Eesti riiklikul üliõpilaste teadustööde konkursil pälvis doktoritööde arvestuses loodusteaduste valdkonnas kolmanda preemia TalTechi doktor ning Metroserdi teadur Matt Rammo uurimistööga „Kahefotoonne neeldumisspektroskoopia kui uus kvantitatiivne protoneerimise sond“.

Matt Rammo selgitab täpsemalt lahti uurimistöö sisu:

Tavaelus on üsna mõistetav ühefotooniline neeldumine, näiteks nägemiseaistingu teke valguse sisenemisel inimsilma. Tegemist on suure tõenäosusega toimuva ja palju uuritud protsessiga, sest suurem osa elust Maal põhineb 1-fotoonsel neeldumisel: taimede fotosüntees, planktoni kasvamine maailmameres jpm.

Hoopis haruldasemad on mitmefootonilised protsessid, mille tekitamiseks on tarvis, et ühes ruumipunktis tugevas kiirgusväljas samal ajal saaksid uuritavas aines kokku footonid. Hoolikas tuleb olla, et aine selles ruumipunktis ei aurustuks – seepärast on oluline, et valgus kulgeks impulsidena (materjal saab impulside vahel jahtuda) ja tähtis on teada ka impulsi kuju. Kui kõik tingimused on täidetud, saab määrata ainele omast unikaalset jalajälge – selle neeldumise ristlõikepindala mõõtes mitmefootonilise neeldumise tulemusel tekkinud nõrka fluorestsentsi.

Ehkki esimesed teadustööd 2-fotoonse neeldumise alal ilmusid 1930-ndatel, siis alles laserite kasutuselevõtuga avanesid võimalused selle protsessi põhjalikumaks uurimiseks. Kuna kahefotoonse neeldumisspektri mõõtmised on väga töömahukad ja eksperimentaalselt keerulised, siis tulemused on tihtilugu suure määramatusega.

Antud väitekirjas rakendati arendustöö tulemusel valminud femtosekund-impulsslaseril põhinevat spektromeetrit, mis võimaldab mõõta automatiseeritult kahefotoonse neeldumise poolt indutseeritud fluorestsentsi, saavutades väga kõrget täpsust. Esmakordselt uuriti kahte värskelt sünteesitud molekulide rühma.

Esiteks näidati, kuidas värvaine lahusele lisatud hape põhjustas olulisi muutusi fluorestsentsi omadustes. Tänu väga põhjalikule karakteriseerimisele on võimalik kasutada antud molekule raku membraanispetsiifiliste pH sondidena.

Teiseks uuriti modifitseeritud sümmeetrilise pürrolopürrooli molekule, mis aitavad kaasa näiteks vitamiini B12 tekkimisele. Leiti, et molekulile kinnitunud prootoni mõjul sümmeetria murdub ja suureneb kahefotoonse neeldumise ristlõige (tuntud kui Laporte reegel). Teistkordsel protoneerimisel taastus molekuli sümmeetria. Selliseid kahefotoonse neeldumise spektreid sai mõõta esmakordselt tänu arendatud spektromeetrile. Samuti anti seletus nõrgale neeldumisele kahefotoonse neeldumise piirkonnas, kus see peaks tänu sümmeetriale keelatud olema. Mõõtmiste tulemusel loodud seos keskkonna pH ja mõõdetud kahefotoonse neeldumise spektrite vahel võimaldab optilisi mõõtmisi pH kvantitatiivseks määramiseks.

Kahefotoonse neeldumisspektroskoopia valdkond on pidevas arengus, hõlmates mõõtmistehnikate, aparatuuri ja tulemuste tõlgendamise võimekuse parandamist. Lisaks fundamentaalsetele teadusuuringutele on see valdkond leidnud praktilisi rakendusi, näiteks elusrakkude mikroskoopias, meditsiinilistes rakendustes nagu fototeraapia ning kaubanduslikes 3D-printerites.

Tehtud uurimustöö panustas tugevalt kahefotoonse neeldumisspektroskoopia mõõtmismetoodika ja aparatuuri arengusse ning laiendas meie fundamentaalseid teadmisi antud valdkonnas.

Tööga saab lähemalt tutvuda TalTechi Raamatukogu digikogus alljärgneval lingil:
https://digikogu.taltech.ee/et/Item/f9c53f09-f44d-431c-9c3d-5858e514a3a4

Metroserdis kuulub Matt Rammo teadus- ja arendusdivisjoni koosseisu ning tegeleb optika suuna arendamisega.

Soovime Matt Rammole palju õnne!

Üliõpilaste teadustööde konkurssi korraldab Eesti Teadusagentuur koostöös Haridus- ja Teadusministeeriumiga.