Šiemet prestižinė Europos mokslo tarybos (European Research Council, ERC) dotacija skirta Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto (FF) Taikomosios elektrodinamikos ir telekomunikacijų instituto mokslininkui prof. Mantui Šimėnui. Jo komanda 2,5 mln. eurų siekiančią dotaciją pradedantiesiems mokslininkams panaudos elektronų paramagnetinio rezonanso (EPR) spektroskopijos jautrumui didinti. Finansavimas bus skiriamas penkeriems metams.

Pasak prof. M. Šimėno, dotaciją pelniusio projekto „EPR jautrumo didinimas naudojant dviejų modų mikrobangų rezonatorius ir itin žemo triukšmo mikrobangų stiprintuvus“ („Strongly Enhanced Sensitivity EPR through Bimodal Resonators and QuantumLimited Amplifiers“, Strong-ESPRESSO) siekis – kelis tūkstančius kartų sutrumpinti EPR eksperimentinių tyrimų laiką ir pritaikyti šiuos patobulinimus naujų sistemų tyrimuose: „EPR yra galingas įrankis, naudojamas įvairiose srityse, įskaitant biologiją, chemiją, fiziką, medžiagotyrą ir daugelį kitų. Jis suteikia svarbios ir unikalios informacijos apie tiriamą medžiagą, tačiau palyginti mažas šio metodo jautrumas apriboja jo naudojimą. Kai kurių itin svarbių medžiagų EPR tyrimai gali trukti ir savaitę, o jeigu reikia dar ilgesnių eksperimentų, laikome, kad sistema yra praktiškai nepamatuojama naudojant EPR.“

Metodo jautrumą jau pagerino kelis šimtus kartų, naujas siekis – penki tūkstančiai

2022 m. VU mokslininko tyrimams jau buvo skirta Marie Skłodowskos-Curie dotacija, leidusi tyrėjų grupei pagerinti EPR įrankio jautrumą kelis šimtus kartų. Pasak prof. M. Šimėno, šis projektas – natūrali, bet netriviali tyrimų tąsa, kurios metu numatyta EPR eksperimentų laiką sutrumpinti net iki penkių tūkstančių kartų.

„Įsivaizduokite, kad anksčiau matuojant baltymų sistemą sugaišdavot savaitę, dabar – apie 2 minutes. Tai sutaupo itin daug brangių resursų, kuriuos galima panaudoti atliekant dar daugiau mokslinių tyrimų“, – sako mokslininkas.

Jo teigimu, ERC finansavimo schema yra svarbi ne tik dėl prestižo, bet ir dėl praktinės naudos: „Ši dosni dotacija – viena palankiausių Europoje. Ją gavęs mokslininkas su komanda gali nebegalvoti apie išlaidas, o tiesiog susikoncentruoti į mokslą. Žinoma, iki to reikia nueiti netrumpą kelią: kurti mokslinę koncepciją, pildyti paraišką, o galiausiai – gerai pasirodyti konkurse. Tačiau motyvuoja institucinis palaikymas universitete“, – pasakoja pašnekovas.

Metodikos pagerinimas gali prisidėti prie geresnio supratimo apie degeneracines ligas

„EPR – spektroskopinis tyrimų įrankis, leidžiantis tirti nesuporuotų elektronų sukinius. Gamtoje dauguma elektronų yra susiporavę, tačiau yra ir tokių medžiagų, kur elektronas neturi porininko, t. y. jo sukinys nėra kompensuojamas. Būtent tokias vadinamqsias paramagnetines sistemas galima aptikti naudojant EPR ir taip gauti itin naudingos, dažnai unikalios informacijos apie tiriamąją medžiagą  – nuo baltymų ir katalizatorių iki kietųjų kūnų sistemų kvantinėms technologijoms“, – vardija prof. M. Šimėnas.

Mokslininko aiškinimu, EPR pranašumas – jo selektyvumas. Dauguma kitų metodų mato kolektyvinį visų medžiagą sudarančių atomų atsaką, tačiau EPR gali koncentruotis tik į tą atomą, kuris turi nesuporuotą elektroną. Pavyzdžiui, toks selektyvumas leidžia tirti konkrečias baltymų vietas ir taip nustatyti baltymų struktūrą.

„Be kitų tyrimų, mes tyrinėsime ir baltymus, kurie dalyvauja vystantis įvairioms neurogeneracinėms ligoms, tokioms kaip Alzheimerio ar Parkinsono ligos. Tad EPR tyrimų metodikos jautrumo pagerinimas leis smarkiai praplėsti šiuos tyrimus įtraukiant baltymų sistemas, kurios šiuo metu negali būti tiriamos naudojant EPR“, – sako prof. M. Šimėnas.

Įgyvendinant projektą taip pat bus tiriami naujo tipo katalizatoriai ir įvairios sukinių platformos, skirtos ateities kvantinėms technologijoms.

Tyrėjai naudos kvantines ir kitas sudėtingas technologijas

„Šiame projekte ketiname pasiskolinti ir adaptuoti įrankius iš kvantinių technologijų srities. Vienas jų – minimalaus įmanomo triukšmo mikrobangų stiprintuvas. Tokių stiprintuvų triukšmas yra apribotas kvantinės mechanikos procesų. Apskritai EPR tyrimus apsunkina šiluminis triukšmas, o tai labai pailgina eksperimentų laiką. Būtent šiuos įmantrius stiprintuvus ir norime panaudoti, kad smarkiai pagerintume EPR jautrumą“, – teigia prof. M. Šimėnas.

Mokslininkas pasakoja, kad šiame projekte taip pat ketina naudoti ir kitus sudėtingus įrankius, tokius kaip dviejų modų mikrobangų rezonatorius.

„EPR tyrimuose norime mikrobangas sukoncentruoti į tą vietą, kur yra bandinys – tai padaro mikrobangų rezonatorius. Įprastiniai EPR rezonatoriai turi vieną modą – rezonuoja viename dažnyje. Dviejų modų rezonatoriai pasižymi dviem modomis: jos gali būti to paties dažnio, bet erdvėje jų laukai yra statmeni, t. y. abu rezonansai nesąveikauja. Jei įdedame elektronų sukinių sistemą į tokį rezonatorių, tarp dviejų modų sukuriama sąveika būtent per sukinius. Vieną modą galima naudoti sukinių sistemai žadinti, kitą – sistemos sužadinimui nuskaityti, taip izoliuojant detektorių nuo didelio triukšmo, kuris ateina su sužadinimo signalu“, – pasakoja prof. M. Šimėnas.

„Greta kitų naujovių šiame projekte naudosime milikelvinų šaldymo sistemą, skirtą rezonatoriams ir stiprintuvams atšaldyti. Milikelvinai – temperatūra, artima pačiai žemiausiai įmanomai temperatūrai, labai arti absoliutaus nulio, -273,15 ^oC. Kad pasiektume tokią egzotišką temperatūrą, pirksime specialų šaldytuvą. Tai bus pirmasis toks įrenginys regione, atveriantis plačias kvantinių technologijų tyrimų ir tobulinimo galimybes Lietuvoje. Puiku, kad gautas finansavimas leidžia nebesukti galvos, kaip ir kur įsigyti tyrimams būtinos sudėtingos įrangos“, – džiaugiasi VU mokslininkas.

Šiemet Lietuvoje ERC dotaciją pradedantiesiems mokslininkams (angl. European Research Council Starting Grant) laimėjo ir VU Gyvybės mokslų centro (GMC) tyrėjas dr. Patrickas Pauschas. Iki šiol vienintelė Lietuvoje ERC dotacija pradedantiesiems mokslininkams buvo paskirta VU GMC tyrėjui dr. Stephenui Knoxui Jonesui. 2024 m. konkurse dėl ERC dotacijos pradedantiesiems mokslininkams dalyvavo 3,5 tūkstančio Europos Sąjungos valstybių narių ir „Europos horizonto“ („Horizon Europe“) programos asocijuotųjų šalių tyrėjų. Finansavimas skirtas 494 iš jų. Prof. M. Šimėno laimėta dotacija yra pirmoji ERC dotacija VU FF.