1. J. Braver: ,,Atskirtų krūvių būsenų susidarymo ir dinamikos modeliavimas“
Krūvio atskyrimo ir pernašos reiškiniai atlieka svarbų vaidmenį daugybėje molekulinių kompleksų – nuo gamtinės kilmės fotosintetinių kompleksų iki dirbtinių Saulės elementų. Teorinis krūvio atskyrimo ir pernašos molekulinėse sistemose aprašymas yra gana sudėtingas, todėl literatūroje trūksta darbų, kuriuose būtų pristatomi mikroskopinio krūvio atskyrimo modeliavimo rezultatai. Šio projekto tikslas yra per projekto laikotarpį sumodeliuoti krūvio pernašos būsenų susidarymą ir krūvio atskyrimo dinamiką modelinėse sistemose panaudojant mišrius kvantinės ir klasikinės dinamikos metodus. Didelis šių metodų privalumas yra tai, kad aplinka yra įskaitoma išreikštai, o tai reiškia, kad galima lengvai atsižvelgti tiek į aplinkos neharmoniškumą, tiek į koreliacijas tarp virpesinių laisvės laipsnių, sąveikaujančių su krūvio pernašos būsenomis ir molekuliniais sužadinimais. Pavykus suprasti aplinkos koreliacijų ir neharmoniškumo įtaką krūvio pernašos būsenų susidarymui ir dinamikai būtų galima suprasti ir paaiškinti vyksmus realiose molekulinėse sistemose. Gautos žinios ateityje galėtų būti naudingos kuriant dirbtinius Saulės elementus.
Projektas vykdomas nuo 2018-10-01 iki 2019-04-30.
Projektas finansuojamas iš Europos sąjungos fondų investicijų veiksmų programos „Visuomenės švietimas ir žmogiškųjų išteklių potencialo didinimas“ 09.3.3-LMT-K-712 priemonės „Mokslininkų, kitų tyrėjų, studentų mokslinės kompetencijos ugdymas per praktinę mokslinę veiklą“.
E. Zacharovas: „Elektrocheminio SERS metodo taikymas kofeino pėdsakų seilėse nustatymui“
Priklausomybę sukeliančių ir galimai pavojingų psichoaktyvių medžiagų aptikimas žmogaus organizme yra svarbi medicinos tyrimo sritis. Dažniausiai augalinės kilmės cheminiai junginiai, priskiriami psichoaktyvių medžiagų grupei, yra vadinami alkaloidais. Šiai grupei yra priskiriamas visame pasaulyje gausiai vartojamas ir lengvai prieinamas kofeinas. Vartojamas nedideliais kiekiais jis veikia kaip centrinės nervų sistemos stimuliantas, slopinantis mieguistumo jausmą ir gerinantis reakciją, koncentraciją ir koordinaciją. Tačiau didelės kofeino dozės sukelia rimtus organizmo veiklos sutrikimus, o sveikatos problemų turinčių žmonių atveju kofeino perdozavimas gali lemti net mirtį. Tai itin svarbu šiomis dienomis, kadangi gamintojai dažnai nuslepia ar netiksliai nurodo tikrąją gaminio sudėtį. Šio projekto tikslas yra jautrios ir tikslios šio ir kitų alkaloidų kiekio žmogaus organizme nustatymo metodikos tobulinimas, tiriant žmogaus biologinius skysčius, o tiksliau – seiles. Tikslui pasiekti yra naudojamas nedestruktyvus elektrocheminis paviršiaus sustiprintos Ramano sklaidos (E-SERS) spektroskopijos metodas.
Projekto vykdymo metu siekiama nustatyti mažiausią kofeino koncentraciją, kurią galima aptikti žmogaus seilėse. Siekiant sustiprinti tiriamos molekulės Ramano sklaidos singalą, bus naudojami kelių tauriųjų metalų nanodalelių tirpalai, skirtingi nanodalelių sluoksnių formavimo ant elektrodo paviršiaus būdai ir skirtingos elektrodo elektrinio potencialo vertės. Nustačius efektyviausią metodiką, bus atliekami modelinių seilių ir kofeino tirpalų tyrimai. Optimalios metodikos sukūrimas suteiks galimybę sąlyginai greitai aptikti ne tik kofeino kiekį organizme, bet ir identifikuoti galimai žmogaus kūne esančius nelegalius nuodingus alkaloidus, priskiriamus narkotinėms medžiagoms.
Projektas vykdomas nuo 2018-10-01 iki 2019-05-01
Projektas finansuojamas iš Europos sąjungos fondų investicijų veiksmų programos „Visuomenės švietimas ir žmogiškųjų išteklių potencialo didinimas“ 09.3.3-LMT-K-712 priemonės „Mokslininkų, kitų tyrėjų, studentų mokslinės kompetencijos ugdymas per praktinę mokslinę veiklą“.
Projekto pavadinimas | Šiuolaikinės kietojo kūno BMR spektroskopijos ir sukinių dinamikos tendencijos: link nedestruktyviųjų agentų peptidų pagrindu dinaminei branduolių polarizacijai (DNP) |
Pradžia
Pabaiga |
2018.06.01
2018.11.30 |
Projekte dalyvaujančios institucijos ir šalys | 1. Lietuva, Vilniaus universitetas (VU)
2. Vokietija, Darmštato technikos universitetas (TUD) |
Projekto tikslas (tikslai) | a) Pastaraisiais metais kombinuojant aukštos skiriamosios gebos kietųjų kūnų branduolių magnetinio rezonanso (BMR) ir naujus hiperpoliarizacijos– DNP metodus buvo sukurtas labai galingas spektroskopinis įrankis “gyvojo pasaulio”, pvz., biomedžiagų, tyrimams. Norint įgyvendinti DNP, į tiriamuosius objektus būtina įvesti junginius, turinčius vieną ar daugiau nesuporuotų elektronų. Tada bandinį apspinduliuojant mikrobangomis sukeliami vienalaikiai uždrausti elektronų ir branduolių sukinių šuoliai, kurie padidina kaimynystėje esančių branduolių sukinių poliarizaciją. Paprastai poliarizacija pernešama protonams, bet iš principo gali būti pernešta visiems dominantiems branduoliams. Vykstant intensyviai protonų sukinių difuzijai poliarizacija pernešama toliau per įprastinę kryžminę poliarizaciją (CP) ar kitą panašų metodą. Tai leidžia pasiekti 102 eilės signalo sustiprinimą. Pagrindinis šių dienų DNP iššūkis yra jos priderinamumas dominačioms sistemoms. Tam bene plačiausiai tam naudojamas bandinio patalpinimas į stiklėjančias matricas. Vis dėl to tirpiklio buvimas gali nulemti nepageidaujamus tiriamos sistemos savybių pokyčius. Siekianto to išvengti mes siūlome: i) sistemiškai ištirti peptidus formuojančius blokus (amino rūgštis) su tikslu parinkti tinkamiausius peptidų radikalų paruošimui; ii) ištirti susintetintų peptidų radikalų tinkamumą DNP ir BMR spektroskopijai.
b) Papildomai, vizitų VU metu vokiečių partneriai perskaitys paskaitų ciklą ir pateiks eilę praktinių užduočių. Tai bus puiki galimybė VU studentams ir tyrėjams pagilinti savo žinias kietųjų kūnų BMR ir DNP spektroskopijos srityse. Dar daugiau – Lietuvos ir Vokietijos partneriai paskleis šio projekto metu gautuosius rezultatus plačiai tikslinei klausitojų auditorijai. |
Tiesioginės ir netiesioginės tikslinės projekto grupės ir dalyvaujančių darbuotojų skaičius | Tiesioginės: VU ir TUD BMR grupės, maždaug 15 asmenų
Netiesioginė: VU studentai ir mokslininkai, maždaug 50 asmenų. |
Svarbiausios projekto veikos ir vietos, kuriose veikos bus įgyvendinamos | 1. BMR eksperimentai Vilniaus universitete.
2. Preliminarus susitikimas ir žemų temperatūrų eksperimentai TUD. 3. DNP eksperimentai TUD 4. Paskaitos, baigiamasis susitikimas ir diskusijos VU. |
Viešieji projekto renginiai ir datos | Paskaitų ciklas ir seminaras/diskusijos VU, 2018.10.08-11. |
Projekte bus tyrinėjama vienų iš pagrindinių molekulinių pigmentų – karotenoidų fotofizinės savybės. Karotinoidų molekulės yra plačiai paplitusios gamtoje ir yra atsakingos už mėlynos ir žalios šviesos sugertį fotosintezės kompleksuose, bei jų apsaugos nuo singletinio deguonies susidarymą. Karotinoidų molekulės taip pat veikia kaip antioksidantai gyvuosiuose organizmuose (tame tarpe ir žmonių organizme), atitolindami senėjimo procesus ir įvairių ląstelių degradavimą. Dauguma karotinoidų klasės molekulių pasižymi tuo, jog elektroninis šuolis į pirmąją elektroninę būseną yra draustinas dėl molekulių simetrijos, todėl galimas tiesioginis sužadinimas į antrąją elektroninę būseną, o tai lemia sudėtingą sužadinimo energijos relaksacijos kelią. Projekto tikslas yra sukurti mikroskopinį beta karotino molekulės modelį ir sumodeliuoti elektroninio sužadinimo energijos relaksacijos kelią, atsižvelgiant į molekulės virpesių ir terminių aplinkos fliuktuacijų poveikį.
Projekto metu buvo sukurtas kvantinės mechanikos teorija aprašytas beta-karoteno molekulės modelis, kuris leidžia modeliuoti molekulės ir jos aplinkos (tirpiklio, baltymų ir kt. molekulių) virpesių evoliuciją, molekulės virpesių energijos pernašą aplinkos virpesiams bei vidinės konversijos šuolius tarp skirtingų molekulės elektroninių būsenų. Molekulės ir jos aplinkos virpesiniai laisvės laipsniai įskaityti formaliai tiksliai, nenaudojant kvantinės mechanikos trikdžių teorijos. Sistemos evoliucijai nustatyti naudotas nestacionarusis variacinis metodas, kurio pagalba pavyko gauti sistemos banginės funkcijos amplitudžių diferencialines lygtis. Skaitmeniškai sprendžiant gautas lygtis su literatūroje pateiktais beta-karoteno molekulės elektroninių ir virpesinių būsenų parametrais, buvo modeliuoti sužadinimo energijos relaksacijos procesai, vykstantys po elektroniškai sužadintos S2 beta-karoteno elektroninės būsenos sukūrimo. Tinkamai parinkus tarp-virpesinės ir vidinės konversijos sąveikų stiprius, pavyko kokybiškai sumodeliuoti beta-karoteno vidinės konversijos ir pusiausvyros tarp molekulės ir aplinkos nusistovėjimo procesus: vykstant nespinduliniams šuoliams iš S2 į S1 elektroninę būseną, beta-karoteno molekulė per 300 fs paverčia 0.5 eV elektronų energiją į molekulės virpesinę energiją (šilumą), kurią per kitas 700 fs sugerią molekulės aplinka. Tokios procesų trukmės ir konvertuotos energijos vertės neblogai sutampa su eksperimentų duomenimis literatūroje.
Projektas vykdytas nuo 2017-10-01 iki 2018-05-01.
Projektas finansuojamas iš Europos Sąjungos fondų investicijų veiksmų programos 9 prioriteto „Visuomenės švietimas ir žmogiškųjų išteklių potencialo didinimas“ 09.3.3-LMT-K-712 priemonės „Mokslininkų, kitų tyrėjų, studentų mokslinės kompetencijos ugdymas per praktinę mokslinę veiklą“.