Väitös: Piipinnan päälle valmistetut DNA-origami hilat avaavat mahdollisuuksia ison mittakaavan nanovalmistukselle (Parikka)

Väitöskirjatutkija Johannes Parikka valmisti väitöskirjatyössään DNA-origameista kaksiulotteisia (2D) verkkomaisia hiloja piipinnoilla. 

- DNA-origamit ovat DNA-juosteista valmistettuja, nanokokoluokan rakenteita, jotka voivat vuorovaikutusten avulla muodostaa isompia hilamaisia rakenteita, tarkentaa väitöskirjatutkija Johannes Parikka Jyväskylän yliopistolta.

Tähän asti vastaavia DNA-origami hiloja on tehty pääosin mica-pinnalla, joka hauraana mineraalina, ei kuitenkaan sovellu jatkokäsittelyyn. DNA-origami hilan muodostaminen piille luo mahdollisuuden DNA-avusteisen litografian käyttöön, joka edelleen mahdollistaa uudenlaisten materiaalien valmistuksen. 

- Piipinnalla valmistettujen DNA-origami hilojen koko saatiin suurimmillaan kasvatettua 5,6 µm²:iin, mikä tarkoittaa noin 560 DNA-origamia. Tämä on tähän mennessä merkittävin piipinnalla saavutettu tulos kyseiselle DNA-origamille, kertoo Parikka. 

Monikäyttöinen DNA-origami

Väitöskirjatutkimuksessa hyödynnettiin DNA-origamien itsejärjestyvyyttä piipinnan päällä, jossa niistä voidaan muodostaa isompia 2D-hiloja. DNA-origami sekä käsitelty piipinta ovat negatiivisesti varautuneita. Kaksiarvoinen kationi, kuten Mg²⁺, voi täten kiinnittää DNA-origamit pintaan kiinni. DNA-origamien ja pinnan vuorovaikutuksen voimakkuutta voidaan säädellä yksiarvoisen kationin, kuten Na⁺:n avulla eli käytännössä ruokasuolalla (NaCl). 

- Na⁺ ionien eli suolan lisäys syrjäyttää osan kiinnittävistä Mg²⁺ ioneista, joka lisää DNA-origamien liikkuvuutta pinnalla, mikä edelleen mahdollistaa hilan muodostumisen, täsmentää Parikka. 

Väitöskirjatyössä määritettiin, kuinka eri olosuhteet, kuten lämpötila ja suolakonsentraatiot, vaikuttavat hilan muodostumiseen. Rakenteet kuvattiin pääosin atomivoimamikroskoopin (AFM) avulla.

- Havaitsin myös, että olosuhteita, käytännössä näyteliuoksen suolapitoisuutta, kontrolloimalla, DNA-origami hiloista voidaan kääriä putkimaisia rakenteita liuoksessa. Lisäksi samaa DNA-origamia voidaan pienin muutoksin käyttää kontrolloitujen nanopartikkelihilojen valmistuksessa, kertoo Parikka. 

Kohti metamateriaalien valmistusta

Väitöskirjan tulokset ovat tärkeitä DNA-origami hilojen valmistuksessa piipinnalla, ja sitä kautta edelleen optiikassa, koska tulokset mahdollistavat rakenteiden metallisoinnin DNA-avusteisella litografialla. Metallihilat vahvistavat valmistettujen rakenteiden optista vastetta enemmän kuin yksittäiset rakenteet ja mahdollistavat niin kutsuttujen metamateriaalien valmistuksen. 

- Metamateriaaleilla on jokin ominaisuus, kuten negatiivinen taitekerroin, jonka ansiosta ne poikkeavat tavallisista, luonnosta löytyvistä materiaaleista, selittää Parikka.

Johannes Parikka valmistui filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopiston kemian laitokselta vuonna 2020 ja aloitti väitöskirjatutkimuksen fysiikan laitoksella ja Nanotiedekeskuksessa. Tutkimuksen ohjaajana toimi professori Jussi Toppari ja siihen on saatu rahoitusta Jane ja Aatos Erkko säätiöltä, Suomen Akatemialta, Magnus Ehrnroothin säätiöltä, Jyväskylän yliopistolta sekä Emil Aaltosen säätiöltä.

FM Johannes Parikan väitöskirjan “Nanovalmistus DNA-origamin avulla” tarkastustilaisuus pidetään perjantaina 19.12.2025 klo 12.00 Ylistönrinteellä salissa FYS1. Vastaväittäjänä toimii professori Tim Liedl (Ludwig-Maximilians-Universität München) ja kustoksena professori Jussi Toppari (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti. 

Väitöstilaisuutta voi seurata myös etänä:

Seuraa väitöstä Moniviestimen kautta 

Väitöskirja “Nanovalmistus DNA-origamin avulla” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-86-1191-2. 

Lisätietoa: 

• Väitöskirjatutkija Johannes Parikka, johannes.m.parikka@jyu.fi