Teksti Markus Lahikainen
Yhden tutkijan löytö synnyttää parhaimmillaan uuden kipinän seuraavassa. Uteliaisuus on tärkeä voima tieteellisessä tutkimuksessa, kirjoittaa tiedekirjeenvaihtajamme Markus Lahikainen.
Eletään maaliskuuta 2016, ja tamperelainen tutkija istuu paahteisessa konferenssisalissa Abu Dhabissa. Hän kuuntelee, kuinka tutkijat eri puolilta maailmaa pitävät tieteellisiä esityksiä valosta. Välillä keskittymiskyky herpaantuu, ja ajatukset harhailevat kaupungin nähtävyyksissä ja edellisillan ilotulituksessa.
Päivän viimeinen puheenvuoro palauttaa keskittymiskyvyn.
Saksalaisen huippuprofessorin esitys käsittelee tutkimusta, jossa valoaktiivinen molekyyli on saatu toimimaan tehokkaammin nesteessä ympäröimällä se toisella nk. isäntämolekyylillä. Isäntämolekyyli kaappaa valoaktiivisen molekyylin sisäänsä suojaten sitä vedeltä ja parantaa näin sen valovastetta. Esitys herättää tutkijassamme ajatuksen: voisiko tätä samaa mekanismia hyödyntää myös kiinteässä aineessa?
Tästä ajatuksesta käynnistyi tapahtumaketju, joka johti lopulta polymeerilaserin kehittämiseen Tampereen yliopistossa.
”Tutkimusprosessi alkaa usein kysymyksistä: Voisiko, Mitä jos tai Ehkäpä.”
YLIOPISTOJEN PERUSTEHTÄVÄNÄ on kouluttaa uusia osaajia työelämän tarpeisiin. Samaan aikaan yliopistoissa tehtävä tutkimus tähtää uuden tiedon tuottamiseen ja olemassa olevan tiedon laajentamiseen. Mutta kuinka tutkimusta tehdään ja mitä vaiheita siihen kuuluu?
Tutkimusprosessi alkaa usein kysymyksistä ”Voisiko”, ”Mitä jos” tai ”Ehkäpä”. Tällainen tieteellinen uteliaisuus on yksi tärkeimmistä tutkijaa eteenpäin ajavista voimista. Idean syntymisen jälkeen tutkija perehtyy aiheeseen lukemalla siihen liittyviä tieteellisiä artikkeleja ja pyrkii selvittämään, onko uusi idea toteutuskelpoinen.
Polymeerilasereiden kohdalla prosessi etenee näin: Jo kirjallisuuskatsauksen aikana huomaamme, että kukaan ei vielä ehtinyt tutkia samaa. Seuraavaksi pidämme aloituspalaverin, johon pyydämme oman tutkimusryhmämme asiantuntijoiden lisäksi konferenssissa puhuneen saksalaisen professorin. Keskusteluissa käy ilmi, että mikäli haluamme hyödyntää esitettyä konseptia kiinteässä aineessa, meidän pitää muokata valoaktiivisen molekyylin rakennetta.
”Tuijotamme näyttöä muutaman sekunnin ja sitten hymyilyttää: koe on onnistunut.”
Onneksi laboratoriostamme löytyy orgaanisen kemian osaaja, joka pystyy tekemään tarvittavan synteesin. Kun olemme saaneet käsiimme tarvittavan molekyylin, valmistamme laseriin tarvittavan polymeerin. Tähän löytyy avuksi materiaalikemisti, joka keksii sekoittaa valoaktiivisen molekyylin polymeerin lähtöaineiden kanssa. Lopuksi valmistamme laserin valoa vahvistavan hilarakenteen. Tässä teemme yhteistyötä fotoniikan osaajan kanssa.
NYKYPÄIVÄN HUIPPUTUTKIMUS vaatii osaamista monelta eri osa-alueelta. Kukaan ei voi olla asiantuntija kaikessa, ja tutkimuksen tekeminen onkin yleensä yhteistyötä. Tässä Tampereen yliopiston kemian yksikkö on huippuluokkaa. Meillä työskentelee sekä kemistejä, fysiikoita että insinöörejä, jotka ovat omissa erityisaloissaan yleensä osaavampia kuin tutkimusta organisoivat ryhmänjohtajat.
Laserin valmistamisen jälkeen on vuorossa tutkimuksen kriittisin vaihe: testaus. Olemme huolissamme siitä, löytääkö isokokoinen isäntämolekyyli valoaktiivisen vastaparinsa polymeerisokkelosta. Tähän tutkimukseen käytämme spektrometriä, jolla pystymme mittaamaan, kuinka paljon ja minkä väristä valoa materiaalimme tuottaa. Näyte asetetaan pidikkeeseen, kansi suljetaan ja laite käynnistetään hiiren napauksella. Minuutit kuluvat tuskastuttavan hitaasti. Lopulta tulokset ilmestyvät tietokoneen näytölle. Tuijotamme näyttöä muutaman sekunnin ja sitten hymyilyttää: koe on onnistunut.
Onnistuneen kokeen jälkeen alkaa optimointi. Kuinka saamme tehtyä mahdollisimman hyvän laserin? Auttaisiko valoaktiivisen molekyylin muokkaaminen tai se, jos lisäisimme isäntämolekyylien määrää? Optimointivaihe vie usein viikkoja, jopa kuukausia. Etenemme yrityksen ja erehdyksen kautta. Välillä joudumme palaamaan taaksepäin ja miettimään asioita uudestaan. Samalla pidämme esityksiä tutkimusryhmämme palavereissa ja saamme palautetta ryhmän johtajalta ja muilta tutkijoilta.
”Usein kirjoittaminen vie yhtä paljon aikaa kuin varsinaisen tutkimuksen tekeminen laboratoriossa.”
Lopulta toteamme, että tuloksemme ovat riittävän hyviä ja voimme alkaa kirjoittaa tieteellistä artikkelia. Pohdimme, mikä kerätystä datasta on oleellista, mitä tuloksia haluamme esittää ja miten saamme nämä esitettyä mahdollisimman havainnollisessa ja mielenkiintoisessa muodossa. Piirrämme kuvaajia ja teemme taulukoita. Usein kirjoittaminen vie yhtä paljon aikaa kuin varsinaisen tutkimuksen tekeminen laboratoriossa.
Lähetämme artikkelin julkaistavaksi tieteelliseen lehteen. Lehden editori lukee artikkelimme ja päättää, kannattaako tulokset julkaista. Editori käyttää apunaan vertaisarvioijia eli muita saman alan tutkijoita. Onneksemme artikkeli läpäisee kriittisen tarkastelun, se on valmis julkaistavaksi.
AIKAA ENSIMMÄISESTÄ ideasta julkaisuun meni yli viisi vuotta. Tämä kuvaa hyvin tutkimuksen etenemisen hitautta.
Viimeinen vaihe on tutkimuksen esittely muille. Palaamme siis tieteelliseen konferenssiin. Ehkä siellä joku toinen tutkija saa esityksestämme uuden idean ja päätyy kehittämään jälleen uusia innovaatioita. Ehkä olemme herättäneet uuden kipinän.
Polymeerilasereita tutkitaan Tampereen yliopistossa professori Arri Priimägin johtamassa Smart Photonics Materials tutkimusryhmässä. Lue lisää (Advanced Optical Materials).
Lue myös:
