY. 2018. Viitattu 19.6.2018. Vahva kytkentä käsitteenä viittaa joko kahden pintaplasmonin väliseen kytkökseen tai tyhjiöfotonin ja molekyylien väliseen kytkentään, joissa tutkijoiden erityisen huomion kohteena on ollut vahvan kytkennän raja-alue. Toinen plasmoniikan tutkimuksen sovellus on esimerkiksi proteiinien fluoresenssiominaisuuksien parantaminen, jotta niitä on helpompi havaita biokuvantamismenetelmien avulla. Tutkimuksessa on tarkasteltu myös näiden proteiinien molekyylitason ilmiöitä. Nanotiedekeskus on lisäksi tutkinut grafeenin ja sähköä johtavien polymeerien optisia ja plasmonisia ominaisuuksia. Plasmoniikan tutkimusta on hyödynnetty myös aurinkoenergian tuottamisessa.
Kokeellinen nanofysiikka
Kokeellinen nanofysiikka ja nanoteknologia on sekä perustutkimusta että soveltavaa tutkimusta.Kokeellinen nanofysiikka ja teknologia NSC, JY. 23.3.2018. Viitattu. 19.6.2018. Perustutkimuksen tuloksia hyödynnetään soveltavassa tutkimuksessa, jonka keskeisiä alueita ovat: Matalan lämpötilan fysiikka sekä erittäin herkkien ilmaisimien kehitys Nano- ja mikromittakaavan rakenteiden valmistaminen ja muokkaus Kvantti- ja molekyylielektroniikka sekä plasmoniikka
Osa kokeellisen nanotieteen tutkimuksesta tapahtuu Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa.
Teoreettinen ja laskennallinen nanotiede
Nanotiedekeskuksessa on soveltavan tutkimuksen ohella vahva teoreettisen nanotieteen tutkimusperinne. Teoreettisen nanotieteen aloja ovatTeoreettinen ja laskennallinen nanotiede NSC, JY. 22.1.2018. Viitattu 19.6.2018.: Nanorakenteet Nanokatalyysi Materiaalien ja prosessien simulointi ja mallinnus Monen kappaleen teoria ja kvanttidynamiikka Sähkön ja lämmön kuljetusilmiöt Laskennallinen nanotiede eli laskennallinen nanofyfiikka ja -kemia
Erilaisia nanorakenteita ja -materiaaleja tutkitaan teoreettisen tutkimuksen ohella erilaisten laskennallisten menetelmien ohella. Nanomateriaalien teoreettisen tutkimuksen erityisala on matalaulotteisten nanorakenteiden sähköisten ja mekaanisten ominaisuuksien tutkiminen tietokonemallinnuksen avulla.Matalaulotteisten nanorakenteiden mallinnus Jyväskylän yliopisto. 2018. Viitattu 19.6.2018. Toinen keskeinen ala on tiiviin aineen tutkimus. Tiiviin aineen teoreettinen tutkimus tarkastelee erilaisten materiaalien fysikaalisia ominaisuuksia eli sähköisiä, magneettisia, mekaanisia, termisiä, akustisia ja optisia ominaisuuksia.Tiiviin aineen teoria NSC, JY. Viitattu 19.6.2018. Näitä ominaisuuksia tutkitaan mm. erilaisten mallien avulla.
Hallinto
Nanotiedekeskuksen toimintaa johtaa vuosina 2022-2025 tieteellinen johtaja Lotta-Riina Sundberg sekä 8-henkinen johtoryhmä. Johtoryhmä valvoo ja kehittää nanotiedekeskuksen toimintaa, opetusta ja tutkimusta sekä vastaa toiminnan tuloksellisuudesta ja tavoitteiden saavuttamisesta.Johtoryhmän kokoonpako ja tehtävät Nanotiedekeskus, JY 2018 Viitattu 19.6.2018. Johtoryhmää avustaa tieteellinen neuvonantajaryhmä, joka koostuu kansainvälisistä tieteellisistä asiantuntijoista.Henkilöstö ja hallinto Nanotiedekeskus, JY. 30.1.2018. Viitattu 19.6.2018.
Historiaa Nanotieteellisen tutkimuksen alku
Nanotieteen tutkimuksen alkamisen eräs alkusysäys oli, kun Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella laitettiin vuonna 1990 hakuun soveltavan fysiikan professorin virka.Pienestä syntyi suurta... (2014), s. 7 Fysiikan laitoksen johtajana vuosina 1988–1990 toiminut professori Vesa Ruuskanen esitti, että tulevan professuurin ala jätettiin aluksi avoimeksi. Laitoksen tavoitteena oli löytää sellainen uusi fysiikan ala, josta olisi mahdollista löytää pitkäaikaisia sovelluksia ja joka sopisi osaksi Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen tutkimusta. Siihen asti tutkimustoiminta laitoksella oli keskittynyt vahvasti syklotronin avulla tehtävän kiihdytinpohjaisen fysiikan tutkimukseen ja toinen vahva tutkimusala oli ydinfysiikanEloranta (1995, s. 141) tutkimus. Soveltavan fysiikan professuuriin nimitettiin kesällä 1992 Mikko Paalanen.Pienestä syntyi suurta... (2014), s. 8 Hänen mukanaan Jyväskylään tuli nanoelektroniikan tutkimus. Paalanen oli erikoistunut varsinkin matalien lämpötilojen fysiikkaan ja hyvin pienten rakenteiden sähkönjohtavuuden sekä mesoskooppisten ilmiöiden tutkimiseen. Jyväskylän yliopisto oli Suomen ensimmäinen yliopisto, jossa tutkittiin nanoelektroniikkaa.
Paalasen ohella ensimmäisiä nanotieteeseen erikoistuneita tutkijoita Jyväskylän yliopistossa 1990-luvulla oli professori Jukka Pekola, jonka Paalanen houkutteli Jyväskylään Yhdysvalloista. Pekola opetti Jyväskylän yliopistossa fysiikan tieteellisiä ja teknologisia sovelluksia. Jukka Pekola nimitettiin vuonna 1995 fysiikan apulaisprofessoriksi.Eloranta (1995), s. 142 Kun Mikko Paalanen siirtyi vuonna 1995 Teknillisen korkeakoulun kylmälaboratorion johtajaksi, jäi nanofysiikan tutkimuksen jatkaminen Pekolan vastuulle. Pekola nimitettiin sittemmin vuonna 1997 nanotekniikan professoriksi.Pienestä syntyi suurta - Nano came to Jyväskylä (2014), s. 17 Hän jatkoi tehtävässä vuoteen 2001 asti, jolloin hän siirtyi akatemiaprofessoriksi Ranskaan.Pienestä syntyi suurta... (2014), s. 21
Aluksi (1992) nanofysiikan tutkimus oli vaikeaa, koska Suomessa ei kukaan ollut vielä siihen aikaan tehnyt kokeellisen nanofysiikan tutkimusta.Pienestä syntyi suurta... (2014), s. 9 Tutkijat rakensivat laboratorion itse ja hankkivat sinne tutkimuslaitteistot, joita olivat mm. elektronimikroskooppi ja metallointihöyrystin.Pienestä syntyi suurta... (2014), s. 11 Pekola toi mukanaan itse kehittämänsä kryostaatin, jolla tutkimusnäytteet voitiin jäähdyttää alle -273 celsiusasteeseen. Toimintaedellytykset paranivat, kun fysiikan laitos sai vuonna 1995 uuden laitosrakennuksen, jossa oli mm. nanofyysikoiden tarvitsemat puhdastilat sekä häiriösuojattuja huoneita.Pienestä syntyi suurta... (2014), s. 13 Nanofysiikan tutkimus laajeni varsinkin sen jälkeen, kun Jukka Pekola nimitettiin professoriksi (1997). Hänen jättäessään Jyväskylän vuonna 2001 nanofysiikan tutkijoita oli jo yli 20.
Nanokemian ja biologisen nanotieteen tutkimuksen synty