Molekyylimallituksen mahdollisuudet teollisen tuotekehityksen tukena

Transkriptio

1 Molekyylimallituksen mahdollisuudet teollisen tuotekehityksen tukena Mikko Linnolahti, Antti Karttunen Tekesin katsaus 220/2008

2 Molekyylimallituksen mahdollisuudet teollisen tuotekehityksen tukena Mikko Linnolahti Antti Karttunen Joensuun yliopisto Kemian laitos Tekesin katsaus 220/2008 Helsinki 2008

3 Tekes rahoitusta ja asiantuntemusta Tekes on tutkimus- ja kehitystyön ja innovaatiotoiminnan rahoittaja ja asiantuntija. Tekesin toiminta auttaa yrityksiä, tutkimuslaitoksia, yliopistoja ja korkeakouluja luomaan uutta tietoa ja osaamista ja lisäämään verkottumista. Tekes jakaa rahoituksellaan teollisuuden ja palvelualojen tutkimus- ja kehitystyön riskejä. Toiminnallaan Tekes vaikuttaa liiketoiminnan kehittymiseen, elinkeinoelämän uudistumiseen, kansantalouden kasvuun, työllisyyden vahvistumiseen ja yhteiskunnan hyvinvointiin. Tekesillä on vuosittain käytettävissä avustuksina ja lainoina noin 500 miljoonaa euroa tutkimus- ja kehitysprojektien rahoitukseen. Tekesin ohjelmat valintoja suomalaisen osaamisen kehittämiseksi Tekesin ohjelmat ovat laajoja monivuotisia kokonaisuuksia, jotka on suunnattu elinkeinoelämän ja yhteiskunnan tulevaisuuden kannalta tärkeille alueille. Ohjelmilla luodaan uutta osaamista ja yhteistyöverkostoja. Ohjelmien aiheiden valinnat perustuvat Tekesin strategian sisältölinjauksiin. Tekes ohjaa noin puolet yrityksille, yliopistoille, korkeakouluille ja tutkimuslaitoksille myöntämästään rahoituksesta ohjelmien kautta. Copyright Tekes Kaikki oikeudet pidätetään. Tämä julkaisu sisältää tekijänoikeudella suojattua aineistoa, jonka tekijänoikeus kuuluu Tekesille tai kolmansille osapuolille. Aineistoa ei saa käyttää kaupallisiin tarkoituksiin. Julkaisun sisältö on tekijöiden näkemys, eikä edusta Tekesin virallista kantaa. Tekes ei vastaa mistään aineiston käytön mahdollisesti aiheuttamista vahingoista. Lainattaessa on lähde mainittava. ISSN X ISBN Kansikuvan kuvitus: Kuopion Yliopisto, Antti Poso ja Kylmäankka design, Anton Kalland Taitto: DTPage Oy

4 Esipuhe Molekyylimallinnus on tutkimusmenetelmä, jossa kemiallisia ja fysikaalisia ilmiöitä tarkastellaan laskennallisin menetelmin tietokoneiden avulla. Laskentatehojen ja muistien kasvun myötä on laskentamallien kokoa ja tarkkuutta voitu kasvattaa ja päästä siten yhä lähemmäs reaalimaailmaa vastaavia tuloksiin. Paitsi monikäyttöinen tutkimusmenetelmä, molekyylimallinnus on teollisesti hyödynnettävissä oleva työkalu. Mallinnuksella saatavaa tietoa voidaan käyttää sekä toiminnan uudistamiseen että uusien innovaatioiden kehittämiseen. Toimintatapoihin liittyvät hyödyt nähdään mm. tuotekehityksen nopeutumisena sekä kokeellisen toiminnan vähentämisenä ja siten saatavana ajan ja rahan säästönä. Näiden toimien tehostaminen vahvistaa osaltaan teollisuuden ja palveluyritysten kansainvälistä kilpailukykyä. Nyt käsillä olevassa selvityksessä on haluttu kartoittaa molekyylimallinnuksen kansallinen osaaminen ja sen taso sekä hankkia tietoa ja kokemuksia siitä, miten laajalti yritykset hyödyntävät mallinnusta ja millaisia kokemuksia heillä on tutkimusprojekteista. Selvityksen ovat toteuttaneet Joensuun yliopiston dosentti Mikko Linnolahti ja FT Antti Karttunen. Tässä osin haastattelututkimuksena toteutetussa selvityksessä tekijät ovat paitsi kartoittaneet nykyistä osaamista ja kokemuksia, myös visioineet tulevaisuuden näkymiä niin teollisuuden potentiaalisia hyödyntämiskohteita kuin kehitettäviä osaamistarpeita. Tekes esittää tekijöille lämpimät kiitokset tehdystä työstä. Selvityksen edetessä havaittiin, että Suomessa on paljon alan korkeatasoista osaamista. Toivommekin, että tämä selvitys auttaa yrityksiä tunnistamaan molekyylimallinnuksen mahdollisuudet, löytämään soveltuvimmat yhteistyökumppanit molekyylimallinnusta tarvitseviin kehitysprojekteihin ja auttaa luonnollisesti myös alan tutkimusryhmiä verkottumaan sekä vahvistamaan omaa osaamisprofiiliaan mallinnuskartalla. Molekyylimallinnuskentän parempi hahmottaminen tukee Tekesiä myös sen omassa sisältölinjaustyössä tieto- ja viestintäteknologioiden mahdollisimman laajaa ja tehokasta hyödyntämistä pohdittaessa. Helsinki, helmikuu 2008 Tekes teknologian ja innovaatioiden kehittämiskeskus

5 Tiivistelmä Molekyylimallitus on tutkimusmenetelmä, jossa kemiallisia ja fysikaalisia ilmiöitä tarkastellaan teoreettisin menetelmin tietokoneiden avulla. Kokeellisten havaintojen ja molekyylimallituksen yhdistelmällä on usein saavutettavissa lisäarvoa tutkimustoiminnassa, mistä voi olla merkittävää hyötyä teollisten yritysten tutkimus- ja kehitystoiminnalle. Suomen yliopistoilla on paljon tietoa ja kokemusta molekyylimallituksesta, mitä toisaalta teollisuudella harvemmin on. Yliopistojen mallitusosaamisen valjastaminen tukemaan yritysten tutkimus- ja kehitystoimintaa on haaste, joka onnistuessaan voi johtaa uusiin läpimurtoihin. Selvityksessä kartoitettiin Suomen yliopistojen molekyylimallitusryhmien ja teollisuuden välisen yhteistyön nykytila ja tulevaisuudennäkymät. Yhteensä 26:een molekyylimallitusta hyödyntävään yliopistoryhmään otettiin yhteyttä, ja niistä haastateltiin seitsemää teollisuusyhteistyön kannalta aktiivisinta ryhmää. Yritysten joukko oli suurempi: 50. Joukkoon kuului sekä molekyylimallitusta hyödyntäviä että siitä potentiaalisesti hyötyviä yrityksiä. Näistä kahtatoista haastateltiin yksityiskohtaisemmin. Yliopistot ja teollisuus luokiteltiin molekyylimallitusyhteistyötä tekeviin sekä siitä kiinnostuneisiin. Mallitusyhteistyö on suuntautunut useille osa-alueille, joista tärkeimpiä ovat polymeerimuovit, puolijohteet, lääkeaineet ja paperiteollisuus. Menestyksellisimmät yhteistyöt ovat olleet pitkäjänteisiä ja jatkuneet 1990-luvun alusta saakka. Yritysten kiinnostus näihin aihepiireihin samoin kuin öljy- ja voiteluaineiden mallinnusyhteistyöhön on nykyistä laajempaakin. Lisäksi teollisuusyhteistyötä tekevillä tai siitä kiinnostuneilla yliopistoryhmillä on molekyylimallitustietoutta muun muassa nanoteknologiasta, uusista materiaaleista, pintailmiöistä, magneettisista ilmiöistä, jalokaasuyhdisteistä ja spektroskopiasta. Näillä alueilla yhteistyötä onkin joko jo käynnissä tai yritykset ovat kiinnostuneita niiden teollisesta hyödynnettävyydestä. Yliopistojen ja teollisuuden molekyylimallitusyhteistyö koetaan hyvin onnistuneeksi. Molekyylimallituksen suurimpana hyötynä pidetään kokeellisen työn määrän vähenemistä ja siten ajan ja rahan säästöä tutkimustoiminnan tehostuessa. Selvitykseen osallistuneet yliopistot ja teollisuus ovat yksimielisiä tulevaisuudesta: kemia tulee tietokoneistumaan ja molekyylimallituksen merkitys tulee kasvamaan. Molekyylimallituksen teollisen hyödynnettävyyden tulevaisuuden kannalta ehkä suurin haaste on yritysten tietoisuuden lisääminen tutkimusmenetelmästä. Myös osaajien puutteesta on muodostumassa ongelma. Molekyylimallituksen erityisvahvuus on kemiallisten ilmiöiden ymmärtäminen atomitasolla. On hyvä muistaa, että molekyylimallitus soveltuu tulevaisuudessa yhä useammille kemian osa-alueille.

6 Sisällysluettelo Esipuhe Tiivistelmä 1 Johdanto Selvityksen toteutus Yleiskuvaus molekyylimallituksesta Suomessa Yliopistot: Teollisuusyhteistyötä tällä hetkellä tekevät Yliopistot: Teollisuusyhteistyöhön aiemmin osallistuneet Yliopistot: Teollisuusyhteistyöstä kiinnostuneet Yliopistot: Puhtaasti perustutkimukseen suuntautuneet VTT Yliopistot ja VTT: Yhteenveto osaamisalueista Teollisuus: Molekyylimallitusta aktiivisesti hyödyntävät yritykset Teollisuus: Molekyylimallituksesta kiinnostuneet yritykset Teollisuus: Yhteenveto molekyylimallitustutkimuksen aiheista Tieteen tietotekniikan keskus CSC Molekyylimallituksen teollisen hyödyntämisen nykytila Teollisuusyhteistyötä tekevien yliopistotahojen haastattelut Molekyylimallitusta aktiivisesti hyödyntävien teollisuusyritysten haastattelut Molekyylimallituksesta kiinnostuneiden teollisuusyritysten haastattelut Käytännön esimerkkejä yhteistyöprojekteista Kemiran ja Oulun yliopiston yhteistyö sellunvalkaisusta Borealiksen ja Joensuun yliopiston yhteistyö polymeerikatalyysistä Molekyylimallituksen teollisen hyödynnettävyyden tulevaisuudennäkymät Yliopistojen vahvuudet Tulevaisuuden mahdollisuudet ja haasteet Yleiskuva molekyylimallituksen tulevaisuudesta Toimenpide-ehdotuksia Yhteenveto Liitteet 1 Yliopisto-osapuolet ja tutkimuslaitokset, joille kyselylomake lähetettiin Teollisuusosapuolet, joille kyselylomake lähetettiin Yliopistojen ja tutkimuslaitosten kyselylomake Teollisuuden kyselylomake Tekesin katsauksia

7 1 Johdanto Molekyylimallitus on tutkimusmenetelmä, jossa molekyylien rakenteita ja ominaisuuksia sekä niiden välisiä kemiallisia ja fysikaalisia ilmiöitä tarkastellaan teoreettisin menetelmin tietokoneiden avulla. Molekyylimallitus voidaan karkeasti ajateltuna jakaa kahteen merkittävään alaluokkaan: (1) molekyylimekaniikkaan ja (2) kvanttimekaniikkaan. Molekyylimekaniikka, joka pohjautuu klassiseen mekaniikkaan, käsittelee atomeja palloina ja niiden välisiä sidoksia jousina, eikä siten tunne lainkaan elektronia. Yksinkertaistus on raju, mutta kokeellisten parametrisointien ansiosta usein varsin toimiva. Kemiallisten reaktioiden tarkasteluun molekyylimekaniikka ei kuitenkaan sovellu. Kvanttimekaniikka puolestaan käsittelee atomeja atomeina ja niiden välisiä sidoksia kemiallisina sidoksina, eikä se puhtaimmillaan tarvitse tuekseen lainkaan kokeellista tietoa. Kehittyneimmät kvanttikemialliset menetelmät toistavat kokeelliset mittaustulokset tarkkuudella, joka on alle kokeellisten mittausten virherajojen. Tutkimusmenetelmänä molekyylimallituksella on omat etunsa ja haittansa. Turvallisuuden ohella ilmeisiä yleispäteviä etuja kokeelliseen työhön verrattuna ovat mahdollisuudet tarkastella tuntemattomien tai kemiallisesti pysymättömien systeemien sekä reaktioiden lyhytikäisten välivaiheiden kemiaa. Merkittäviä haittoja puolestaan ovat tulosten luotettavuuden epävarmuustekijät sekä tarkasteltavan systeemin kokorajoitukset. Kokorajoitukset ovat erityisen vakavia kvanttikemiallisilla menetelmillä, jotka perustuvat Schrödingerin aaltoyhtälön likimääräistysten ratkaisemiseen. Likimääräistykset johtavat äärimmäisen monimutkaisiin yhtälöihin, joiden ratkaisemiseen vaaditaan lähes poikkeuksetta tietokoneita. Tietokoneet ovat molekyylimallituksessa instrumentteja, joita ilman tutkimus olisi mahdotonta. Yhtälöiden ratkaisemiseen kuluvaan laskenta-aikaan vaikuttavat tarkasteltavan systeemin koko sekä menetelmän tarkkuus eli likimääräistysten luonne. Laskenta-aika kasvaa eksponentiaalisesti menetelmän oletettavan tarkkuuden sekä systeemin koon funktiona. Laskentaan kuluva aika rajoittaa tarkimmat kvanttikemialliset menetelmät muutaman atomin molekyyleihin. Tulosten luotettavuuden kustannuksella kvanttikemiallisilla menetelmillä on nykyään mahdollista tarkastella parhaimmillaan tuhansista atomeista koostuvia molekyylejä. Tätä suurempia systeemejä tarkasteltaessa on turvauduttava molekyylimekaniikkaan, jolla päästään aina miljooniin atomeihin saakka. Molekyylimekaniikan nopeus mahdollistaa myös aikariippuvuuden: atomien ja molekyylien vuorovaikutuksen huomioimisen ajan funktiona. Tällöin kysessä on molekyylidynamiikkasimulaatio. Periaatteessa aikariippuvuus on kytkettävissä myös kvanttikemiallisiin menetelmiin, joskin sen sovellusmahdollisuudet ovat toistaiseksi vielä varsin rajalliset. Tietokoneiden nopean kehityksen ansiosta molekyylimallituksen painopiste on viime vuosina siirtynyt enenevässä määrin soveltavan kemian puolelle. Monet laskut, jotka vielä vuosikymmen sitten olivat käytännössä mahdottomia suorittaa, voidaan nykyään laskea rutiininomaisesti. Laskujen realistisuuden, nopeuden ja luotettavuuden kasvun ansioista molekyylimallitus tarjoaa tehokkaan työkalun kokeellisille kemisteille. Kokeellisten havaintojen ja molekyylimallituksen yhdistelmällä voidaan saavuttaa merkittävää uutta informaatiota kemiallisista ongelmista. Tyypillisiä esimerkkejä ovat uusien yhdisteiden ja materiaalien olemassaolon ja ominaisuuksien ennustaminen jo ennen niiden kokeellista valmistusta sekä kokeellisten havaintojen ymmärtäminen atomitasolla. Suomen yliopistoissa molekyylimallitukseen on perehdytty 1960-luvulta lähtien. Yliopistoille on syntynyt vahva tieto- ja kokemuspohja, jota teollisuudella harvemmin on. Yliopistojen mallitusosaamisen valjastaminen tukemaan teollisten yritysten tutkimus- ja kehitystoimintaa on haaste, joka voi onnistuessaan johtaa uusiin läpimurtoihin. On ilmeistä, että molekyylimallituksella on tarjottavana uusia mahdollisuuksia teollisten yritysten tutkimus- ja kehitystoiminnassa ja molekyylimallituksen merkitys tullee korostumaan tulevaisuudessa. Ovatko yritykset tietoisia, missä määrin ja millaisin tuloksin yhteistyötä on jo tehty ja miltä tulevaisuus näyttää? Tämä selvitys pyrkii vastaamaan näihin kysymyksiin. 1

8 2 Selvityksen toteutus Molekyylimallitusta on vaikea määritellä yksiselitteisesti. Mallinnusmenetelmiä käytetään eri muodoissaan useilla tieteenaloilla ja rajanveto erityisesti fysiikan mallinnukseen on usein häilyvä. Määritelmällisten epäselvyyksien välttämiseksi selvitys rajattiin koskemaan kemian, fysiikan ja teollisen lääkeainesyntetiikan molekyylitason laskennallista tutkimusta. Selvitys aloitettiin yliopisto- ja teollisuusosapuolten kartoituksella. Yliopistoissa keskityttiin tutkimusryhmiin, joiden tiedettiin harrastavan aktiivisesti molekyylimallitusta. Selvityksen rajauksen sisään mahtui 26 yliopistoryhmää tai tutkimuslaitosta (liite 1). Teollisuusosapuolet kartoitettiin laajemmalla haravalla. Kysely lähetettiin 50 yritykselle (liite 2). Mukaan otettiin yrityksiä, joiden tiedettiin hyödyntävän molekyylimallitusta tutkimus- ja kehitystoiminnassaan, sekä yrityksiä, joiden tutkimus- ja kehitystoiminnalle molekyylimallituksella arvioitiin olevan potentiaalista tilausta. Yliopistoille ja yrityksille laadittiin erilliset kysymyslomakkeet (liitteet 3 ja 4), joiden tarkoituksena oli saada yleisnäkemys osapuolten molekyylimallitusta ja sen teollista hyödyntämistä koskevasta toiminnasta ja sen laajuudesta. Kysely lähetettiin postitse liitteissä 1 ja 2 esitetyille yliopistoryhmille ja yrityksille ja osoitettiin liitteissä luetelluille kontaktihenkilöille. Yliopistojen yhteyshenkilöitä pyydettiin vastaamaan mahdollisuuksien mukaan koko yksikön kannalta, mikäli samassa yksikössä toimi useita ryhmiä. Kyselystä muistutettiin sähköpostitse kahden viikon kuluttua sen lähettämisestä, mikäli vastausta ei ollut saatu siihen mennessä. Yliopistojen vastausprosentti oli 85 % ja teollisuusyritysten 40 %. Osapuolet luokiteltiin luvussa 3 esitetyn kysymyslomakkeiden analyysin pohjalta. Molekyylimallitusaiheisen teollisuusyhteistyön kannalta aktiivisimmat osapuolet haastateltiin yksityiskohtaisemmin joko paikalla tai puhelimitse. Yliopistojen ja tutkimuslaitosten edustajista kolmea haastateltiin paikalla ja neljää puhelimitse. Vastaavasti yrityksistä haastateltiin kolmea paikalla ja yhdeksää puhelimitse. Haastattelujen anti on analysoitu luvuissa

9 3 Yleiskuvaus molekyylimallituksesta Suomessa Luvussa kuvataan Suomessa tällä hetkellä molekyylimallitusta aktiivisesti tutkimustoiminnassaan käyttävät yliopistojen tutkimusryhmät, muut tutkimuslaitokset (VTT) ja teollisuusyritykset. Tiedot on saatu selvityksen ensimmäisellä haastattelukierroksella lähetetyistä kyselylomakkeista ja osapuolten Internet-sivuilta. Lisäksi keskeinen osa suomalaista molekyylimallitustutkimusta on Espoossa sijaitseva Tieteen tietotekniikan keskus CSC, jolta pyydettiin myös kommentteja raporttiin. Yliopistoissa on keskitytty aktiivisesti molekyylimallitusta hyödyntäviin ryhmiin. Tutkimusryhmät tai -yksiköt on yksilöity paikkatiedon lisäksi selvityksen yhteyshenkilön nimellä. Yliopistoryhmät on luokiteltu seuraavasti: 1. Teollisuusyhteistyötä tällä hetkellä Helsingin yliopisto, Lääkkeen keksintä- ja kehitysteknologian keskus (Urtti) Joensuun yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Pakkanen) Kuopion yliopisto, biotieteiden laitos, kemian yksikkö (Laatikainen) Kuopion yliopisto, farmaseuttisen kemian laitos (Poso) Oulun yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Laasonen) Tampereen teknillinen yliopisto, fysiikan laitos, puolijohdefysiikka (Rantala) Teknillinen korkeakoulu, fysiikan laboratorio (Nieminen) 2. Ei teollisuusyhteistyötä tällä hetkellä, mutta on ollut aiemmin Jyväskylän yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Korppi-Tommola) Lappeenrannan teknillinen yliopisto, elektroniikan materiaalitekniikan laboratorio (Alatalo) Åbo Akademi, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Hotokka) 3. Ei teollisuusyhteistyötä, mutta kiinnostusta sen tekemiseen kyllä Helsingin yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Vaara) Jyväskylän yliopisto, kemian laitos, epäorgaaninen kemia (Valkonen) 4. Ei teollisuusyhteistyötä ja tutkimus keskittyy jatkossakin perustutkimukseen Helsingin yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Halonen) Helsingin yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Räsänen) Helsingin yliopisto, kemian laitos, ruotsinkielinen opetuslaboratorio (Pyykkö) Helsingin yliopisto, fysikaaliset tieteet, kiihdytinlaboratorio (Nordlund) Jyväskylän yliopisto, kemian laitos, orgaaninen kemia (Rissanen) Tampereen teknillinen yliopisto, kemian laitos (Lemmetyinen) Turun yliopisto, kemian laitos, rakennekemian ryhmä (Hölsä) Turun yliopisto, fysiikan laitos, materiaalifysiikka (Väyrynen) Kustakin yliopistosta ja VTT:lta on lueteltu seuraavat asiat: 1. Vastuuhenkilö 2. Molekyylimallituksen prosenttiosuus kaikesta tutkimustoiminnasta 3. Mallitushenkilöstön suurusluokka 4. Kokemus molekyylimallituksesta vuosissa mitattuna 5. Teolliselle yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä tutkimustoiminnalle 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa 8. Muuta huomionarvoista Selvitykseen vastanneet teollisuusyritykset on luokiteltu seuraavasti: 1. Molekyylimallitusta aktiivisesti hyödyntävät yritykset Borealis Polymers Oy Fermion Oy Hormos Medical Oy Kemira Oy Nokian Capacitors Oy Orion Oy / Orion Pharma 2. Yritykset, joilla olisi tulevaisuudessa kiinnostusta molekyylimallituksen hyödyntämiseen Coherent Finland Oy CP Kelco Oy Ecocat Oy Environics Oy Jurilab Oy Neste Oil Oy Okmetic Oy Teboil-konserni / LLK Finland Oy 3

10 3. Yritykset, joilla ei ole kiinnostusta molekyylimallituksen hyödyntämiseen CPS Color Oy Forcit Oy Kemira Pigments Oy Medix Biochemica Oy OMG Kokkola Chemicals Oy Outotec Oy Kustakin molekyylimallitusta hyödyntävästä teollisuusyrityksestä on lueteltu seuraavat asiat: 1. Yhteyshenkilö 2. Mallitustutkimuksen aihealueet 3. Mallitustutkimuksen toteutus (itse / yhteistyössä / ostettuna palveluna) 4. Yhteistyökumppanit yliopistomaailmassa 5. Kuinka kauan molekyylimallitusta on hyödynnetty 6. Onko mallitus edistänyt t&k-toimintaa 7. Mallituksen vuosittaiset kustannukset 8. Mallituksen merkitys t&k-toiminnalle tulevaisuudessa 9. Muuta huomionarvoista Molekyylimallituksesta tulevaisuudessa kiinnostuneista yrityksistä on listattu niitä kiinnostavat potentiaaliset aihealueet. 3.1 Yliopistot: Teollisuusyhteistyötä tällä hetkellä tekevät Helsingin yliopisto, Lääkkeen keksintä- ja kehitysteknologian keskus (Urtti) 1. Yhteyshenkilö Prof. Arto Urtti 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) 1 20% 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka Alle 5 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa Alle 5 vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Lääkeainekehitys 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Erittäin tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Yritys X (ei voi kertoa sopimussyistä) 8. Muuta huomionarvoista Joensuun yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Pakkanen) 1. Yhteyshenkilö Prof. Tapani Pakkanen 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) 41 60% 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa Yli 20 vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Katalyysimallitus ja materiaalimallitus 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Erittäin tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Borealis, Leiras, Dynea, Kemira, Lohja Oy, Neste 8. Muuta huomionarvoista Laajaa teollisuusyhteistyötä 1980-luvulta lähtien. Suuret laskentaresurssit, 750 prosessoriydintä. 4

11 3.1.3 Kuopion yliopisto, biotieteiden laitos, kemian yksikkö (Laatikainen) 1. Yhteyshenkilö Prof. Reino Laatikainen 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) 21 40% 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka Alle 5 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita NMR-spektrien prediktio annetusta rakenteesta 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Erittäin tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Bruker Biospin, Bio-Rad (USA), Fermion 8. Muuta huomionarvoista Ryhmä ylläpitää ja kehittää NMR-spektrien analyysiin ja tulkintaan liittyvää ohjelmistoa yhteistyössä spin-offyrityksen kanssa Kuopion yliopisto, farmaseuttisen kemian laitos (Poso) 1. Yhteyshenkilö Prof. Antti Poso 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) 21 40% 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka 5 10 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Proteiinimallinnus, lääkeainesuunnittelu, kemometria 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Erittäin tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Orion, Santen. Muita yrityksiä, joita ei voi paljastaa sopimussyistä. 8. Muuta huomionarvoista Oulun yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Laasonen) 1. Yhteyshenkilö Prof. Kari Laasonen 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) % 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka 5 10 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Metalli-ligandi-kompleksien mallinnus, metallien pintailmiöt, vesiliuoksessa tapahtuvien ilmiöiden mallinnus 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Kemiran Espoon ja Oulun tutkimuskeskukset 8. Muuta huomionarvoista Suuri osa yhteistyöstä perustutkimusta, vain muutama kuukausi palvelututkimusta. Kiinnostusta laajempaankin yhteistyöhön teollisuuden kanssa. 5

12 3.1.6 Tampereen teknillinen yliopisto, fysiikan laitos, puolijohdefysiikka (Rantala) 1. Yhteyshenkilö Prof. Tapio Rantala 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) % 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa Yli 20 vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Puolijohderakenteet ja niiden pintareaktiot. Metallipinnat. 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Vähemmän tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Okmetic 8. Muuta huomionarvoista Teknillinen korkeakoulu, fysiikan laboratorio (Nieminen) 1. Yhteyshenkilö Prof. Risto Nieminen 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) % 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka Yli 50 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa Yli 20 vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Katalyysi, polymeeri/metallirajapinnat, piikiekkojen valmistus, magneettiset muistimetallit, nanorakenteinen hiili 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Okmetic, Fortum, Outokumpu, Nokia 8. Muuta huomionarvoista Laajaa teollista yhteistyötä 1990-luvun alusta lähtien 6

13 3.2 Yliopistot: Teollisuusyhteistyöhön aiemmin osallistuneet Jyväskylän yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Korppi-Tommola) 1. Yhteyshenkilö Prof. Jouko Korppi-Tommola 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) % 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka Alle 5 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Molekyylien sitoutuminen pinnalle 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Vähemmän tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Nippon Kagagu 8. Muuta huomionarvoista Yhteistyö oli vastavuoroista, yritys antoi ryhmälle kemikaaleja Lappeenrannan teknillinen yliopisto, elektroniikan materiaalitekniikan laboratorio (Alatalo) 1. Yhteyshenkilö Prof. Matti Alatalo 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) % 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka 5 10 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Pintojen mallinnus, nanopartikkelit 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Outokumpu ja Kemira 8. Muuta huomionarvoista Yhteistyö välillistä yhteistyötä Tekes-projektissa Åbo Akademi, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Hotokka) 1. Yhteyshenkilö Prof. Matti Hotokka 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) 1 20 % 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka 5 10 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa Yli 20 vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Nukleaatio, lääkeainesyntetiikka 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Vähemmän tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Ei eritelty 8. Muuta huomionarvoista 7

14 3.3 Yliopistot: Teollisuusyhteistyöstä kiinnostuneet Helsingin yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Vaara) 1. Yhteyshenkilö Dosentti Juha Vaara 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) 100 % 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka 5 10 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita NMR, Xe-NMR materiaalien mallinnuksessa ja kok. tutkimuksessa, ESR/EPR, liuosefektit, raskaat alkuaineet, puolijohteiden kidevirheet 6. Muuta huomionarvoista Yhteistyötä ei ole ollut, koska ei ole ollut sopivia kontakteja; oma ala varsin spesifinen Jyväskylän yliopisto, kemian laitos, epäorgaaninen kemia (Valkonen) 1. Yhteyshenkilö Prof. Jussi Valkonen 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) 1 20 % 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka Alle 5 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa 5 10 vuotta 5. Teoll. yhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Karakterisointi, kemialliset ominaisuudet, molekyylimagneetit, spektroskopia 8

15 3.4 Yliopistot: Puhtaasti perustutkimukseen suuntautuneet Selvitykseen osallistuneista yliopistotahoista puhtaasti perustutkimukseen suuntautuneita ovat: Helsingin yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Prof. Lauri Halonen) Helsingin yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Prof. Markku Räsänen) Helsingin yliopisto, fysikaaliset tieteet, kiihdytinlaboratorio (Prof. Kai Nordlund) Helsingin yliopisto, kemian laitos, ruotsinkielinen opetuslaboratorio (Prof. Pekka Pyykkö) Jyväskylän yliopisto, kemian laitos, orgaaninen kemia (Prof. Kari Rissanen) Tampereen teknillinen yliopisto, kemian laitos (Prof. Helge Lemmetyinen) Turun yliopisto, kemian laitos, rakennekemian ryhmä (Prof. Jorma Hölsä) Turun yliopisto, fysiikan laitos, materiaalifysiikka (Prof. Juhani Väyrynen) Vaikka edellä mainituilla ei ollut teollisuusyhteistyötä, niistä koottiin samat perustiedot kuin muistakin yliopistoryhmistä. Seuraavassa on esitetty tiivistettynä molekyylimallitusta koskevat tiedot niistä ryhmistä, joista tietoja saatiin. Vaikka ryhmät ovat suuntautuneet perustutkimukseen, on myös listattu osaamisalueita, jotka voisivat olla hyödyllisiä teollisuusyhteistyössä. Halonen Räsänen Nordlund Mallitustutkimuksen osuus (%) % % % Mallitushenkilöstön suuruusluokka Alle 5 hlöä 5 10 hlöä Alle 5 hlöä Kokemus mallituksesta vuosissa Yli Teollisuusyhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Adsorptioprosessit pinnoilla, spektroskopia Kaasuanalytiikka, jalokaasuyhdisteet, spektroskopia Nanorakenteet, puolijohteet, säteilyvaurioiden mallinnus Pyykkö Rissanen Lemmetyinen Hölsä Mallitustutkimuksen osuus (%) % 1 20 % 1 20 % 1 20 % Mallitushenkilöstön suuruusluokka hlöä Alle 5 hlöä Alle 5 hlöä Alle 5 hlöä Kokemus mallituksesta vuosissa Yli Teollisuusyhteistyölle tärkeitä osaamisalueita Kultayhdisteet, materiaalien optiset ominaisuudet (dos. Dage Sundholm) Orgaaninen rakennekemia, supramolekyylikemia Valokemia, elektroninsiirtoprosessit Rakennekemia Selvitykseen vastaamatta jättäneiltä yliopisto-osapuolilta löytyy lisäksi osaamista esimerkiksi nanopartikkeleiden ja niiden katalyyttisten ja optisten ominaisuuksien tutkimuksesta (Jyväskylän yliopisto, Nanoscience Center, Prof. Hannu Häkkinen). 9

16 3.5 VTT 1. Yhteyshenkilö FT Eini Puhakka 2. Mallitustutkimuksen osuus (%) 1 20 % 3. Mallitushenkilöstön suuruusluokka Alle 5 hlöä 4. Kokemus mallituksesta vuosissa vuotta 5. Vahvuudet ja osaamisalueet Likaantuminen ja erilaiset adsorptiomekanismit. Biofysiikka 6. Arvio teollisen yhteistyön merkityksestä Erittäin tärkeä 7. Yhteistyökumppanit teollisuudessa Useita (listattu 8 projektia), nimiä ei voi kertoa sopimussyistä 8. Muuta huomionarvoista 10

17 3.6 Yliopistot ja VTT: Yhteenveto osaamisalueista Alla on esitetty tiivistelmä teollisuusyhteistyössä mahdollisesti hyödynnettävistä osaamisalueista, joita teollisesta yhteistyöstä kiinnostuneilla tutkimusryhmillä on. Kuvaan on koottu pääasiassa osapuolten selvityksessä esille tuomia osaamisalueita, eikä se siis ole kattava esitys Suomen yliopistoissa olevasta molekyylimallituksen osaamisesta. Nanoteknologia Teknillinen korkeakoulu (Nieminen) Uudet materiaalit Katalyysi Joensuun yliopisto (Pakkanen) Puolijohteet TTY (Rantala) LTY (Alatalo) Pintailmiöt Metallikompleksit, liuostila Jyväskylän yliopisto (Korppi-Tommola) VTT (Puhakka) Oulun yliopisto (Laasonen) Jalokaasuyhdisteet Helsingin yliopisto (Vaara) Magneettiset ilmiöt Spektroskopia Jyväskylän yliopisto (Valkonen) Kuopion yliopisto (Laatikainen) Åbo Akademi (Hotokka) Lääkeainekehitys Helsingin yliopisto (Urtti) Kuopion yliopisto (Poso) 11

18 3.7 Teollisuus: Molekyylimallitusta aktiivisesti hyödyntävät yritykset Borealis Polymers Oy 1. Yhteyshenkilöt Petri Lehmus, tutkimuspäällikkö John Severn, katalyysiasiantuntija 2. Mallitustutkimuksen aihealueet Katalyyttien rakenne-ominaisuus -korrelaatiot 3. Mallitustutkimuksen toteutus Yhteistyössä yliopistotahon kanssa 4. Yhteistyökumppanit yliopistomaailmassa Joensuun yliopiston kemian laitos, prof. Tapani Pakkanen 5. Kuinka kauan mallitusta on hyödynnetty Yli 5 vuotta 6. Onko mallitus edistänyt t&k-toimintaa Kyllä 7. Mallituksen vuosittaiset kustannukset euroa 8. Mallituksen merkitys tulevaisuudessa Tärkeä 6 9. Muuta huomionarvoista Mallituksen hyödynnettävyys on parantunut huomattavasti viime vuosien aikana. Mallituksen ja kokeiden korrelaatio tarvitsee edelleen kehittämistä (mallit eivät ota kaikkia merkitseviä tekijöitä huomioon) Fermion Oy 1. Yhteyshenkilö Leif Hildén, tuotekehitysjohtaja 2. Mallitustutkimuksen aihealueet Esim. kemiallisten yhdisteiden fysikaalisten ominaisuuksien ennustaminen. Kiteytysmallitys/kidemuotomallitus. 3. Mallitustutkimuksen toteutus Ostettuna palveluna (ACD, Kanada). Kiteytysmallitusta Tekes-hankkeena yliopistojen kanssa 4. Yhteistyökumppanit yliopistomaailmassa LTY ja HY 5. Kuinka kauan mallitusta on hyödynnetty Yli 5 vuotta 6. Onko mallitus edistänyt t&k-toimintaa Kyllä 7. Mallituksen vuosittaiset kustannukset euroa 8. Mallituksen merkitys tulevaisuudessa Erittäin tärkeä Hormos Medical Oy 1. Yhteyshenkilö Risto Lammintausta, toimitusjohtaja 2. Mallitustutkimuksen aihealueet Lääkeainesuunnittelu 3. Mallitustutkimuksen toteutus Ostopalveluna Fatman Bioinformational Designs Oy:ltä 4. Yhteistyökumppanit yliopistomaailmassa 5. Kuinka kauan mallitusta on hyödynnetty Yli 5 vuotta 6. Onko mallitus edistänyt t&k-toimintaa Kyllä 7. Mallituksen vuosittaiset kustannukset euroa 8. Mallituksen merkitys tulevaisuudessa Tärkeä 9. Muuta huomionarvoista Juuri nyt ei käynnissä sellaista lääkesuunnitteluhanketta, jossa molekyylimallitus koettaisiin hyödylliseksi 12

19 3.7.4 Kemira Oy 1. Yhteyshenkilö Reijo Aksela, erikoistutkija 2. Mallitustutkimuksen aihealueet Monomeerien ja polymeerien metallien sitomiskyvyn ja konformaation ennustaminen 3. Mallitustutkimuksen toteutus Yhteistyössä yliopistotahon kanssa 4. Yhteistyökumppanit yliopistomaailmassa Oulun yliopiston kemian laitos, prof. Kari Laasonen 5. Kuinka kauan mallitusta on hyödynnetty 1-5 vuotta 6. Onko mallitus edistänyt t&k-toimintaa Kyllä, huomattavasti 7. Mallituksen vuosittaiset kustannukset Alle euroa 8. Mallituksen merkitys tulevaisuudessa Erittäin tärkeä 9. Muuta huomionarvoista Molekyylimallituksen kaltaisen modernin työkalun kehittäminen ja mallinnustulosten julkaiseminen luo myös vakuuttavaa kuvaa yrityksemme tutkimus- ja kehitystoiminnasta Nokian Capacitors Oy 1. Yhteyshenkilö Yrjö Enqvist, tutkimus- ja kehitysjohtaja 2. Mallitustutkimuksen aihealueet Polypropeenimuovin sähköisten arvojen muuttaminen 3. Mallitustutkimuksen toteutus Ostopalveluna 4. Yhteistyökumppanit yliopistomaailmassa VTT/TTY/TKK 5. Kuinka kauan mallitusta on hyödynnetty 1-5 vuotta 6. Onko mallitus edistänyt t&k-toimintaa Kyllä 7. Mallituksen vuosittaiset kustannukset Alle euroa 8. Mallituksen merkitys tulevaisuudessa Vähemmän tärkeä 9. Muuta huomionarvoista Molekyylimallitus on ollut osana nanotutkimusta. Ei koske suoraan yritystä vaan lähinnä raaka-ainetoimittajien alihankkijoita Orion Oy / Orion Pharma 1. Yhteyshenkilöt Leena Otsomaa, osastopäällikkö, Medicinal Chemistry Martti Ovaska, ryhmänjohtaja, Medicinal Chemistry 2. Mallitustutkimuksen aihealueet Lääkeainekehitys (virtuaaliskriinaus, leadin optimointi, jne.) 3. Mallitustutkimuksen toteutus Omaa tutkimusta, yhteistyötä yliopistojen kanssa ja ostopalveluita 4. Yhteistyökumppanit yliopistomaailmassa Kuopion yliopisto (Prof. Antti Poso) 5. Kuinka kauan mallitusta on hyödynnetty Yli 5 vuotta 6. Onko mallitus edistänyt t&k-toimintaa Kyllä, huomattavasti 7. Mallituksen vuosittaiset kustannukset Yli euroa 8. Mallituksen merkitys tulevaisuudessa Erittäin tärkeä 9. Muuta huomionarvoista 13

20 3.8 Teollisuus: Molekyylimallituksesta kiinnostuneet yritykset Yritys Coherent Finland Oy CP Kelco Oy Ecocat Oy Environics Oy Jurilab Oy Neste Oil Oy Okmetic Oy Teboil-konserni/ LLK Finland Oy Aihealueet, joiden mallituksesta yrityksessä oltaisiin kiinnostuneita MBE-kasvatusprosessin mallinnus (Molecular Beam Epitaxy). Kiinnostus yleisellä tasolla. Kemian ilmiöiden syvennetty ymmärtäminen liittyen katalyysireaktioihin. Kaasusensorien pintarakenne ja -reaktiot. Lääkeainekehitys. Öljyjen tuoteominaisuuksien ja rakenteen korrelaatio. Piikiekkojen syövytys. Poltto- ja voiteluaineiden sekä niiden raaka-aineiden fysikaalisten ominaisuuksien vertailu. Tuotekehityksen apuvälineeksi. 3.9 Teollisuus: Yhteenveto molekyylimallitustutkimuksen aiheista Selvitykseen osallistuneet molekyylimallitusta hyödyntävät ja siitä kiinnostuneet yritykset on luokiteltu alla viiteen lokeroon. Jako on karkeahko, mutta se antaa yleiskuvan molekyylimallinnuksen hyödynnettävyyden laajuudesta teollisessa tuotekehityksessä. Kunkin yrityksen tutkimusongelmia on kuvattu tarkemmin luvuissa 4.2 ja 4.3. Katalyysi Borealis Polymers Oy (muovinvalmistuksen katalyytit) Ecocat Oy (katalysaattoriteknologiat) Lääkeainekehitys Fermion Oy Hormos Medical Oy Orion Oy / Orion Pharma Jurilab Oy Paperi Kemira Oy (sellunvalkaisu) Puolijohteet ja muut edistyneet materiaalit Coherent Finland Oy (MBA-kasvatusprosessi) Environics Oy (kaasusensorit) Nokian Capacitors Oy / alihankkija (polypropeenin sähköiset ominaisuudet) Okmetic Oy (piikiekkojen syövytys) Öljyt ja voiteluaineet Neste Oil Oy Teboil-konserni / LLK Finland Oy 14

21 3.10 Tieteen tietotekniikan keskus CSC CSC on opetusministeriön hallinnoima, voittoa tavoittelematon tieteen tietotekniikan keskus. CSC tarjoaa korkeakouluille, tutkimuslaitoksille ja yrityksille tietoteknistä tukea ja resursseja mallinnus-, laskenta- ja tietopalveluina. Tutkijoiden käytössä on Suomen laajin tieteellisten ohjelmistojen ja tieteen tietokantojen valikoima sekä Suomen tehokkaimmat supertietokoneet. Selvityksen yhteyshenkilönä CSC:llä toimi kemian palveluiden sovellusasiantuntija FT Atte Sillanpää. CSC:llä on keskeinen rooli suomalaisessa mallitustutkimuksessa, esimerkiksi selvitykseen osallistuneista yliopistotahoista yli 75 % käyttää CSC:n laskentaresursseja. Lisäksi sellaisetkin ryhmät, jotka eivät käytä CSC:n laskentaresursseja, hyödyntävät usein CSC:n asiantuntija- ja tietokantapalveluja. CSC on myös mukana tänä vuonna käynnistyneessä TKK-VTT-Nokia-CSC-hankkeessa, jossa tutkitaan uusia nanomateriaaleja ja niiden ominaisuuksia. Projekti yhdistää eri toimijoiden vahvuuksia ja CSC osallistuu siihen sekä asiantuntijana että laskentakapasiteetin tarjoana. CSC:llä nähdään, että kansallisen tuotekehityksen ja tutkimuksen korkean laadun säilyttämisen kannalta on olennaista turvata jatkossakin suoraviivainen pääsy kansainvälisen tieteen tuottamaan tietoon (esimerkiksi kemian tietokantoihin) ja sen analysointiin vaadittavaan kapasiteettiin. Tämä kaikki edellyttää toimivaa tiedon infrastruktuuria, jota CSC tarjoaa: verkkoyhteyksiä, palvelimia ja asiantuntijoita, jotka ylläpitävät ja kehittävät toisiinsa liittyviä, tietoa välittäviä palveluja. CSC:n mielestä on järkevää keskittää laajasti kansallisesti käytettyjen infrastruktuurien hoitaminen, jolloin tutkijat voivat keskittyä tiedesubstanssiin. Teollisuus ei voi CSC:n mukaan käyttää avointa tutkimuksen infraa suljettuun tuotekehitykseen kattamatta käytön kustannuksia. Teollisuus voi kuitenkin tehdä avointa tutkimus- ja kehittämistyötä, jonka tulokset ovat julkisia, hyödyntämällä julkisin varoin rahoitettua tutkimusinfraa. Tämän vuoksi yliopistojen ja tutkimussektorin rooli on ensiarvoisen tärkeä infrastruktuurien ensimmäisen vaiheen hyödyntäjänä. Yliopistojen rooli on tärkeä myös tulevaisuuden osaajien kouluttajana. Yritysten kansallisen kilpailukyvyn kannalta on myös tärkeää, että tuleva työvoima osaa käyttää uusinta tietoteknologiaa. CSC:n strategiaan kuuluu tavoite, että mm. laskentakapasiteettia on kustannustehokkaasti myös yrityssektorin ulottuvilla. 15

22 4 Molekyylimallituksen teollisen hyödyntämisen nykytila Luvussa on kuvattu molekyylimallituksen teollisen hyödyntämisen nykytilaa Suomessa. Tiedot perustuvat pääasiassa aktiivisimpien yliopistojen molekyylimallitusryhmien ja mallitusta hyödyntävien tai siitä kiinnostuneiden teollisuusyritysten haastatteluihin. Seuraavat yliopistojen ja tutkimuslaitosten molekyylimallitusryhmät valittiin kyselylomakkeiden perusteella tarkempaa haastattelua varten: Joensuun yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Pakkanen) Kuopion yliopisto, biotieteiden laitos, kemian yksikkö (Laatikainen) Kuopion yliopisto, farmaseuttisen kemian laitos (Poso) Oulun yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Laasonen) Tampereen teknillinen yliopisto, fysiikan laitos, puolijohdefysiikka (Rantala) Teknillinen korkeakoulu, fysiikan laboratorio (Nieminen) VTT (Puhakka) Prof. Tapani Pakkasta (Joensuu), Prof. Risto Niemistä (TKK) ja FT Eini Puhakkaa (VTT) haastateltiin paikan päällä, muut haastattelut olivat puhelinhaastatteluja. Seuraavat molekyylimallitusta aktiivisesti hyödyntävät teollisuusyritykset valittiin kyselylomakkeiden perusteella tarkempaa haastattelua varten: Borealis Polymers Oy Fermion Oy Kemira Oy Nokian Capacitors Oy Orion Oy / Orion Pharma Näistä yrityksistä Borealista ja Orionia haastateltiin paikan päällä, muita haastateltiin puhelimitse. Seuraavat molekyylimallituksesta kiinnostuneet teollisuusyritykset valittiin kyselylomakkeiden perusteella tarkempaa haastattelua varten: Coherent Finland Oy CP Kelco Oy Ecocat Oy Environics Oy Jurilab Oy Neste Oil Oy Teboil-konserni / LLK Finland Oy Näistä yrityksistä Neste Oilia haastateltiin paikan päällä, muita haastateltiin puhelimitse. 4.1 Teollisuusyhteistyötä tekevien yliopistotahojen haastattelut Joensuun yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Pakkanen) Prof. Pakkasen ryhmällä on ollut mittavaa molekyylimallitusaiheista teollisuusyhteistyötä 1980-luvulta lähtien. Yhteistyö on kohdistunut hyvin erilaisille aihealueille, kuten atomikerrosepitaksia-, lääkeaine-, katalyytti-, lannoiteja pintamallitukseen. Projektien yleisimpiä rahoitusmalleja ovat Tekesin teknologiaohjelma tai suora tilaustutkimus. Tyypillisesti hankkeissa on yksi tutkija. Aloite projekteihin on tullut yleensä yrityksistä, mutta tutkimussuunnitelmat on tehty yhdessä. Molekyylimallituksen suurena etuna kokeelliseen työhön nähden Pakkanen pitää ymmärryksen lisäämistä tutkittavista ilmiöistä. Molekyylimallitus auttaa muokkaamaan tutkimusongelman asettelua ja synnyttää uusia ajatuksia ja ideoita, joiden pohjalta kokeellisen tutkimuksen suuntautumista voidaan muuttaa. Edelleen, yhdistämällä molekyylimallitus ja kokeellinen työ, päästään usein käsiksi konkreettisiin tuloksiin. Pakkasen mukaan molekyylimallitusyhteistyö on yleensä koettu onnistuneeksi. Yhteistyöpalavereissa on käsitelty paljon menetelmien rajoituksia ja mahdollisuuksia. Joensuun yliopiston kemian laitoksella on myös järjestetty molekyylimallituskursseja teollisuudelle. Aiemmin laskentaresurssit ovat olleet merkittävä rajoitus, mutta laskentakalusto on parantunut viime vuosina selkeästi. Silti teollisuusprosessit ovat usein haastavan monimutkaisia. Erityisen haastavana Pakkanen pitää uusien mallitusalueiden avaamista. Tällöin haaste on lähinnä ajallinen, koska teollisuushankkeet ovat yleensä lyhytaikaisia eikä kovin eksoottisiin aiheisiin voi välttämättä tämän vuoksi lähteä. 16

23 Yhteistyön jatkuvuus vaihtelee projekteittain. Yleensä projektit ovat jatkuneet sen aikaa kun niitä on kannattanut jatkaa. Paras esimerkki pitkäaikaisesta jatkuvasta yhteistyöstä on katalyysitutkimus muovivalmistaja Borealiksen kanssa. Osa tästä yhteistyöstä on esitetty erillisenä tapauskuvauksena luvussa Kuopion yliopisto, biotieteiden laitos, kemian yksikkö (Laatikainen) Prof. Laatikaisen ryhmän molekyylimallitusaiheinen teollisuusyhteistyö on keskittynyt pääasiassa PERCH NMR Software-ohjelmiston ympärille. Ohjelmisto on lisensoitu Bruker Biospinille ja se on mukana Brukerin uusimmassa NMR-spektrometrien käyttöliittymässä, jonka asennuskanta maailmalla lasketaan tuhansissa kappaleissa. Ohjelmistonkehitystä on eriytetty omaan spin-off-yritykseen (PERCH Solutions Ltd.), jota yritetään tällä hetkellä saada kannattavaksi. Yhteistyö Brukerin kanssa on kestänyt vuosikausia ja se on koettu hyvin onnistuneeksi. Ohjelmistonkehityksen idea on peräisin puhtaasta perustutkimuksesta jo 1970-luvun lopulta. Laatikainen näkee hankkeella tulevaisuudessa useita tieteellisiä haasteita, jotka liittyvät esimerkiksi proteiinien NMR-spektrien ennustamiseen. Ohjelmistoyhteistyö on tuottanut myös lukuisia kontakteja muihin koti- ja ulkomaisiin yrityksiin ja akateemisiin tahoihin. Ohjelmistokehityksen lisäksi ryhmä on tehnyt pienimuotoista palvelututkimusta kotimaiselle lääketeollisuudelle (spektrien ennustamista rakenteesta) Kuopion yliopisto, farmaseuttisen kemian laitos (Poso) Prof. Poson ryhmän teollisuusyhteistyö on keskittynyt ennen kaikkea lääkeainesuunnitteluun. Tutkimusongelmana on yleensä uusien ligandien etsiminen kohdeproteiiniin. Ryhmällä on ollut tähän asti yhteensä kuusi teollisuuskumppania. Projektit ovat olleet joko Tekesin osin tai kokonaan rahoittamia useampivuotisia projekteja tai suoria yritysrahoitusprojekteja. Mallituksen hyöty kokeelliseen työhön nähden on ollut selvä: mallituksella on pystytty nopeuttamaan lääkekehitystä etsimällä parhaat kandidaatit kokeelliseen työhön. Teollisuusyhteistyön hyödyt Poso näkee huomattavina. Ryhmässä on pystytty laajentamaan osaamispohjaa ja saatu kokemusta teollisuustyyppisestä tutkimuksesta. Rahoituspohjan laajentuminen on ollut elintärkeää, koska perusraha ei riittäisi enää nykymuotoisen ryhmän ylläpitoon. Yritysten mallitusosaaminen on kasvanut Poson mielestä huomattavasti vuosien mittaan ja nykyisin oikeiden kysymysten ja yhteisen kielen löytäminen on helpompaa. Osapuolet ovat aina projektin aluksi opettaneet toisilleen, mitä kumpikin tekee tahollaan. Mahdollisista ongelmatilanteista on selvitty keskustelemalla eikä intressiristiriitoja ole ollut, koska heti projektien alussa on määritelty tavoitteet. Konkreettisia esimerkkejä tuloksista Poso ei voinut kertoa sopimussyistä, mutta yleisellä tasolla hän mainitsi tapauksen, jossa kahden kuukauden mallitustyö tuotti paremmat tulokset kuin firmassa oli saatu sitä ennen kolmessa vuodessa. Poso toteaa, että teollisuusyhteistyö tulee laajenemaan ja painottumaan jatkossa enemmän tilaustutkimukseen. Haasteina Poso kokee ryhmän oman osaamisen ylläpitämisen ja kokeneen henkilökunnan säilyttämisen ryhmässä. Lääkeainekemiassa kovaa kansainvälistä kilpailua on luvassa esimerkiksi Intian suunnalta, ja lääkekehityksen strategoiden tarkka seuraaminen on ensiarvoisen tärkeää Oulun yliopisto, kemian laitos, fysikaalinen kemia (Laasonen) Prof. Laasosen ryhmällä on ollut kaksi varsinaista teollisuusyhteistyöprojektia ja yksi hieman löyhemmin teollisuuteen sidoksissa oleva Tekes-projekti kuparipintojen mallituksesta. Sellunvalkaisuun liittyvästä teollisuusyhteistyöstä Kemiran kanssa on tarkempi tapauskuvaus luvussa 5.1. Kemiran kanssa on käynnissä myös toinen, alumiinioksideihin liittyvä teollisuusprojekti, mutta se on vielä alkuvaiheessa ja painottuu tällä hetkellä perustutkimukseen. Idea tähän projektiin on lähtöisin yliopistolta. Laasosen mielestä sopivien mallitettavien ilmiöiden löytäminen on suuri haaste. Teollisuusilmiöt tapahtuvat monesti makrotasolla tai ne ovat erittäin monimutkaisia, kuten esimerkiksi pinnan hapettuminen. Teollisuudessa pitäisi olla halua ymmärtää yksityiskohtia ja tarkkaa tutkimusta, jos halutaan tietoa, joka hyödyntää erikoistuneiden tuotteiden kehittämisessä. Laasonen toteaa, että bulkkituotteisiin on hyvin vaikea tuoda lisäarvoa molekyylitason mallitustutkimuksella. Laasosen ryhmän teollisuusyhteistyössä ihmistyön osuus on ollut laskentatehoa merkittävämmässä roolissa. Hyvin raskaat mallit on jätetty tarkoituksella pois, koska teollisuusyhteistyössä kannattaa Laasosen mukaan suosia rutiinityyppisiä laskuja, eikä aloittaa massiivisten ongelmien tutkimuksella. Tähänastisissa projekteissa teollisuus on saanut sen, mitä on halunnutkin. Tällä hetkellä yhteistyön kasvua rajoittaa Laasosen mielestä eniten tekijöiden eli molekyylimallituksesta kiinnostuneiden opiskelijoiden ja jatko-opiskelijoiden puute. 17

24 4.1.5 Tampereen teknillinen yliopisto, fysiikan laitos, puolijohdefysiikka (Rantala) Prof. Rantalan ryhmän teollisuusyhteistyö liittyy Tekesin käynnissäolevaan nanoteknologiaohjelmaan. Projektia koordinoi CSC ja yrityspuolelta yhteistyökumppanina on Okmetic Oy. Kyseessä on ryhmän ensimmäinen projekti teollisuuden kanssa ja tähänastinen yhteistyö on koettu toimivaksi. Saatu rahoitus on koettu hyväksi lisäksi normaaleihin toimintaresursseihin ja lisääntynyt yhteistyö uusien osapuolien kanssa on hyödyllistä. Projektin osallistujien intressit Rantala on kokenut yhteisiksi, eikä saatujen tulosten julkaisemista ole kielletty. Alkuvaiheessa haasteena oli kommunikointi yrityksen kanssa. Tähänastisen yhteistyön aikana on saatu valmiiksi suunnitellut ohjelmistonkehitysprojektit ja ohjelmiston tuotantoajot ovat alkamassa. Kehitetty uusi ohjelmisto on jo ennakkoon havaittu hyvin käyttökelpoiseksi ja tärkeäksi lisäksi yhteistyössä Teknillinen korkeakoulu, fysiikan laboratorio (Nieminen) Prof. Nieminen johtaa Suomen Akatemian laskennallisen nanotieteen huippuyksikköä (COMP), jolla on nyt menossa toinen huippuyksikkökausi. Ryhmällä on ollut teollisuusyhteistyötä 1990-luvun alusta lähtien. Puolijohdeteollisuus on ollut yksi suurimmista kumppaneista (esim. Okmetic Oy). Myös muistimetalliprojekti Outokummun ja Rautaruukin kanssa oli merkittävä ja se poiki aikanaan Adapmat-nimisen yrityksen, joka toimii edelleen. Nykyisestä yhteistyöstä Nieminen haluaa nostaa esiin Nokian kanssa käynnistyneen funktionaalisiin materiaaleihin keskittyvän hankkeen, johon on tarkoitus koota useita pienempiä nanotutkimusprojekteja. Konkreettisina kehitystavoitteina tässä projektissa ovat mm. uudet antennimateriaalit. Lisäksi COMP-yksikössä osittain mukana olevalla prof. Ilpo Vattulaisella (TTY) on kontakteja lääketeollisuuteen lipidikalvotutkimuksen osalta. Nieminen pitää yksikkönsä suurena vahvuutena monipuolisten menetelmien soveltamiskykyä lukuisiin erityyppisiin ongelmiin. Toisena merkittävänä vahvuutena ryhmällä on pitkäaikainen kokemus omasta ohjelmistonkehitystyöstä. Kehitettyjä koodeja on hyödynnetty myös teollisuusyhteistyössä. Ideat yritysyhteistyöstä syntyvät yleensä henkilökohtaisista kontakteista. Tyypillinen esimerkki on valmistunut DI tai TkT, joka yritykseen työllistyttyään ottaa yhteyttä vanhaan opinahjoon. Monesti myös Tekes on toiminut katalyyttinä, kun saman pöydän ääreen on koottu teollisuus- ja yliopistoväkeä. Joskus taas projektit ovat käynnistyneet, kun Tekesin ohjelmiin on ehdotettu aiheita, joiden kautta on saatu yrityspartnereita. Yliopiston ja teollisuuden välisessä yhteistyössä täytyy Niemisen mukaan usein alkuvaiheissa opetella yhteinen kieli, mutta isoja ongelmia ei ole ollut. Osapuolten intressien kohtaaminen riippuu paljon tapauksesta ja yrityksen koosta. Joskus pieni yritys, jolla on tuotekehitysongelma, saattaa toivoa epärealistisen nopeita ratkaisuja ja vastauksia. Tällöin on parempi myöntää rehellisesti, että tuloksia ei ole mahdollista saada halutussa aikataulussa. Vastakohtana ovat isommat yritykset, esim. Nokia, joilla on jopa 10 vuoden horisontti yhteistyöprojektissa. Pääosin yrityskontaktit olleet isoja yrityksiä, jotka arvostavat perustutkimusta. Tulosten julkaisemisessa ei ole ollut isoja ongelmia. Toki yritykset haluavat pitää asioita kilpailijoilta salassa, mutta yliopiston opinnäytetöiden pitää olla julkisia ja tulokset halutaan julkaista. Uudessa Nokia-projektissa onkin jonkin verran Open Innovation -ajatusta, eli tulokset julkaistaan heti, jolloin muutkaan eivät voi niitä patentoida. Prof. Nieminen pitää yritysyhteistyötä hyvänä kokemuksena. Se avaa nuorille tutkijoille uravaihtoehtoja ja yrityksiä kiinnostavat projektit myös motivoivat nuoria tekijöitä. Niemisen mielestä jako perustutkimuksen ja soveltavan tutkimuksen välillä ei ole ollenkaan niin selvä kuin joskus ajatellaan, vaan yhteistyöprojekteista on poikinut perustutkimuksenkin kannalta hyviä ideoita. Yritysten saama hyöty on hyvin tapauskohtaista. Joskus tulokset ovat olleet jopa kriittisen merkittäviä yrityksen menestyksen kannalta, toisinaan taas yrityksen hyöty jää siihen, että saadaan uutta tietoa ja syvennetään osaamista, vaikka konkreettista tulosta ei syntyisikään. Voittopuolisesti yritykset kuitenkin hyötyvät, varsinkin kun mallinnuksella päästään nykyisin lähemmäs reaalimaailmaa. Niemisen mielestä yrityksillä pitäisi olla omia mallitusosaajia, koska pelkkä projektin tilaus ja rahoitus ei aina tuota parasta mahdollista tulosta. Jos yrityksessä olisi mallitusosaajia, se tasapainottaisi keskustelua. Pienille yrityksille tietysti henkilöstön palkkaamisen kynnys voi olla korkea, mutta isommilla yrityksillä hyödyt voisivat olla merkittäviä. Verrattaessa kokeellista tutkimusta ja molekyylimallitusta selkeitä myyntiargumentteja mallituksen puolesta ovat Niemisen mielestä tehokkuuden lisääminen ja tuotekehitysprosessin nopeuttaminen. Esimerkiksi nanoteknologian ja räätälöityjen materiaalien ollessa kyseessä on usein nopeampaa tutkia asiat ensin mallituksen avulla kuin tehdä kaikki kokeellisesti. Mallitus toimii tällöin eräänlaisena Rapid prototyping -menetelmänä, mahdollisesti aluksi karkeammilla menetelmillä ja sitten tarkentaen. Mallituksen tuoma tärkeä etu on ilmiöiden ymmärtäminen atomitasolla, koska ymmärtämällä prosessia paremmin voidaan parantaa prosessien säätöä. Prosessin ymmärtäminen on myös markkinointimenetelmä, jota yritys voi käyttää asiakkaan luottamuksen lisäämiseen (animaatiovideot reaktiomekanismeista jne.). 18