Search

Käesolev doktoritöö seab eesmärgiks semiootiliselt modelleerida hüperreaalsust tänapäeva digitaliseerunud ühiskonnas, pidades silmas WEB 3.0 kaudu saabuvat virtuaalsuse ajastut. Tulevane Web 3.0 kui praeguse digiruumi areng viib meid hüperreaalsusesse (kus virtuaalne saab tegelikkusest reaalsemaks). Me nimetame seda järgmist sammu ‘hüpervirtuaalsuseks’ kui ühendavaks ‘ virtuaalset’ ja ‘ hüperreaalsust’, kus füüsiline muutub tähendusetuks lõuendiks, mida katvas digikihis on seejuures niisugused virtuaalsed alad, mis püüdlevad omaenda maailma eristamisele tavadigimaailmast. Töös uuritakse virtuaalreaalsuse, lisareaalsuse ja segureaalsuse mudeleid, väites, et virtuaalreaalsuse ja lisareaalsuse puhul puudub hüpervirtuaalsuse loomise jaoks vajaminev interaktsioon füüsi(ka)lise ruumiga, samas võib segureaalsus katta füüsilise reaalsuse digitaalse teabekihiga, kuni muutudes füüsi(ka)lisest ruumist enamtähenduslikuks ja olulisemaks. Need ruumid võivad dubleerida füüsilist või võimendada virtuaalset, ilmutades end rohkem kui virtuaalsena. Kasutaja ja tema avatari identiteedi transmediaalsus on üks viimaseid suhteid, kus füüsilised, võrguühenduseta märgid moodustavad semiootilise suhtlusmudeli esmase aluse. Töö ühe järeldusena rõhutame, et täiustatud digitaalse kirjaoskuse õpetamine võimaldaks indiviidil kontekstualiseerida ennast füüsilises ruumis, vältides seega füüsilise märgi kui oma identiteediskeemi tähendusliku osa kadumist. Virtuaalne ruum peaks tähenduslikkust lisama, aga mitte asendama tavamaailma märke., This thesis aims to semiotically model hyperreality in contemporary digitized society and beyond into the burgeoning Web 3.0 era of ubiquitous virtuality. The upcoming Web 3.0, as an evolution of the current digital space, leads us to an evolution of hyperreality (where the virtual is more real than reality). We call this next step “hypervirtuality” as a portmanteau of “virtual” and “hyperreality”, where the physical becomes a meaningless canvas, overlaid by digital information, which is itself appended by virtual spheres of digital signs that attempt to differentiate themselves from the mundane digital world. We investigate virtual reality, augmented reality, and mixed reality models, stating that virtual reality and augmented reality lack the interaction with the physical space to create hypervirtuality, but mixed reality could overlay the physical with a digital layer of information that increasingly becomes more significant and symbolic than mundane physicality. These spaces can replicate the physical or exaggerate the virtual, pointedly marking themselves as more virtual-than-virtual. The transmediality of identity between the user and their avatar is one of the last relationships where the physical, offline, signs form a primary foundation to the semiotic communication model. Our thesis concluded that an enhanced digital literacy education within the classroom would enable the contextualisation of self within the physical space, thus avoiding the loss of the physical sign as a meaningful part of one’s identity schema. The virtual space should add meaning and not replace offline signs completely., https://www.ester.ee/record=b5497384

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Suurt osa vastsündinutel kasutatavatest ravimitest ei ole sellel populatsioonil põhjalikult uuritud. Sageli on ravimi doseerimise ja oodatava efekti osas võetud aluseks täiskasvanutel või suurematel lastel läbi viidud uuringute tulemused. Esimestel elutundidel, -päevadel ja -nädalatel aset leidvad füsioloogilised muutused mõjutavad ravimite jaotumist, toimet ja eliminatsiooni viisil, mida ei ole võimalik ennustada täiskasvanute või laste uuringutes kogutud andmete pealt. Käesoleva uurimistöös kogusime ja analüüsisime kahe vastsündinutel sageli kasutatava südant ja vereringet mõjutava ravimi – dobutamiini ja milrinooni – doseerimise, plasmakontsentratsiooni ja toimete vahelisi seoseid. Analüüsiks kasutasime mittelineaarseid segamõjudega mudeleid, mis lisaks kehas ravimiga (farmakokineetika) ja ravimi toimel toimuvatele (farmakodünaamika) protsessidele kirjeldavad ka indiviidide vahelisi variatsioone nendes protsessides ning juhusliku vea suurust, mis tekib ravimi manustamisel ja mõõtmiste teostamisel. Leidsime, et vereringe sünnijärgse ümberkohanemise ajal ilmneb dobutamiini toime südamesagedusele ja vererõhule juba suhteliselt madalatel kontsentratsioonidel ning on küllastuv, südame minutimahtu tõstev toime on uuritud doosi- ja kontsentratsioonivahemikus aga lineaarne või küllastub kõrgematel kontsentratsioonidel. Milrinooni farmakokineetika andmete alusel soovitame ravimi doseerimisskeemi, mis tagab avatud arterioosjuha ligeerimise järgselt ravi vajavatel vastsündinutel kõige suurema tõenäosusega ravimi kontsentratsiooni toimivas vahemikus. Käesolev töö lisab olulist uut teadmist ravimite kasutamiseks vastsündinutel kahes kriitilises olukorras, kus oodatava toime saavutamine, vältides samal ajal kõrvaltoimeid, on eluliselt tähtis., A lot of medications used in neonates are insufficiently studied in this vulnerable population. Often the dosing schemes and expected effects are extrapolated from adult or paediatric studies. Physiological changes within hours, days and weeks after birth affect the distribution, elimination and effect of medications in ways not predictable from adult and paediatric data. The present research analysed dosing, concentration and effect relationships of two cardiovascular medications – dobutamine and milrinone – in neonates in clinical situations where they are frequently used. Nonlinear mixed-effects modelling was used to describe the pharmacokinetic and pharmacodynamic processes with evaluation of interindividual variability and residual variability occurring during treatment and data collection. The effects of dobutamine on heart rate and blood pressure occur with relatively low concentrations and are saturable, contrarily the effect on cardiac output is linear throughout the studied dose- and concentration range or is saturable at higher concentrations. Based on the pharmacokinetic data, milrinone dosing regimen was suggested for preterm neonates undergoing patent arterial duct closure operation and at risk of postoperative respiratory and cardiac function deterioration. Additional to developmental changes the pharmacokinetics and pharmacodynamics of medications in neonates may be affected by the critical illness and intensive care, thereby the most valuable pharmacological data comes from the studies conducted in the particular situations where the effects are expected., https://www.ester.ee/record=b5346636

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Fotoluminestsents on materjalis toimuv protsess, mille kõige olulisemaks tunnuseks on asjaolu, et materjal muudab talle langeva valguse lainepikkust – ehk teisisõnu selle värvust. Titaanoksiid, millesse on lisatud vähesel määral samaariumi ioone (TiO2:Sm3+), on materjal, mis fotoluminestseerub, kui teda kiiritada ultraviolettkiirgusega (UV). See tähendab, et materjal teisendab UV kiirguse punakas-oranžiks valguseks ehk fotoluminestsents¬kiirguseks (PL). TiO2:Sm3+ PL kiirguse omadused sõltuvad materjali ümbritseva atmosfääri gaasilisest koostisest. See omakorda tekitab küsimuse, kas materjali oleks võimalik rakendada optilise gaasisensorina, kus PL omadusi jälgides oleks võimalik määrata gaasi koostist. See doktoritöö võtabki lähema vaatluse alla TiO2:Sm3+ omadused optilise gaasisensorina. Täpsemalt keskendutakse hapnikutundlikkusele, kuna just hapnikutundlikkus loob eeldused ka teiste (näiteks mürgiste või plahvatusohtlike) gaaside detekteerimiseks. Töös näidatakse eksperimentaalselt, et TiO2:Sm3+ on rakendatav optilise hapnikusensorina. Hapniku tuvastamise mehhanism on lihtne – mida rohkem on keskkonnas hapnikku, seda tugevam oma materjali PL kiirgus. Seega saab materjali PL kiirguse tugevuse põhjal hinnata keskkonna hapnikusisaldust. Materjal tunneb hapnikku laias vahemikus, alates 0,01 % kuni 100 %, olles samas piisavalt kiire ja stabiilne. Gaasitundlikkuse põhjalikuma analüüsi tulemusel luuakse PL kiirguse tekkemehhanismi matemaatiline mudel, kõrvutatakse mudel ja eksperimentaalsed tulemused ja lõpuks antakse hinnang, millised materjali sees toimuvad protsessid põhjustavad hapnikutundlikkuse. Kuigi selles töös pööratakse suurt rõhku TiO2 optilisele gaasitundlikkusele, on materjal ennekõike tuntud elektrilise sensormaterjalina. Sellisel juhul on gaasitundlikuks mõõdetavaks suuruseks materjali elektriline takistus. Selle töö teine osa kombineerib optilise ja elektrilise gaasitundlikkuse. Selgub, et materjal toimib nö. kaks-ühes sensorina, kus üks ja sama materjal toimib samaaegselt nii optilise kui elektrilise gaasisensorina. Põhjalikuma matemaatilise analüüsi tulemusel näidatakse, et mõlemat signaali korraga kasutades on võimalik hapniku kontsentratsiooni mõõtmistäpsust suurendada üle kahe korra., Photoluminescence (PL) is a process occurring inside a material that results in a change of wavelength of the light that falls on the material. The human eye perceives it as a change of colour of the light. Titanium oxide mixed with a small amount of samarium ions (TiO2:Sm3+) is a material that does emit photoluminescence, when illuminated with ultraviolet (UV) light, converting the invisible UV into a red-orange PL emission that is visible to the naked eye. The properties of TiO2:Sm3+ PL are dependent on the gas composition of its surrounding atmosphere. This raises a rather obvious question whether this material can be applied as an optical gas sensor, where the gas composition could be determined by observing the characteristics of PL. This question forms the basis of this thesis. In this thesis, TiO2:Sm3+ is investigated as an optical oxygen gas sensor. Oxygen serves as a good indicator gas, as sensitivity to oxygen usually indicates sensitivity to other gases as well, inclduing toxic or explosive gases. It will be shown that TiO2:Sm3+ is applicable as an optical oxygen sensor. The sensing principle is simple: the intensity of the PL emission increases as the oxygen concentration increases, so by measuring the intensity of the PL emission it is possible to estimate the oxygen content in gas. The material can sense oxygen in a wide range of concentrations, from 0.01 % to 100 %. At the same time it is fast and stable. The gas sensing mechanism is further analysed and a mathematical model is developed that descibes the processes behind the PL emission. The model is matched with experimental data to understand why is the PL sensitive to oxygen. TiO2 as a gas sensor material is actually much better known as an electrical sensor. In this kind of a sensor, the gas sensitive quantity is electrical conductance. The second half of this thesis combines the electrical and optical gas sensing. It is shown that the material can operate as a 2-in-1 gas sensor where it is simultaneously operating both as an electrical and an optical sensor. Through a more detailed analysis of this 2-in-1 operation it is shown that by combining the electrical and optical signals, it is possible to increase the precision of oxygen concentration measurement by more than two times., https://www.ester.ee/record=b5242474

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Elektroonika ja tehnoloogia areneb ja täieneb väga kiires tempos. Samuti vajavad üha väiksemad ja võimsamad seadmed ka vastavaid energiaallikaid. Selles suunas nähakse aga palju vaeva, et välja töötada väiksemate mõõtmetega ja suurema energia sisaldusega akusid. Üheks uurimissuunaks on mikroakud, mis võiksid sobida väga väikeste elektroonika seadmete energiaallikaks. Siinkohal on välja pakutud kolmemõõtmelist mikroaku kontseptsiooni, et saavutada kõrgem energia- ja võimsustihedus, kui seda tavapärased planaarstuktuuriga akude tehnoloogia suudab pakkuda. Antud töös on arvutuslikult välja töötatud, disainitud ja optimeeritud nelja erineva 3D-liitium-ioon mikroaku kontseptsiooni kasutades lõplike elementide meetodit. Uurimistööde eesmärgiks on fundamentaalselt aru saada massitranspordi mehhanismist, mis esineb nendes keerulistes aku arhitektuurides, ning leida optimaalsed elektroodi geomeetrilised konfiguratsioonid ja mõõtmed, kasutades parameetrilisi simulatsioone, saavutamaks suuremat aku mahutavust, ühtlasemat ja sujuvamat elektroodide täitumist ja tühjenemist ning homogeenset elektrokeemilist aktiivsust elektroodide pindadel. Elektrokeemilis-soojus simulatsioonid antud erinevate mikroakude arhitektuuride kohta tõstavad esile just keemiliselt aktiivsed piirkonnad ja osutavad võimalikele soojusallikatele ja masstranspordi kitsaskohtadele. Leiti, et concentric arhitektuuri korral saavutati akus suurim energiatihedus 93 mAh/g, samas kui interdigitated ja trench arhitektuuriga akud näitasid energiatihedust vastaval 86 ja 80 mAh/g. Samuti täheldati trench süsteemis ka mõnevõrra kõrgemat töötemperatuuri kui teistes arhitektuurides. Concentric arhitektuuri sammastega positiivse elektroodi põhjalikum uurimine näitas, et LiCoO2 materjali kasutamine elektrokeemilistes rektsioonides oli efektiivsem, lühemate sammaste korral. Kõrgemad sambad omakorda aga näitasid mõnevõrra suuremat üldist energiamahtuvust, kuid samas esines kasutamata elektroodimaterjali piirkondi. Seetõttu võiks lugeda concentric arhitektuuri korral optimaalseks elektroodi sammaste kõrguseks umbes 70 μm ja sammaste vahekauguseks 12 μm. Lisaks koostati süsinik vaht-tüüpi komposiit-elektroodist aku mudel mida kalibreeriti edukalt eksperimentaalsete tulemuste põhjal. Parameetrilised simulatsioonid näitasid, et väiksemad makropoorid ja paksemad elektroodi materjali kattekihid pakuvad suuremat energia mahtuvust elektroodi pindala kohta. Sealhulgas ühtegi muud piiravat tegurit selles süsteemis ei täheldatud. Elektrokeemilised reaktsioonid eelistavad osakesi süsinik vahu struktuuri läheduses ja liitium ioonide väljumine elektroodist on väga homogeenne protsess. Kokkuvõttes võib öelda, et liitium-ioonakude elektrokeemilised simulatsioonid on väga tõhus vahend liitium-ioon aku arhitektuuride väljatöötamiseks ja arendamiseks. See võimaldab kergesti muuta elektroodi ja elektrolüüdi materjalide fundamentaalseid parameetreid ja geomeetrilisi mõõtmeid, et leida optimaalne elektroodide konfiguratsioon saavutamaks suurim energiatihedus akus. Siiski tuleb märkida, et selliseid teoreetiliselt toimivate keerukate 3D-elektroodidega akusid on suhteliselt raske eksperimentaalselt valmistada, mistõttu tuleks edasi arendada materjalide sünteesimise meetodeid ning akude koostamistehnikaid. Märksõnad: liitium-ioon mikroaku, 3-mõõtmeline, elektrokeemiline-termiline modelleerimine, lõplike elementide meetod, parameetrilised simulatsioonid, simulatsiooni kalibreerimine, optimeerimine, vaht-tüüpi elektrood, LiCoO2, LiFePO4, grafiit, polümeerelektrolüüt, vedelikelektrolüüt., Electronics and portable devices are under continual developing and upgrading. Therefore, smaller and more powerful technology requires compatible energy source and storing systems. In that sense much effort is devoted to the development of batteries with smaller dimensions and higher energy capabilities where one are of research is focused on designing micro scale batteries to supply very small appliances with energy. Here 3-dimensional microbattery concept is proposed to achieve appropriate higher energy and power density than conventional planar battery cell technology should provide. In this theses, four different 3D Li-ion microbattery concepts are computationally developed, modelled and optimized using finite element method. The studies aimed at enriching the fundamental understanding of the mass transport occurring in these complex architectures and to find optimal electrode geometrical configurations to achieve higher cell capacity, smoother lithiation/delithiation and homogeneous electrochemical activity over the electrode surfaces via parametric simulations. The electrochemical-thermal coupled simulations highlights the chemically active regions in these different microbattery architectures and points out possible heat sources and mass transport bottlenecks. It was found that concentric architecture has the highest capacity 93 mAh/g while interdigitated and trench architecture exposed 86 and 80 mAh/g respectively. Also somewhat higher temperature development was observed in the trench system. In further investigation of pillared electrode architecture showed that deeper delithiation and higher active material utilization was achieved in the LiCoO2 positive electrode when shorter pillars are used. Higher pillars on the other hand presented somewhat higher overall energy capacity with the cost of underutilized material regions. Therefore, optimal pillar height should be around 70 μm with the interpillar distance of 12 μm for the concentric architecture. Additionally, carbon foam type composite electrode was successfully calibrated against the experimental results. Parametric simulations reveled that smaller macropores and thicker coatings provides higher capacity per electrode footprint area and no other limiting factors was observed. The electrochemical reactions prefers particles near to the carbon foam structure and delithiation is very homogeneous. In conclusion, electrochemical simulations of Li-ion batteries can be very useful tool for developing and designing the Li-ion battery architecture. It allows easily change material parameters and geometrical dimensions of the electrode and electrolyte to found optimal cell configuration and best cell performance. Although, it should be mentioned that it is relatively difficult to experimentally produce these theoretically well performing 3D-electrodes and complex cell architectures and therefore synthesis and assembling methods and fabrication techniques should be further developed. Keywords: Li-ion microbattery, 3-dimensional, electrochemical-thermal modeling, finite element method, parametric variation, simulation calibration, optimization, foam-type electrode, LiCoO2, LiFePO4, graphite, polymer electrolyte, liquid electrolyte.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Eesti rannikumere põhjataimestiku uuringute ajalugu ulatub 18. sajandisse. Merepõhjast proovide kogumist sukelduja poolt või pinnalt põhjaammutite abil alustati Eestis 1959. aastal. 2005. aastaks sai eesmärgiks süstematiseeritud teabe kogumine ja ulatuslike merealade kaardistamine ning seetõttu võeti lisaks kasutusele videouuringud, kaugseire, hakati enam rakendama ruumilist modelleerimist. Videomeetod on teiste meetodite kõrval tänapäevani laialt kasutuses ning videopõhised hinnangud on piisavad põhjaelustiku kaardistamiseks koosluste tasandil. Kaugseire võimaldab lühikese ajaga koguda infot ulatuslike alade kohta. Selle abil saab Läänemeres põhjakoosluseid kaardistada kuni 6 m sügavusel rannikuvees ning väljatöötatud koosluste klassifikatsiooniskeemid ja levikukaardid võimaldavad muuhulgas liigipõhiste uuringute optimaalsemat planeerimist. Pikk merihein on Eesti rannikumere liivastel põhjadel üks olulisemaid võtmeliike. Meriheina kooslustega seotud liikide arv, kokku 35 põhjataimestiku ning 33 põhjaloomastiku liiki, moodustab umbes neljandiku meie merepiirkonna põhjaelustiku liikide arvust. Aastatel 2005–2015 tuvastati üle 300 pika meriheina kasvukoha. Ulatulikest uuringutest selgus, et liik on tavapärane kogu Eesti rannikumeres, välja arvatud madala soolsusega Soome lahe idaosas ning Pärnu lahes. Pikk merihein kasvab peamiselt sügavusvahemikus 2–5 m ning üle 3 m sügavusel on see meie liivastel põhjadel ainus suure tihedusega kooslusi moodustav taim. Pika meriheina levikuala, kus liigi katvus ületab 10%, on hinnanguliselt 150 km2. Modelleerimine näitas, et liik on vastupidav suurtele keskkonnatingimuste muutustele ning tuleviku kliima stsenaariumi kohaselt mõjutavad liigi levikut peamiselt merevee soojenemine, vee liikumiskiiruse tõus ning laguneva jää poolt põhjustatud mehaaniline häiring. Meie rannikumere mitmete teiste võtmeliikide püsimine on tuleviku kliima tingimustes otseselt ohustatud ning seega on liigilise mitmekesisuse säilitamisel äärmiselt oluline terviklik merekeskkonna käsitlus. Antud doktoritöö annab selle terviku mõistmiseks olulise panuse, The first phytobenthic investigations in Estonia are known from the 18th century. Sampling of Estonian coastal sea benthic communities began in 1959; the main survey methods were diving and physical sampling of the seabed. Demands for large-scale mapping of marine areas evoke the use of videosampling, remote sensing and spatial modelling. Since 2005 videosampling has been widely used. The continuous video mode is precise enough for mapping benthic macrophyte communities. The used remote sensing classification schemes produced accurate high-resolution maps at 0-6 m depth with a potential to distinguish larger groups of macrophytes. The results provide an important cost-effective input when planning targeted large-scale mapping of e.g. eelgrass. Eelgrass is an ecosystem engineering species in moderately exposed sandy substrates of the NE Baltic Sea. A total of 33 macrophytobenthic and 35 invertebrate taxa were found in samples from eelgrass stands in the coastal waters of Estonia. The findings correspond to about a quarter of the total benthic species richness in the area. In 2005–2015 eelgrass was found in more than 300 locations. The species spreads all over the Estonian coastal sea, except the easternmost low salinity parts of the Gulf of Finland and the turbid and diluted Pärnu Bay. Its main depth range is 2–5 m. The area of eelgrass coverage of higher than 10% is estimated at about 150 km2. Our modelling study showed that eelgrass is very resilient to a broad range of environmental perturbation and that eelgrass is most affected by changes in physical disturbances such as seawater warming, elevated wave-induced current velocity and reduced ice scour. As many of the benthic key species are negatively affected by the expected future climate, a modelling of the cover of eelgrass under the future climate is essential in order to help managers to establish marine protected areas that can resist the projected influences of climate change and thereby minimize the loss of biodiversity.

Käesoleva magistritöö eesmärk on selgitada lineaarsete segamudelite olemust ning rakendades segamudelite teooriat aktsiahindadele, leida nende kovariatsioonimaatriksile parim mudel. Esimeses peatükis selgitatakse segamudelite mõistet ning tuuakse näiteid erinevatest kovariatsioonistruktuuridest. Seejärel kirjeldatakse, kuidas mudeli tundmatuid parameetreid hinnata. Peatüki lõpus tuletatakse uute väärtuste prognoosimiseks parima lineaarse nihketa prognoosi kuju ja prognoosiintervall. Teises peatükis vaadeldakse erinevaid aktsiahindade kovariatsioonistuktuure ning selgitatakse välja parim mudel. Selle abil prognoositakse tuleviku aktsiahindu.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Käesoleva doktoritöö eesmärk on välja töötada meetod, millega on võimalik modelleerida ga-laktikate dünaamikat, võttes arvesse võimalikke efekte, mis mõjutavad mudel- ja vaatlusandmete võrdlemist. Dünaamiline modelleerimine võimaldab uurida, kuidas on mass jaotunud galaktikates. Üks levinud meetodeid on Jeansi võrrandite kasutamine, millest leitakse vastavalt tihedusjaotusele tähtede liik-umine. Klassikalisel juhul ei ole see ühene ülesanne – liikumine ja tihedusjaotus on kõdunud. Teine probleem on, et Jeansi võrrandites on rohkem muutujaid kui võrrandeid, mistõttu süsteem ilma li-saeeldusteta ei lahendu. Doktoritöö näitab, et kasutades mitteklassikalist suurust – kolmandat liiku-misintegraali –, on võimalik Jeansi võrrandid lahendada ning saada süsteemile lahend. Doktoritöös uuriti erinevaid protsesse, mis mõjutavad galaktikate dünaamilist modelleerimist. Mudeli sisend (tihedusjaotus) peab olema täpne – uurimise tulemusena leiti, et fotomeetriliste andmete põhjal saadav stellaarne jaotus on pädev, kuid sellest leitud täheketta paksuse kasutamisel peab olema ettevaatlik. Mudeli väljundit mõjutavad kõigi punktide arvesse võtmine piki vaatejoont ning atmosfääri ja spektrograafi põhjustatud konvolutsioon. Viimased on eriti olulised kaugete ga-laktikate vaatluste korral. Koostatud kinemaatiline mudel võimaldas veel uurida üht huvitavat efekti, mille on tekitanud tolm. Kuna tolm varjab enda taga olevat valgust, siis galaktikate meiepoolsemad piirkonnad domineerivad heledustes, ja seega ka kinemaatikas. Taoline “nihe” põhjustab kinemaatiliste parameetrite ebatäpsusi kuni 20% ulatuses., The aim of the present Thesis was to develop a method to study the dynamics of galaxies and vari-ous effects that could affect the comparison of the model calculations with observations. Measured kinematic quantities provide us with a possibility to constrain the mass distribution of galaxies. A common way for it is to model the kinematics via solving the Jeans equations – the equations de-rived from collisionless Boltzmann equation to describe the stellar motions. From the classical point of view, the task is degenerated: one cannot distinguish the distortions of velocities from different mass distributions. In addition, a shortcoming of using the Jeans equations is that there are more variables than equations, and therefore the problem is not solvable by itself – we must use additional constraints. One possible source of constraints is a non-classical conserved quantity (third integral of motion) – a variable that is constant along the stellar orbit. This Thesis provided a new solution by choosing a specific form for the third integral of motion, which allows us to solve the Jeans equations. In the Thesis, we also studied various effects influencing the model input and output. We studied how well the stellar density distribution that is needed for the model input can be found from pho-tometric observations. Most parameters can be restored well, except the flatness of the component, for which the accuracy is moderate. For making the output of the model comparable with observa-tions, one has to take into account all the points on sightline and the convolution due to atmosphere and spectrograph slit. In case of high redshift galaxies, the effect can be very important. Our kinematic model allowed us to study an interesting topic – how much the presence of dust af-fects the kinematic parameters. The dust in galaxies hinders the visibility of the far side of galaxy, and therefore suppresses the influence of the kinematic parameters of that region.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Kvantmehaanika on andnud meile arusaama väikeste asjade maailmast. Samas on mitmeid probleeme, mida pole siiamaani veel täpselt suudetud lahendada. Üks selliseid on tahkises paikneva dimeeri probleem, mida kirjeldab pseudo-Jahn-Telleri efekt. Dimeer on molekul, millel on kaks omavahel ühenduses olevat struktuurselt sarnast koostisosa. Pseudo-Jahn-Telleri efekt väidab, et sellise molekuli puhul on elektroni kaks (energeetiliselt lähedast) seisundit omavahel seotud aatomituumade liikumise kaudu. Tahkes kehas on aga väga palju erinevaid aatomivõre võnkumisi ehk tuumade liikumisi, mistõttu selle süsteemi kirjeldamine täpselt on väga keeruline. Antud doktoritöö eesmärgiks oli leida kvantmehaaniline kvantitatiivne mudel, mis kirjeldaks mainitud süsteeme. Töö lähenemise ideeks oli taandada kõikide võre võnkumiste mõju elektronseisundite segunemisele mõjuks ühe võnkumisega ning võtta ülejäänud võnkumiste mõju efekte arvesse ligikaudselt. Tähtis oli ka süsteemi iseloomustavate võrrandite ümber kirjutamine kujul, kus nad muutusid lihtsalt numbriliselt lahendatavateks. Süsteemi iseloomustati kahel viisil. Esiteks leiti dimeeride arvuslikud optilised spektrid. Tulemused näitavad, et võre võnkumiste mõju peab olema selgelt nähtav spektrijoontele lisanduva ribaspektri – võnketiiva – näol. Osutub, et iga spektrijoonega kaasnev võnketiib on erineva kujuga, mis näitab, et erinevad võre võnkumised sidestuvad elektroni olekutega erinevalt. Teiseks saavutuseks on dimeeri ergastatud olekus mitteradiatiivse energia relaksatsiooni leidmine. See tähendab, et ergastatud olekus süsteem ei kiirga valgust vaid annab energiat ära tekitades võre võnkumisi. Nagu eespool mainitud on iga energianivoo interaktsioon võre võnkumistega erinev, mis tähendab, et süsteem ei kaota energiat ühtlase kiirusega. See aga tähendab, et elektronkatte jaotus üleminekul ergastatud seisundi madalaimale energiatasemele omab pikema- ja lühemaaegseid jaotuseid, mis aga omakorda mängib olulist rolli näiteks fotokeemiliste protsesside kulgemises., Quantum mechanics has given us a insight into the world of small things. Still there are a number of problems that have not been solved. One of these is the dimer in a solid which exhibits the pseudo-Jahn-Teller effect. Dimer is a molecule with two structurally similar building blocks in interaction with each other. The pseudo-Jahn-Teller effect states that two (energetically close) states of a electron are in interaction through the movement of the nuclei in the case of such a molecule. A solid contains many lattice vibrations or movements of the nuclei, which makes this problem hard to solve. The aim of this thesis was to find a quantitative model that can describe the fore-mentioned systems. The main idea was to reduce the coupling of the electronic states with all vibrations to the coupling with one vibration and to take all vibrational effects into account approximately. The rewriting of the equations of the system in an numerically easily solvable way was also important. Th system was described in two ways. First, the calculated optical spectra of the dimer were found. The results show that the influence of vibrations must be clearly observable through the addition of a band spectrum – the so called phonon wing – to each spectral line. It turns out that a phonon wing associated with a spectral line has a unique shape which implies that the vibrations couple to the electrons unequally. The other contribution of this work was the non-radiative decay of the excited state of the dimer. This means that in the excited state the system does not emit light but loses energy by creating vibrations of the lattice. As mentioned earlier the interaction of each energy level with the lattice vibrations is different which means the system loses energy in a nonuniform way. This means that the electron distribution must have longer and shorter lived configurations during the transition to the lowest energy level of the excited state which plays an important role for example in photochemical processes.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Püruvaat on oluline metabolismi substraat ja seetõttu on püruvaadi kinaaside aktiivsuse regulatsioon oluline raku energia- ja süsinikuvoogude suunamise seisukohast. Maksas, kus samaaegselt toimivad need mõlemad metabolismi rajad, esineb koe-spetsiifiline püruvaadi kinaaas (L-PK), mis on aktiveeritud homotroopselt selle ensüümi substraadi fosfoenoolpüruvaadi (PEP) poolt ning heterotroopselt fruktoos-1,6-bisfosfaadi (FBP) poolt. Samas on need mõlemad efektid omakorda reguleeritud selle ensüümi N-terminaalse domeeni fosforüleerimise kaudu. Käesolevas töös uuriti selle regulatoorse fosforüleerimise nähtuse tagamaid, kasutades selleks klassikalisi valgukeemia meetodeid ning keemilise kineetika rakendusi koos ligandide seostumise modelleerimisega arvutil. Töö tulemused näitasid, et mitte-fosforüülitud L-PK poolt katalüüsitud reaktsioon on PEP korral iseloomustatud tavalise hüperboolse Michelis-Menteni reaktsioonikiiruse võrrandiga (KPEP = 0.11 mM). Samas lülitas cAMP-sõltuva proteiinkinaasi poolt katalüüsitud valgu fosforüülimine sisse L-PK kooperatiivsuse PEP suhtes ning ka selle ensüümi aktiivsuse allosteerilise regulatsiooni. Nii iseloomustas stöhhiomeetriliselt fosforüleeritud ensüümi, kus ühe valgu tetrameerse molekuli kohta esines neli fosfaatrühma, KPEP väärtus 2.2 mM ja Hilli koefitsient n = 2.5. Samuti ilmnes, et kooperatiivsed omadused lülitusid sisse tetrameerse valgu esimese subühiku fosforüleerimisel, kusjuures edasine fosfaatrühmade lisamine ainult moduleeris seda efekti. Samuti leiti, et mitte-fosforüülitud L-PK aktiivsust ei mõjutanud ka allosteeriline aktivaator FBP. Kuna fosforüleeritud L-PK aktiivsus suureneb oluliselt allosteerilise aktivaatori FBP juuresolekul, siis järeldati, et fosforüleerimine toimib ka selle ensüümi allosteerilise regulatsiooni molekulaarse lülitina. Regulatoorne fosforüülimine toimub seriini nr 12 juures, mis asub N-terminaalses valgujärjestuses MEGPAGYLRR10AS12VAQLTQEL20GTAFF. Selle valgujärjestuse rolli selgitamiseks uuriti fosforüülitava seriini ümbruses asuvate aminohapete punktmutatsioonide mõju valgu katalüütilistele omadustele. Muutused olid positsioonides 9, 10 ja 13 ning asenduseks kasutati aminohappeid A, L, Q ja E, mis võimaldas muuta selle domeeni summaarset laengut ja uurida, kas ioonsete rühmade ümberjaotumine ja uute ioonsete rühmade sisseviimine võib imiteerida seriini jäägi fosforüülimise efekti. Ilmnes, et mõned asendused mõjutasid valgu aktiivsust, vähendades selle afiinsust PEP suhtes ning sellega imiteerisid fosforüülimist. Saadud tulemus on kooskülas A. Fentoni ja kaastöötajate poolt pakutud oletusega (Fenton & Tang, 2009; Holyoak et al., 2013), et N-domeen võib seostuda valgumolekuli mingis muus piirkonnas ja selliselt mõjutada substraadi sidumist. Selle sisemolekulaarse kompleksi lõhub aga domeeni fosforüülimine. Samas aga ilmnes tõsiasi, et N-domeeni struktuuri ja kogulaengu muutmine ei indutseeri ensüümi kooperatiivsust PEP suhtes. Lähtudes oletusest, et N-domeen võib tänu oma paindlikkusele toimida valgumolekuli teiste osadega, teostati arvutil modelleerimise teel võimalike sidumiskohtade otsing. Selleks uuriti regulatoorse domeeni fragmendi RRASVA ja selle fosforüülitud analoogi RRAS(Pi)VA seostumist L-PK alaühikuga. Leiti, et RRASVA seostumine võib toimuda ensüümi aktiivtsentri piirkonnas ning see võib tõepoolest olla oluline PEP sidumise seisukohast. Samal ajal toimus fosfopeptiidi sidumine subühiku C-domeenil, kus seostub allosteeriline ligand FBP. Seega võib sisemolekulaarsete komplekside teke tõepoolest nihutada tasakaalu ensüümi aktiivse R-vormi ja vähemaktiivse T-vormi vahel. Samas võib kooperatiivsuse sisselülitamine toimuda fosforüleeritud N-domeeni seostumisel L-PK allosteerilises tsentris. Molekulaarne lülitusmehhanism allosteerilise ja mitte-allosteerilise L-PK vormide vahel, mis põhineb regulatoorse domeeni fosforüülimisel, võib omada olulist tähtsust maksas toimuva glükoosi metabolism mõistmisel., Pyruvate is an essential substrate in metabolic processes, and regulation of the activity of pyruvate kinases is essential for control over the energy and carbon fluxes in living cells. In liver tissue, where both of these glycolysis and glyconeogenesis pathways are in function, the tissue-specific pyruvate kinase (L-PK) is activated homotropically by phosphoenolpyruvate (PEP) and heterotropically by fructose-1,6-bisphosphate (FBP), and both of these effects depend on phosphorylation of the N-terminal domain of the enzyme. In this dissertation the regulatory role of the N-terminal domain has been studied by using conventional methods of protein chemistry and chemical kinetics along with computational ligand docking analysis. The results of this study revealed that the activity of the non-phosphorylated L-PK was characterised by a common hyperbolic Michaelis-Menten plot in the case of PEP (KPEP = 0.11 mM) and the activity of the enzyme was not regulated by FBP. The cooperativity of the enzyme for PEP was switched on by phosphorylation of the protein by cAMP-dependent protein kinase. The stoichiometrically phosphorylated enzyme, containing four moles of phosphate per tetrameric L-PK molecule, was characterised by KPEP = 2.2 mM and the Hill coefficient n = 2.5. It was also observed that enzyme cooperativity was mostly engaged by phosphorylation of the first subunit in the tetrameric protein, while further phosphorylation only modulated this effect. Further, it was found that the activity of the non-phosphorylated L-PK was not elevated by FBP, and this ligand acted as a relatively weak reversible inhibitor. As the phosphorylated L-PK is a subject of significant allosteric activation by FBP, it was concluded that phosphorylation should also function as a molecular switch in the case of the allosteric properties of L-PK. The regulatory phosphorylation occurs in the serine residue in position 12 of the N-terminal sequence MEGPAGYLRR10AS12VAQLTQEL20GTAFF, and in this study the influence of point mutations around the phosphorylation site in positions 9, 10 and 13 on the catalytic properties of the mutants was studied. Amino acids A, L, Q and E were introduced into these positions to alter the net charge of the regulatory domain and to check whether redistribution and/or introduction of new ionic groups can mimic the effect of serine phosphorylation. It was found that some of these mutations affected the catalytic activity of the enzyme by reducing the effectiveness of phosphoenolpyruvate binding, simulating thus the effect of regulatory phosphorylation. This result was in agreement with the ideas suggested by A. Fenton & Tang (Fenton & Tang, 2009) that the flexible N-domain may interact with the main body of the enzyme affecting substrate binding, and this interaction is interfered with by phosphorylation. However, differently from phosphorylation, the cooperativity of the enzyme was not switched on by these mutations in the N-domain. Finally, following the suggestion that the N-domain interacts with the main body of the L-PK molecule, computational analysis was made to identify putative binding sites. The docking site of the N-domain peptide RRASVA was found in the vicinity of the enzyme active centre, while docking of the phosphorylated analogue RRAS(Pi)VA occurred on the C domain of the L-PK molecule, in a site overlapping with the allosteric site for FBP binding. This means that formation of these intramolecular complexes may indeed change equilibrium between the active R-state and the less active T-state of the enzyme, while induction of cooperativity by the N-domain phosphorylation could be connected with phosphopeptide intramolecular binding with the enzyme allosteric site. The phenomenon of switching between non-allosteric and allosteric forms of L-PK and the possibility of modulating of the enzyme allostery by phosphorylation may have some implication for further understanding of the regulation of glycolysis in the liver.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Nukleiinhapped on orgaaniliste makromolekulide hulgas unikaalsed tänu oma võimele kodeerida, dekodeerida ja kanda üle digitaalset informatsiooni. See omadus on aluseks nende kasutamisele arenevates tehnoloogiavaldkondades, alates kliinilisest diagnostikast kuni nanotehnoloogia ja informatsiooni talletamiseni. On aga oluline mõista, et digitaalse informatsiooni töötlemise ja säilitamise aluseks nukleiinhapetes on nende keemilised omadused. Tähtsaim nendest on hübridiseerumine - nukleiinhapete võime moodustada spontaanselt kaheahelaline heeliks kahe komplementaarse või osaliselt komplementaarse üheahelalise molekuli liitumisel. Nukleiinhapete hübridisatsiooni termodünaamika arvestamine võimaldab selle protsessi käitumist suure täpsusega modelleerida ja täiustada paljusid biotehnoloogilisi protsesse. Käesolevas väitekirjas on hübridisatsioonimudelit kasutatud multipleks-PCR-i ja detektsiooni mikrokiipide optimeerimiseks. Me töötasime välja ökonoomse algoritmi jaotamaks PCR praimeripaarid multipleksigruppidesse vastavalt nende omavahelisele sobivusele. Algoritm on realiseeritud nii iseseisva programmi kui veebirakendusena. Me uurisime multipleks PCR ebaõnnestumise põhjuseid ja näitasime, et suur arv mittespetsiifilisi seondumiskohti lähte DNA-l vähendab praimerite töötamise edukust. Need praimeripaarid, millel oli liiga suur arv mittespetsiifilisi seondumisi mitte ainult ei töötanud ise halvasti, vaid vähendasid ka teiste nendega koos amplifiseeritud praimeripaaride õnnestumise tõenäosust. Me töötasime välja arvutiprogrammi genereerimaks täieliku nimekirja kõigist võimalikest bakteriaalse tmRNA hübridiseerimisproovidest mis eristaksid omavahel kahte gruppi organisme. Proovide valideerimise käigus me näitasime, et valides hübridisatsioonienergia läviväärtuse suurema kui 4 kcl/mol on võimalik täielikult vältida valepositiivseid signaale. Me uurisime võimalust suurendada bakteriaalse RNA hübridiseerumiskiirust lisades lühikesi spetsiifilisi oligonukleotiide, mis hübridiseerudes lähtemolekulile ei lase selle sekundaarstruktuuril moodustuda. Seda meetodit kasutades tõusis hübridiseerumiskiirus temperatuuril 37C neli korda., Nucleic acids are unique among all organic macromolecules by the ability to encode, decode and transmit digital information. This property is used in emergent technologies as diverse as medical diagnosis, nanoscale engineering and information storage. Still it is important to understand that the basis of this digital information processing are the chemical properties of nucleic acids, the most important being the spontaneous formation of double-stranded helix between complementary or semi-complementary single-stranded molecules, called hybridization. Taking into account the thermodynamic properties of nucleic acid hybridization allows researchers to model the process with great accuracy and thus improve many associated technologies. In current thesis the hybridization model is used to optimize multiplex PCR and microarray hybridization. We developed an efficient algorithm to distribute PCR primer pairs into multiplex groups based on their compatibility with each other. The algorithm is also implemented as both standalone and web-based computer program. We analyzed the probable causes of failure of multiplex PCR and demonstrated that the large number of nonspecific hybridization sites in template DNA is detrimental to PCR quality. Primer pairs with too many nonspecific hybridization sites not only worked poorly but caused the failure of other primer pairs as well. We developed a computer program to generate exhaustive list of all possible hybridization probes for the detection of bacterial tmRNA, capable of distinguishing between two groups of source RNA. The probes were evaluated on microarray and shown that by keeping the hybridization energy cutoff between target and non-target groups over 4 kcal/mol all false-positive signals were eliminated. We analyzed the possibility of increasing the hybridization speed of bacterial tmRNA on low temperatures by applying short specific oligonucleotides that selectively hybridize with template molecules and break their secondary structure. Using this method the hybridization speed was increased fourfold at 37C.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Väitekirjas käsitletakse mitmeid nanomõjudude tunnetuslikke aspekte nanotriboloogias, nanomehaanikas ja biosensoorikas. Selle multidistsiplinaarse töö kõiki osasid ühendavaks läbivaks eesmärgiks on nanointeraktsioonide olemuse selgitamine. Tehnoloogia üldise miniaturiseerimistrendi valguses on väga oluline mõista nanoskaalas toimuvaid vastastikmõjusid. Nende protsesside uurimiseks sobib väga hästi helihargi tüüpi kvartsresonator (QTF). Seadme tundlikkus on piisav nanoskaalas toimuvate muutuste mõõtmiseks. QTF on läbivaks uurimisvahendiks kõikides doktoritöö raames teostatud eksperimentaalsetes töödes, mille lühikirjeldus toodud allpool Töötati välja meetod, mis võimaldas elektronmikroskoobi sees reaalajas kontrollitavalt positsioneerida siledal pinnal Au nanoosakesi ja ZnO nanotraate koos mehaaniliste omaduste väljaselgitamisega mõõtes samaaegselt hõõrdejõude. Jõusensori valmistamiseks kinntati kvartsresonaatori (QTF) ühele haarale aatomijõu mikroskoobi (AFM) teravik. Mõõtmisi teostati kahes erinevas võnkereziimis: risti ja paralleelselt pinnaga. Paralleelse võnkereziimi korral leiti, et sensor omab suuremat tundlikkust ja võimaldab tulemuste otsest tõlgendust. Pinnaga ristvõnkumise korral on lihtsam tagada teraviku ja pinna vahekauguse konstantsus, kuid samas lisandub tundmatu ja eksperimendis arvestamata jääv vertikaalne jõukomponent, mis suurendab mõõtmiste määramatust. Kasutades seda mõõtemetoodikat leiti seosed nanoosakeste kuju ja hõõrdeomaduste vahel. Leiti ka termilise töötlemise mõju kulla nanoosakeste kujule ja hõõrdeomadustele. Nanotraatide (NW) hõõrdeomaduste väljaselgitamiseks paigutati positsioneeriv teravik NW keskele ja lohistati mööda siledat alust. Young’i mooduli leidmiseks, mis kasutakse ka NW hõõrdejõude arvutamiseks, paigutati NW fokuseeritud ioonkiirega (FIB) söövitatud „kaeviku“ ühele äärele nõnda, et pool NW paiknes vabalt üle ääre augu kohal, mis võimaldas teda painutada kalibreetitud AFM teravikuga ja seeläbi ka määrata vastav paindele mõjuv jõud. See meetod vähendab hõõrdumise mõõtmiste määramatust, kuna iga NW Young’i moodul mõõdetakse eraldi konkreetse traadi jaoks ja ei ole vaja kasutada materjali keskmistatud Young’i moodulit. Selles mõõteprotsessis pole vajadust kasutada liimimist ega keevitust, seega säilivad nanotraadid ja nende omadused ning nad on ka järgmistes ekspermentides korduvkasutatavad. Mõõtmistes kasutati erineva pikkuseja ja läbimõõduga nanotraate ning näidati lineaarset seost traadi läbimõõdu ja hõõrdejõudu vahel Lisaks ekspermentaalsetele mõõtmistele uuriti nanoosaksete omadusi teoreetilise modelleerimise kaudu. Töötati välja uus pingeleevendus mehhanismi mudel viisnurksete nanoosakete ja- varraste jaoks. Leiti, et nanovarrastel ja nanoosakestel mittekattuva võrestruktuuriga pinnakihti moodustumine võiks vähendada osakeste siseenergiat. Teoreetiliselt määrati ka optimaalsed võreparametrite erinevused, millega kaasneks maksimaalne energia vabanemine. Leiti minimaalne raadius, et vastava kattekihi moodustumine oleks energeetiliselt eelistatud, mis on umbes 10 nm nanoosakeste ja 100 nm nanovarraste jaoks. Eksperimentaalsete tulemuste usaldusväärsuse tõstmiseks töötati välja unikaalne meetod AFM teraviku puhastamiseks eksperimendi käigus. Ainulaadne tehnoloogia võimaldab AFM teravikku puhastada ilma uuritavalt kohalt liikumata. Meetodis kasutatakse puhastusvahendina süsihappegaasi, mis kondenseeritakse uuritavale objektile lume kujul. CO2-lumel on abrasiivsed omadused ja skanneerides teravikuga üle “lumise” uuritava pinna saaste eemaldub. Pärast puhastusprotsessi on võimalik jätkata mõõtmisprotsessi objektil täpselt samast kohast. Meetod on patenteeritud. Kasutades QTF-i töötati välja uus meetod ja vastav seade aineosakeste adsorbtsioonikineetika jälgimiseks vesilahuses. Sensor koosneb süsiniknanotorudest valmistatud nanopoorsest fiibrist, mis on kinnitatud kvartsresonaatori ühele haarale. Meetodil on eeliseid teiste tuntud andurite kasutamise ees, ja samas on lahendatud QTF kasutamisega vesilahustes seotud probleemid. Väljatöötatud meetod on patenteeritud. Leiutise rakendatavust biosensoorikas näidati valgu (Bovin Serum Albumin) adsorptsioonikiiruse määramisega süsinikust nanotorufiibri pinnale erinevatel pH (pH 7 ja pH 4.8) väärtustel., A number of important problems concerning mechanical properties and behavior of nanostructures were assigned and treated within the framework of the thesis. Main activity and the novelty of the results are summarized below. A method for real-time manipulation of nanostructures inside a scanning electron microscope (SEM) with simultaneous force detection, as well as appropriate equipment and software were elaborated. The method was applied for the manipulation and measurements of the frictional and mechanical properties of gold nanoparticles (NPs) and ZnO nanowires (NWs). Force detection was performed with a force sensor consisted of an atomic force microscope (AFM) tip glued to one prong of quartz tuning fork (QTF). Manipulation and measurements were performed in both normal and shear oscillation modes. Shear mode is found to be more sensitive and provide more straightforward interpretation of the results. Normal mode has more stable set-point, however there is an unaccounted vertical force component is present, which introduces uncertainties in results. Relations between the morphological and frictional properties of NPs were investigated. The influence of the thermal treatment on frictional properties of gold NPs was considered. Results for gold NPs are published in an international journal. The frictional properties of NWs were measured from the profile of NW dragged at its middle point on a flat substrate. In this case the NW profile is determined by balance of frictional and elastic properties. Such approach requires knowledge of the Young modulus of NW. For the measurements of the Young modulus, NWs were put half-suspended on a trenches cut by focused ion beam (FIB) and bent by force sensor with simultaneous force measurements. Method provides Young modulus measured for each particular NW and therefore reduces the uncertainties in measured friction caused by the use of bulk or averaged value of Young modulus. No gluing or welding of NW is involved, enabling to preserve NW unchanged and disposable for other experiments. In addition to the experimental measurements, NPs were also treated theoretically. A new mechanism of stress relaxation in pentagonal nanorods and nanoparticles was proposed and an appropriate model was developed. It was shown that for pentagonal nanoparticles and nanorods formation of a shell layer with crystal lattice mismatch could diminish the internal energy. The optimal mismatch parameter giving the maximal energy release, as well as the minimal radius of nanorods or nanoparticles, for which the formation of the layer is energetically favorable, were determined. The results are published in two international journals. An unique atomic force microscope tip cleaning technique enabling cleaning to be performed in situ without taking the AFM cantilever out or moving it from its position above the substrate was elaborated. The method is based on the conditions that the cleaning agent (CO2) is condensed to the examined object in the form of snow. Using the abrasive properties of the CO2 snow the tip is scanned over the examined surface whereas the contaminants are removed from the tip. Measurements can be continued after the cleaning from the same position on the substrate. The method is patented. In addition, a novel method and an appropriate sensor for in situ tracking of the adsorption kinetics in aqueous solution was elaborated. The sensor comprises of a carbon nanotube (CNT) fiber attached to one prong of the quartz tuning fork (QTF). The method involves advantages of quartz tuning fork (QTF) over other sensors and overcomes the limitation of QTF applicability in aqueous solutions. The performance of a sensor was experimentally demonstrated by monitoring the adsorption of bovine serum albumin (BSA) at two different pH values corresponding to minimal (pH 7) and maximal (pH 4.8) BSA adsorption rates. By proper chemical treatment of the CNT-fiber the sensor can be developed to target specific biological molecules. The method is patented and experimental details are submitted in form of scientific paper.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Väitekirjas uuritakse, kas ja kuivõrd on võimalik üldistada Morita ekvivalentsuse mõistet ja teooriat poolrühmadelt osaliselt järjestatud poolrühmadele. Morita teooria põhiidee on taandada ühe struktuuri uurimine teise, temaga Morita-ekvivalentse ja loodetavasti lihtsama struktuuri uurimisele. Töös defineeritakse osaliselt järjestatud poolrühmade tugev Morita ekvivalentsus nn Morita kontekstide abil. Kahte osaliselt järjestatud poolrühma S ja T nimetatakse tugevalt Morita-ekvivalentseteks siis, kui leidub sürjektiivsete kujutustega unitaarne Morita kontekst (S, T, P, Q, , [−,−]). Siis esitatakse rida konstruktsioone ja näidatakse, et kui poolrühmadelt S ja T eeldada erinevate lokaalsete ühikute olemasolu, siis on tugev Morita ekvivalentsus samaväärne nii nende konstruktsioonide (Cauchy täieldid, järjestatud Reesi maatrikspoolrühmad, järjestatud Morita poolrühmad) abil saadud seostega kui ka teatud järjestatud polügoonide kategooriate vahelise ekvivalentsusega. Peale eelmainitud tingimuste samaväärsuse uuritakse väitekirjas nn. Morita invariante ehk omadusi, mis kanduvad osaliselt järjestatud poolrühmalt temaga tugevalt Morita-ekvivalentsetele osaliselt järjestatud poolrühmadele. Sealhulgas leitakse tarvilikud ja piisavad tingimused selleks, et üks osaliselt järjestatud poolrühm oleks tugevalt Morita-ekvivalentne osaliselt järjestatud poolrühmaga mõnest tuntud klassist (nt. osaliselt järjestatud inverssed monoidid, osaliselt järjestatud ristkülikpoolrühmad, lineaarselt järjestatud poolrühmad)., Generation of magma and its subsequent ascent to the upper levels of the Earth's crust has been often considered as a continuous process, where magma is flowing along an interconnected network of melt-filled veins and dykes. This thesis is focused on an alternative model of stepwise melt transport and accumulation, where magma transport is accomplished in separate batches via hydraulic fracturing of rocks and interconnected melt network is not needed. Analogue and numerical modelling suggests that stepwise ascent of melt through the crust generates scale invariant patterns in both time and space, characteristic of a self-organized critical system – power law melt batch size statistics and 1/f fluctuations of the magma volume in the system. In the nature, former magmatic systems which have been solidified at some stage of magma generation, are now observable as migmatized rocks. Observations in migmatite outcrops and drill cores penetrating migmatized rocks show that magma batch sizes in natural systems follow power law and there exist clear structural evidence for stepwise melt transport and accumulation. Numerical modelling shows that stepwise melt transport through the crust has a strong influence on the chemical composition of extracted melt. Intensive tectonic deformation shortens the residence time of melt batches within the source and reduces the equilibration of melt with surrounding rock, producing high variability in extracted melt composition. Therefore, apart from different sources, melting percentages and fractionation in magma chamber, deformation can be an important factor in producing geochemical variations within magmatic complexes.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Linnade laienemine, mida iseloomustab vähese tihedusega, ruumiliselt ebaühtlane ja hajutatud areng linna piiridest välja. Kuna linnade laienemine muudab põllumajandus- ja metsamaid ning väikesed muutused linnapiirkondades võivad pikaajaliselt mõjutada elurikkust ja maastikku, on hädavajalik seirata linnade ruumilist laienemist ning modelleerida tulevikku, saamaks ülevaadet suundumustest ja tagajärgedest pikemas perspektiivis. Eestis võeti pärast taasiseseisvumist 1991. aastal vastu maareformi seadus ning algas “maa” üleandmine riigilt eraomandisse. Sellest ajast peale on Eestis toimunud elamupiirkondade detsentraliseerimine, mis on mõjutanud Tallinna ümbruse põllumajandus- ja tööstuspiirkondade muutumist, inimeste elustiili muutusi ning jõukate inimeste elama asumist ühepereelamutesse Tallinna, Tartu ja Pärnu lähiümbruse. Selle aja jooksul on Eesti rahvaarv vähenenud 15,31%. Käesoleva doktoritöö eesmärgiks on "jälgida, analüüsida ja modelleerida Eesti linnade laienemist viimase 30 aasta jooksul ning modelleerida selle tulevikku", kasutades paljusid modelleerimismeetodeid, sealhulgas logistilist regressiooni, mitmekihilisi pertseptronnärvivõrke, rakkautomaate, Markovi ahelate analüüsi, mitme kriteeriumi. hindamist ja analüütilise hierarhia protsesse. Töö põhineb neljal originaalartiklil, milles uuriti linnade laienemist Eestis. Tegu on esimese põhjaliku uuringuga Eesti linnade laienemise modelleerimisel, kasutades erinevaid kaugseireandmeid, mõjutegureid, parameetreid ning modelleerimismeetodeid. Kokkuvõtteks võib öelda, et uusehitiste hajumismustrid laienevad jätkuvalt suuremate linnade ja olemasolevate elamupiirkondade läheduses ning põhimaanteede ümber., Urban expansion is characterized by the low–density, spatially discontinued, and scattered development of urban-related constructions beyond the city boundaries. Since urban expansion changes the agricultural and forest lands, and slight changes in urban areas can affect biodiversity and landscape on a regional scale in the long-term, spatiotemporal monitoring of urban expansion and modeling of the future are essential to provide insights into the long-term trends and consequences. In Estonia, after the regaining independence in 1991, the Land Reform Act was passed, and the transfer of “land” from the state to private ownership began. Since then, Estonia has experienced the decentralization of residential areas affecting the transformation of agricultural and industrial regions around Tallinn, changes in people's lifestyles, and the settling of wealthy people in single-family houses in the suburbs of Tallinn, Tartu, and Pärnu. During this period, Estonia's population has declined dramatically by 15.31%. Therefore, this dissertation aims to "monitor, analyze and model Estonian urban expansion over the last 30 years and simulate its future" using many modeling approaches including logistic regression, multi-layer perceptron neural networks, cellular automata, Markov chain Analysis, multi-criteria evaluation, and analytic hierarchy process. The thesis comprises four original research articles that studied urban expansion in Estonia. So far, this is the first comprehensive study of modeling Estonian urban expansion utilizing various sets of remotely sensed data, driving forces and predictors, and modeling approaches. The scattering patterns of new constructions are expected to continue as the infilling form, proximate to main cities and existing residential areas and taking advantage of main roads in future., https://www.ester.ee/record=b5507824