Revista >> Octombrie 2024 [Nr. 267] >> Cover Story

Contribuția INCD Fizica Materialelor la implementarea Planului Național de Redresare și Reziliență

Dr. Lucian Pintilie, director stiintific INCDFM

23 Octombrie 2024

4. Proiectul „3D Magnetic Nanostructures for Advanced Technologies”. Director de Proiect: dr. Cristina Bran
Cristina Bran a absolvit Facultatea de Fizică a Universității București în anul 2002. În anul 2006 a început studiile doctorale la IFW Dresden cu o bursă Max Planck, tema fiind antiferomagneți sintetici. În 2010 a finalizat doctoratul şi a beneficiat de o primă bursă post-doc în Uppsala, Suedia. În 2011 şi-a început activitatea în grupul de Nanomagnetism şi Procese de Magnetizare din Materials Science Institute din Madrid, Spania, din 2013 fiind responsabila laboratorului de nanofabricație. Cristina Bran a fost unul din deschizătorii de drumuri în domeniul caracterizării nanostructurilor magnetice tridimensionale folosind radiația sincrotron.
Începând cu luna august conducerea proiectului a fost preluată de dr. Magdalena Titirici, specializarea fiind chimia nanostructurilor şi aplicații ale acestora.
Proiectul „3D Magnetic Nanostructures for Advanced Technologies” (PNRR-760083) îşi propune fabricarea și dezvoltarea aplicațiilor rețelelor de nanofire metalice cu proprietăți magnetice, un subiect atractiv pentru oamenii de știință din diverse domenii, de la fizica materialelor până la inginerie și științele vieții. Proiectul pe care îl descriem se concentrează asupra fabricării nanofirelor metalice printr-o metodă electrochimică de replicare a unor membrane de alumină anodică nanoporoasă folosite drept șablon. Această abordare permite obținerea unor structuri nanometrice cu geometrii extrem de precise și în consecință cu proprietăți magnetice ce pot fi manipulate pentru diverse aplicații inovatoare. Mai mult decât atât, tehnica permite fabricarea nanofirelor dintr-o varietate de metale, precum nichel, cobalt sau aliaje ale acestora, oferind astfel posibilitatea explorării unei game largi de proprietăți magnetice și comportamente fizice.
Nanofirele metalice fabricate prin această metodă prezintă o serie de proprietăți magnetice interesante, datorită dimensiunilor lor reduse și ale interacțiilor dintre domeniile magnetice din interiorul lor. Un aspect esențial al cercetării în cadrul acestui proiect este controlul mișcării pereților de domenii magnetice într-un nanofir. Domeniile magnetice sunt regiuni într-un material magnetic în care momentul magnetic al atomilor este aliniat în aceeași direcție, iar pereții de domenii sunt granițele dintre aceste regiuni. Prin controlul precis al mișcării pereților de domenii în nanofire, se pot dezvolta aplicații inovatoare în diverse domenii, incluzând stocarea şi procesarea de date, senzorii magnetici sau dispozitivele biomedicale.

Un alt aspect interesant al acestui proiect constă în dezvoltarea unor metode prin care să se poată controla proprietățile magnetice ale nanofirelor în funcție de aplicarea unui câmp magnetic extern sau de modul în care sunt aranjate nanofirele în interiorul unui ansamblu 3D. De exemplu, nanofirele pot fi aranjate în structuri ordonate sau dezordonate, iar aceste aranjamente pot influența proprietățile magnetice globale ale ansamblului. Aceastăcapacitate de a controla proprietățile magnetice în mod precis face ca nanofirele să fie extrem de versatile și adaptabile pentru diverse aplicații tehnologice.
Echipa din INCD pentru Fizica Materialelor este una multidisciplinară, cuprinzând specialiști în metode de preparare chimică şi electrochimică sau prinmetode fizice, în micro-fabricație avansată sau în magnetism: dr. Victor Kuncser, dr. Cornel Ghica, dr. Elena Matei, dr. Andreea Costas, dr. Gabriel Schinteie, dr.Mihaela Beregoi, drd. Mihaela Bunea, drd.Mariana Apostol, drd. Roxana Grigore şi dr. Ionuț Enculescu.

5. Proiectul „Physics of Viromimetic Particles”. Director deproiect: prof. Bogdan Dragnea
Bogdan Dragnea a absolvit Facultatea de Fizică a Universității București în anul 1992. În 1997 a finalizat studiile doctorale în Fizică la Universitatea Paris-Sud, Orsay, Franța, urmând între 1998 și 2001 un post-doctorat în Chimie-Fizică la Universitatea Colorado Boulder, USA. Din 2001 este profesor în cadrul Departamentului de Chimie, Universitatea Indiana, Bloomington, USA. Prof. Bogdan Dragnea este autor a peste 150 de articole științifice în reviste WoS de prestigiu (JACS, PNAS, Nature Phys., Phys. Rev. etc.), care au acumulat peste 3500 de citări și un index Hirsh 34. De-a lungul carierei sale a participat ca editor invitat al „Annual Reviews of Physical Chemistry” (2007), referent pentru varii jurnale științifice de prestigiu (Science, Nature, J. Am. Chem. Soc., Angewandte Chemie, Phys. Rev.) fiind co-inițiator al „The Gordon Research Conference in Physical Virology”. A coordonat proiecte de cercetare finanțate de „National Science Foundation” (NSF) și alte organizații în valoare de peste 5 milioane USD.
Scopul proiectului PNRR-CF105 este de a iniția un program de studii ale proprietăților fizice ale virușilor și particulelor viromimetice. Chestiunile investigate au importanţă fundamentală: ce procese duc la auto-asamblarea precisă și eficientă a virusurilor? Ce proprietăți fizice duc la performanțele lor de vectori adaptabili și selectivi? Cum am putea utiliza aceste proprietăți pentru a obține biomateriale cu funcții noi? De exemplu, virusuri care emit lumina similară cu cea a laserului. Intenția pe termen lung este de a crea, la Măgurele, un centru de virologie fizică predictivă, clădit pe resursele umane şi pe infrastructura disponibile laCIFRA. Rezultate din proiect vor constituiobază solidă pentru testarea modelelor teoretice capabile de a prezice proprietățile mecanice ale virușilor.

Virusurile sunt entități biologice microscopice care, deși lipsite de metabolism propriu, se multiplică. Prin excelență „gene egoiste”, virusurile exercită presiuni filogenetice care au modelat toate regnurile biologice. Catalogarea și înțelegerea proprietăților lor fizice este o provocare din cauza faptului că virusurile trăiesc într-un mediu aflat la interfața dintre supramolecular și subcelular, unde multe dintre proprietățile chimice și fizice depind de scară. Astfel, înțelegerea virusurilor ca mecanisme moleculare complexe necesită noi abordări teoretice și experimentale. Fundamentele fizice și chimice ale ciclurilor de viață alevirusurilor reprezintă un domeniu vast șifertil de cercetare și o sursă de dezvoltare tehnologică.
Proiectul pornește de la viziunea conform căreia abordarea întrebărilor legate de mecanobiologia și termodinamica virusurilor poate duce la principii noi de proiectare a unor nanomateriale inovatoare cu proprietăți emergente. De exemplu, nano-purtători viromimetici ar putea proteja încărcătura terapeutică instabilă din punct de vedere chimic (proteine, acizi nucleici) împotriva degradării în mediu, dispunând în același timp de proprietăți mecanice și reactivitate la stimuli chimici sau fizici, necesare pentru livrarea eficientă și țintită a încărcăturii. În cadrul acestui proiect se testează ipoteza conform căreia relațiile dintre termodinamica asamblării virusurilor și proprietățile mecanice ale învelișurilor virale reprezintă cunoștințe cruciale în vederea proiectării raționale a purtătorilor viromimetici terapeutici pentru o varietate de aplicații biomedicale, inclusiv terapia genică, vaccinurile cu ARNm și terapiile anticancerigene. În plus, controlul arhitecturii învelișului proteic al virusului și adresabilitatea sa chimică la scară moleculară au dus la descoperirea super-radianței. Lucrările derivate din această descoperire ar putea furniza informații pentru noi metode de imagistică medicală, dar şi pentru viitoare tehnologii hardware cuantice.

Există două obiective sau subiecte principale: Subiectul 1 se referă la valorificarea experimentelor în care se observă reacțiile de asamblare la echilibru termodinamic și a simulărilor de autoasamblare dirijată a nanoparticulelor cu proteine virale, pentru a determina proprietățile mecanice ale învelișurilor unui virus. Subiectul 2 este teoretic și se va ocupa de analiza modurilor normale vibraționale ale învelișurilor virusurilor și va furniza cunoștințe importante, necesare pentru înțelegerea mecanică a super-radianței la temperatura camerei în particule virale.
Echipa proiectului este formată din: prof. Bogdan Dragnea; dr. Sabin Stoica CS I; dr. Victor Diculescu CS I; dr. Monica Enculescu CS I; dr. Irina Tseskova, lector; dr. Teodor Adrian Enache CS I; dr. Raul Erhan CS III, postdoc; dr. Alexandru Evanghelidis CS III, postdoc; dr. Anca Aldea, CS, postdoc; drd. Daciana Botta ACS; drd. Alexandru Carabogdan; drd. Maria Lorena Jinga.

6. Proiectul „NEutrino Properties Through Use of Nuclei (NEPTUN). Director de proiect: prof. Jouni Suhonen
Domnul Jouni Suhonen este profesor la Universitatea Jyvaskyula, Finlanda. A obţinut două masterate în 1981, unul în Ştiinţe şi altul în Matematică, la aceeaşi universitate. Teza de doctorat şi-a susţinut-o public în 1985 tot la Universitatea Jyvaskyula din Finlanda. Din anul 1998 este professor de Fizică Teoretică la această universitate. Are 378 articole publicate în jurnale de prestigiu, incluzând: Nature News&Views, Reviews of Modern Physics, Physics Reports (Suhonen, Civitarese, Phys. Rep. 300, p123(1998)-717 citări), Physical Review Letters, Progress Reports in Physics, Physics Letters B, Physical Review C şi D, Journal of High Energy Physics, etc.; Hirsch 64 (Web of Science). A publicat o carte: From Nucleons to Nucleus: Concepts of Microscopic Nuclear Theory (Springer, Berlin, 2007) 650 p, 560 citări, şi a susţinut peste 100 de lecţii invitate la conferinţe internaţionale, din care 30 lecţii plenare sau review-uri. Este membru în comitete ştiinţifice internaţionale, consilier ştiinţific pentru: Israel Science Foundation, Grant Agency, Cehia, Austrian Science Fund, Slovak Research and Development Agency, DOE-SUA; Membru în comitetele de organizare a peste 20 conferinţe internaţionale (organizator principal al conferinţelor MEDEX, ediţiile 2015-2023) şi Neutrinos and Dark Matter (NDM-2015); Coordonator a numeroase proiecte de cercetare finanţate de: Academy of Finland, NorFA (Nordic Institute for Advanced Studies), INTAS, EU FP6-proiectului ILIAS (Integrated Large Infrastructures for Astroparticle Science); Coordonator al Centrului de excelență: „Nuclear and Accelerator Based Programme” de la Universitatea Jyvaskyula (2006-2011 şi 2012-2017).
Proiectul PNRR-CF264 studiază neutrinii, particule elementare neutre care joacă un rol major în diferite domenii ale fizicii, precum fizica nucleară şi a particulelor elementare, astrofizica şi cosmologie. Pe de altă parte, proprietăţile fundamentale ale neutrinilor rămân încă necunoscute, iar descifrarea lor ar duce la un progres important în ştiinţă, tehnologie şi societate. În acest proiect, NEPTUN, ne propunem să dezvoltăm metode teoretice noi şi programe de calcul specific, avansate, pentru investigarea neutrinilor produși în dezintegrări beta şi beta dublă fără emisie de neutrini (NDBD).
Obiectivele generale ale proiectului vizează: i) formarea unui grup de cercetare puternic care să furnizeze instrumente și analize teoretice avansate către comunităţile de cercetare teoretică și experimentală în fizică nucleară, fizica particulelor elementare și fizica neutrinilor; susţinerea cercetării fundamentale naţionale de frontieră în domenii ştiinţifice de mare impact; iii) oferirea tinerilor cercetători de oportunităţi de pregătire şi cercetare într-un mediu înalt competitiv internaţional. Obiectivele specifice aleproiectului ţintesc să aducă o contribuțiesemnificativă la clarificarea următoarelor teme de interes pentru comunitatea ştiinţifică internaţională: i) obţinerea valorii efective a constantei de cuplaj axial-vectoare gA; ii) existenţa unor noi specii de neutrino, neutrinii sterili; iii) calculul precis al elementelor de matrice nucleară pentru NDBD; iv) prezicerea maselor absolute ale neutrinilor. Acest proiect se bazează pe expertiza comună, recunoscută la nivel internațional, a grupurilor de cercetare teoretică din centrele de cercetare din Jyvaskyla, București și Michigan, suplimentată prin dezvoltarea unor colaborări cu grupuri de cercetare din mari experimente internaționale. Proiectul este planificat şi ca o bază pentru dezvoltarea unei colaborări internaționale pe termen lung, care să fie susţinută inclusiv prin alte cereri de finanţare către programul UE.
Echipa proiectului: Prof. Jouni Suhonen; dr. Sabin Stoica CS I; dr. Mihai Horoi; AndreiNeacșu CS II; dr. Jenni Kotila; dr.ŞtefanGhinescu, postdoc; drd. OvidiuNițescu; drd. Vasile-Alin Sevestrean; drd. Robert Poenaru.
Până în prezent proiectul a produs o serie de 4 publicaţii şi 12 prezentări laconferinţe internaţionale.