Struktūra

Biofizikinių tyrimų laboratorija

Laboratorijos vadovas prof., habil. dr. Leonas Valkūnas

Šviesa paveikus molekulinius darinius juose atsiranda elektroniniai sužadinimai, kurie gali relaksuoti, migruoti arba, esant tinkamoms sąlygoms, skilti į krūvininkų poras. Šiuos procesus lemia vidujmolekuliniai ir tarpmolekuliniai virpesiai (fononai) bei šiuos darinius supanti aplinka. Koherentiniai molekulių virpesiai gali daryti tiesioginę įtaką elektroninių sužadinimų dinamikai. Įvairių matmenų organinių molekulių elektroninių vyksmų ypatumai tiesiogiai siejasi su fotoindukuotų vyksmų organiniuose nanodariniuose valdymo galimybių paieškomis. Tokios molekulės vaidina svarbų vaidmenį biologijoje (karotenoidai, chlorofilai, retinalis) ar kuriant molekulinės elektronikos elementus (polimerai, fulerenai, anglies nanovamzdeliai). Biofizikinių tyrimų laboratorijos misija yra nustatyti įvairių biologinių sistemų bei sintetinių molekulinių darinių vykdomų funkcijų sąryšius su juose stebimais vyksmais, siejant juos su šių sistemų struktūros bei sąveikos su aplinka ypatumais.

Laboratorija dirba keliomis kryptimis. Didelis dėmesys skiriamas dinaminiams reiškiniams biofizikoje, ypač pirminiams šviesa indukuotiems fotosintezės procesams suprasti. Nagrinėjami ultraspartūs elektroninio sužadinimo vyksmai, o pastaruoju metu aktyviai vystoma nefotocheminio gesinimo tematika. Taip pat laboratorijoje vystoma molekulinių darinių mikroskopija: tobulinami pavienių molekulių spektroskopijos metodai, kurie taikomi fotosintetinių kompleksų ir DNR molekulių konformacinei dinamikai tirti. CARS mikroskopijos pagalba ieškoma molekulinių darinių, tinkamų vaistinių medžiagų išnešiojimui po organizmą. Laboratorija nagrinėja ir tobulina fluorescuojančius klampos ir temperatūros jutiklius. Tai yra sparčiai populiarėjantis būdas matuoti klampai ar temperatūrai gyvose ląstelėse. Siekiant geriau suprasti nagrinėjamų reiškinių priežastis ir išgauti daugiau informacijos iš eksperimentinių duomenų, laboratorijoje vystomi dinaminių reiškinių ir spektrų teorinio modeliavimo bei duomenų analizės metodai. Galiausiai, laboratorijos darbuotojai nagrinėja ir kinetinius reiškinius nebiologinės kilmės nanodariniuose, tokiuose kaip anglies nanovamzdeliai ar perovskitiniai Saulės elementai.

Biofizikinių tyrimų laboratorija yra atvira vietiniam ir tarptautiniam bendradarbiavimui ir kviečia besidominčius studentus prisijungti prie vykdomos mokslinės veiklos.

Aukštųjų mokyklų studentams skirta literatūra

[1] J. Chmeliov, V. Butkus, L. Valkūnas, Kvantinė fizika (Vilniaus universiteto leidykla, Vilnius, 2020).

Monografijos

[1] H. van Amerongen, L. Valkunas, R. van Grondelle, Photosynthetic Excitons (World Scientific, Singapore, 2006).

[2] L. Valkunas, D. Abramavicius, T. Mančal, Molecular Excitation Dynamics and Relaxation: Quantum Theory and Spectroscopy (Wiley-VCH, Berlin, 2013).

Rinktinės 2016–2020 metų laboratorijos publikacijos

[1] J. Chmeliov, A. Gelzinis, E. Songaila, R. Augulis, C. D. P. Duffy, A. V. Ruban, L. Valkunas, The nature of self-regulation in photosynthetic light-harvesting antenna, Nat. Plants 2, 16045, 2016.

[2] J. Chmeliov, J. Narkeliunas, M. W. Graham, G. R. Fleming, L. Valkunas, Exciton–exciton annihilation and relaxation pathways in semiconducting carbon nanotubes, Nanoscale 8, 1618–1626, 2016.

[3] M. Tutkus, J. Chmeliov, D. Rutkauskas, A. V. Ruban, L. Valkunas, Influence of the carotenoid composition on the conformational dynamics of photosynthetic light-harvesting complexes, J. Phys. Chem. Lett. 8, 5898–5906, 2017.

[4] A. Gelzinis, D. Abramavicius, J. P. Ogilvie, L. Valkunas, Spectroscopic properties of photosystem II reaction center revisited, J. Chem. Phys. 147, 115102, 2017.

[5] M. Tutkus, T. Marciulionis, G. Sasnauskas, and D. Rutkauskas, DNA-Endonuclease Complex Dynamics by Simultaneous FRET and Fluorophore Intensity in Evanescent Field, Biophys J. 112, 850–858, 2017.

[6] S. Farooq, J. Chmeliov, E. Wientjes, R. Koehorst, A. Bader, L. Valkunas, G. Trinkunas, H. van Amerongen, Dynamic feedback of the photosystem II reaction centre on photoprotection in plants, Nat. Plants 4,225–231, 2018.

[7] A. Gelzinis, R. Augulis, V. Butkus, B. Robert, L. Valkunas, Two-dimensional spectroscopy for non-specialists, Biochim. Biophys. Acta 1860, 271–285, 2019.

[8] S. Toliautas, J. Dodonova, A. Žvirblis, I. Čiplys, A. Polita, A. Devižis, S. Tumkevičius, J. Šulskus, A. Vyšniauskas, Enhancing the Viscosity-Sensitive Range of a BODIPY Molecular Rotor by Two Orders of Magnitude, Chem.: Eur. J. 25, 10342-10349, 2019.

[9] A. Dementjev, D. Rutkauskas, I. Polovy, M. Macernis, D. Abramavicius, L. Valkunas, G. Dovbeshko, Characterization of thymine microcrystals by CARS and SHG microscopy, Sci. Rep. 10, 1–9, 2020.

[10] V. Mascoli, A. Gelzinis, J. Chmeliov, L. Valkunas, R. Croce, Light-harvesting complexes access analogue emissive states in different environments, Chem. Sci. 11, 5697–5709, 2020.