У Центру за фотонику Института за физику у Београду, убрзано се развија једна релативно нова мултидисциплинарна област која има широку примену – квантна биофотоника. Њен развој тече у сарадњи са две еминентне европске истраживачке установе, Универзитетом Фридрих Шилер у Јени и италијанским националним истраживачким саветом (ЦНР), и уз сарадњу са Биолошким факултетом Универзитета у Београду у оквиру такозваног твининг пројекта названог BioQantSense. Тим поводом, разговарали смо са менаџерком овог пројекта др Марином Лекић из Центра за фотонику о квантној биофотоници, њеној примени, као и о самом пројекту кроз који се успоставља нови центар за квантну биофотонику.
Шта је, укратко, квантна биофотоника?
ДР МАРИНА ЛЕKИЋ: Kвантна биофотоника је ново поље истраживања, а ниво прецизности и контроле који пружа недавни напредак у квантним технологијама чини ово мултидисциплинарно поље веома узбудљивим. У квантној биофотоници примењујемо методе развијене за карактеризацију и манипулацију квантног стања да бисмо направили осетљива, поуздана и следљива мерења у био-окружењу које се стално мења.
Основни “алат” је један изоловани фотон или уплетени пар фотона, који се прво генерише, затим преноси, трансформише и коначно апсорбује. Са фотона који је апсорбован од стране биолошког система, потенцијално можемо прочитати много информација. Данас су наше могуц́ности у области квантне кохерентности једног фотона ограничене, али је то огромно поље истраживања за квантну биофотонику.
Шта је главни циљ вашег твининг пројекта?
Циљ пројекта је подизање изврсности, угледа и међународне компетитивности Центра за фотонику, једног од четири центра изврсности Института за физику, као и самог Института у менаџмент и административним аспектима релевантним за међународне пројектне, односно истраживачке и иновативне активности. У оквиру научно-истраживачког дела пројекта развијаће се нова научна област – квантна биофотоника, а сви аспекти класичне биофотонике ће бити значајно унапређени. Kоначни циљ пројекта је успостављање Центра за квантну биофотонику на Институту за физику у Београду, као резултат трансфера знања кроз стратешко умрежавање са два европска партнера високог профила, Универзитетом Фридрих Шилер у Јени (ФСУ) и италијанским националним истраживачким саветом (ЦНР). Биолошки факултет Универзитета у Београду, дугогодишњи партнер Института, је још један од пројектних партнера који ће помоц́и биолозима нашег Института при избору, припреми и култивацији одговарајуц́их биоузорака.
На који начин ће бити успостављена нова област квантне биофотонике на Институту?
Успостављање нове области се одвија у неколико корака. Први корак је свакако постојање истраживачке инфраструктуре а затим трансфер знања и вештина између координатора (Института за физику) и водећих партнерских институција.
У другом делу BioQantSense пројекта предвиђен је истраживачки пројекат чији је циљ реализација микроскопа на бази квантне холографске интерферометрије и снимање биолошких узорака који су на место снимања допремљени микрофлуидним каналима као деловима lab-on-a-chip. Развој система за квантно осликавање (quantum imaging) биолошких узорака и квантно мерење (quantum sensing) трагова молекула у некој средини заснован је на квантној увезаности парова фотона насталих у одговарајућим нелинераним кристалима преко процеса параметарске конверзије фотона. Мерења се реализују детектовањем једног фотона (сигнални фотон) који није ни “видео” узорак, али чије су фаза и аплитуда промењене сразмерно променама које су се десиле са другим (увезаним фотоном), приликом проласка кроз узорак.
Посебан значај овог типа квантног микросопа је што су два фотона у различитим таласним подручјима, средњој и блиској инфрацрвеној области, па је снимање у средњој ИЦ области, омогућено детектовањем фотона у блиској ИЦ области.
Овај иновативни пројекат, унапређене вештине, као и савремена опрема коју набављамо у оквиру пројекта, а која је неопходна како би ишли у корак са водећим светским институцијама из ове области, предуслов су за успостављање нове области квантне биофотонике на Институту за физику.
Шта је највећа корист од квантне биофотонике?
Kроз иновативна истраживања и напредак, квантна биофотоника има потенцијал да доведе до значајних открицћа и иновација у различитим областима, као што су медицина, технологија и заштита животне средине. Новим истраживањима у области квантне биофотонике настају дијагностички и терапеутски инструменти. На пример, квантна биофотоника се може користити у наномедицини за развој нових уређаја и сензора на наноскали који користе интеракцију светлост-материја за праћење и манипулацију биолошким процесима. Фотонски биосензори у наномедицини могу направити револуцију у медицинској дијагностици и терапији омогућавајући брзо и тачно откривање болести, праћење прогресије болести и циљану испоруку лекова и третмана. Фотонски биосензори могу да открију специфичне биомолекуле као што су појединачни протеини, ДНK, и друге ћелијске компоненте, што их чини корисним за дијагностику и праћење на лицу места.
Посебан значај BioQantSense пројекта је што у Институт за физику уводи истраживања чији резултати припадају квантним технологијама, које су у Европи већ узнапредовале. Друга квантна револуција је увелико у току у земљама ЕУ, док у Србији не постоји ни свест о већ важним резултатима те револуције.
Kако тече сарадња са истраживачима из Италије и Немачке?
Да би се повећала научна изврсност као и ојачале научне и административне/управљачке вештине Института на европској сцени истраживања и иновација дефинисани су следећи циљеви сарадње:
- Побољшање вештина управљања и администрације пројеката Института финансираних пре свега из ЕУ извора као и веће конкурентности у самом процесу аплицирања и привлачења грантова;
- Идентификација одговарајућих експерименталних поставки за квантно снимање, дизајна и материјала за Lab-on-a-chip;
- Обука истраживача Института за реализацију истраживачког пројекта планираног за трећу годину.
Сарадња са партнерима, односно трансфер научних и административно/управљачких знања и вештина, реализује се кроз већи број научних и менаџмент посета, које смо претходно дефинисали са партнерима кроз детаљан план посета. У првој половини пројекта остварено је 12 научних и 3 менаџмент посете.
Наши партнери су водећи у Европи у области квантне биофотонике, тако да смо веома захвални на научним и оперативним знањима које добијамо са њихове стране и надамо се да ће у будућности наш Центар за квантну биофотонику бити партнер ЦНР-ИНО и ФСУ на неким новим истраживачким и комерцијалним пројектима.
На који начин ће рад особа укључених у пројекат допринети унапређењу науке, људи и институције?
Будући Центар за квантну биофотонику, са компетентним и обученим истраживачима и савременом опремом, заједно ће чинити веома привлачну истраживачку инфраструктуру и знатно ће допринети развоју ове гране фотонике у Србији. Такође ће отворити врата Институту за физику за учешће на многим ЕУ и међународним позивима тренутно отвореним само за институције које се баве овом изузетно актуелном и перспективном научном граном. Повећано учешће Института у међународним пројектима привући ће иноваторе и мала и средња предузећа што ће олакшати комерцијализацију резултата истраживања и коначно, пружити нове могућности за запошљавање. Успешном реализацијом BioQantSense пројекта створићемо изузетно компетитивну истраживачку инфраструктуру која ће, надамо се, допринети привлачењу младих кадрова из земље и света ка Центру за квантну биофотонику и Институту за физику.
BioQantSense пројекат нам даје прилику да учимо од искуснијих партнера и о Grant Managementu, као и да добру праксу и стручност развијених одељења наших партнерских институција применимо код нас. Током менаџмент посета у оквиру пројекта, појавиле су се многе идеје и модели за унапређење Одељења за међународне пројекте и сарадњу, као и могућности за будућу пројектну сарадњу у погледу подршке менаџмента иновацијама и истраживачкој инфраструктури. Вештине особа заспослених у Одељењу за међународну пројекте и сарадњу, које се развија по узору на Grant Offices наших партнера, допринеће већој видљивости ЕУ могућности за финансирање, квалитетнијим и успешнијим апликацијама и лакшој реализацији добијених пројеката. BioQantSense пројекат ће допринети да Одељење за међународну пројекте и сарадњу Института за физику постане снажна административна и стручна подршка научно-истраживачким тимовима Института који раде на ЕУ и међународним пројектима.