Väitös FM Jaakko Lehtinen: Uusi laite paljastaa ilmassa leijuvan huumausaineen

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
FM Jaakko Lehtinen on syntynyt 1985 Turussa ja kirjoittanut ylioppilaaksi vuonna 2004 Kupittaan lukiosta. Filosofian maisteriksi Lehtinen on valmistunut 2010 Turun yliopistosta, missä hän parhaillaan toimii tohtorikoulutettavana. Väitös kuuluu fysiikan alaan.
FM Jaakko Lehtinen kehitti väitöstutkimuksessaan uudenlaisen tavan huumetestaukseen. Tutkimuksessa käsiteltiin kahta huumausaineiden havaitsemiseen liittyvää sovellusta: huumetestausta hiusnäytteestä sekä huumausainejäänteiden mittaaminen ilmasta kaasumaisena. Lehtisen väitöstutkimuksessa kehittelemästä menetelmästä olisi suurta apua esimerkiksi rajanylityspaikoilla.

FM Jaakko Lehtinen tarkasteli väitöskirjatutkimuksessaan pienten huumausainepitoisuuksien mittaamista optista läppämikrofonia hyödyntävällä fotoakustisella spektroskopialla. Fotoakustinen spektroskopia on tulevaisuudessa mahdollinen vaihtoehto nykyisin käytettäville kalliille kertakäyttöisille ja usein vain yhdelle huumausaineelle kohdistetuille testeille.

Tutkimuksessa mitattiin hiusnäytteitä kokaiinin yliannospotilailta, ja näitä verrattiin hiusnäytteisiin ihmisiltä, joilla ei ole huumausainehistoriaa. Kokaiinin käyttö pystyttiin havaitsemaan hiusnäytteiden fotoakustisen spektrin perusteella. Huumeet kertyvät hiuksiin aineenvaihdunnan kautta ja säilyvät hiuksissa pidempään kuin esimerkiksi virtsassa tai veressä.

Apu tulleille ja rajanylityspaikoille

Tutkimuksessa pystyttiin havaitsemaan huumausaineita tilanteissa, joissa kaasumaisia kohdemolekyylejä on vain yksi miljardia molekyyliä kohden (1 ppb, particles per billion).

Huumausaineiden kaasumaisella mittaamisella on mahdollisia sovelluksia esimerkiksi tulleilla ja rajanylityspaikoilla salakuljetustapausten nopeaan havaitsemiseen. Ruuhkaisilla rajanylityspaikoilla ei ole välttämättä aikaa aukaista jokaista konttia, ja näin ollen on suuri etu, mikäli päätös esimerkiksi kontin vaarallisuudesta voidaan tehdä ulkopuolelta kontin sisällöstä höyrystyvien kaasujen perusteella.

Huumetestit ovat tärkeitä myös esimerkiksi huumausaineiden vaikutuksen alaisten rikosten tai ajamisen ehkäisemiseen sekä kontrolloimiseen.

Laitteet laboratoriosta kenttäkäyttöön

Tutkimuksen ideana oli yhdistää uusia lupaavia teknologioita ja näitä yhdistelemällä saavuttaa mahdollisimman herkkä ilmaisin. Tutkimuksessa käsiteltiin näytteen miniatyrisointia, jonka avulla teknologia voitaisiin mahduttaa kannettavan kämmenellä pidettävän kenttäkäyttöisen sensorin muotoon.

Pääasiassa huumetestaaminen sekä laittomien aineiden analyysi esimerkiksi tulleissa tai rikospaikkatutkinnassa tapahtuu jälkikäteen laboratoriossa. Tällä hetkellä käytössä olevat muut menetelmät ovat raskaita ja kalliita eikä niitä voi sellaisenaan siirtää kenttäkäyttöön.

Optisella mikrofonilla saavutetaan suuri herkkyys

Fotoakustisessa spektroskopiassa näytteeseen ohjataan moduloitua infrapunasäteilyä, joka aiheuttaa näytteen jaksottaisen lämpenemisen. Tämä lämpeneminen johtuu ympäröivään kaasuun ja aiheuttaa kaasun lämpölaajenemisen. Jaksottaisen lämpölaajenemisen seurauksena aiheutuu paineaalto, joka voidaan mitata paineanturilla eli mikrofonilla. Tavallisesti fotoakustisessa spektroskopiassa käytetään kondensaattorimikrofoneja, jotka on jo kehitetty huippuunsa.

Turun yliopistossa kehitetty optinen läppämikrofoni koostuu muutaman mikrometrin ohuesta piiläpästä, joka taipuu paineenvaihteluiden seurauksena. Läpän kärkeä mitataan jatkuvasti interferometrillä, jotka ovat maailman tarkimpia mittareita. Läpän kärjen liike saadaan selvitettyä jopa pikometrien tarkkuudella.

***

Lauantaina 18. tammikuuta 2014 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (Quantumin auditorio, Vesilinnantie 5) julkisesti tarkastettavaksi filosofian maisteri Jaakko Kaarlo Lehtisen väitöskirja ”Detection of illicit drugs and drug precursors with cantilever-enhanced photoacoustic spectroscopy” (Huumausaineiden sekä niiden prekursorien mittaaminen optista läppämikrofonia hyödyntävällä fotoakustisella spektroskopialla). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Markus Sigrist (Swiss Federal Institute of Technology Zürich, Sveitsi) ja kustoksena professori Kalle-Antti Suominen.