René Wugt Larsen

Projekttitel

Beskrivelse af makroskopiske systemer ét molekyle ad gangen: spektroskopi af molekylære klynger

Hvad handler dit projekt om?

En af de største udfordringer for de fysiske videnskaber er at kunne beskrive kvantitativt hvordan makroskopiske egenskaber af kondenserede faser, materialer og biologiske systemer opstår af komplekse ikke-kemiske vekselvirkninger mellem individuelle molekyler.

Moderne kvantemekaniske metoder kan beskrive sådanne svage intermolekylære vekselvirkninger mellem små molekyler, men kvantitative beskrivelser af supramolekylære systemer, som f.eks. enzym-substrat komplekser for biologiske systemer er stadig langt fra mulige selv med moderne computerfaciliteter. En mulighed er at isolere og karakterisere de allermindste molekylære systemer på nanoskala, såkaldte svagt bundne molekylklynger, som er holdt sammen af de relevante komplekse vekselvirkninger.

På denne måde kan man med stor spektroskopisk nøjagtighed kvantificere disse svage vekselvirkninger og udvikle nye teoretiske metoder til beskrivelse af større lignende komplekse molekylære systemer. I det ansøgte projekt er målet at isolere og karakterisere en række svagt bundne molekylklynger af vand og små fundamentale (chirale) organiske forbindelser ved hjælp af komplementære spektroskopiske teknikker.

Disse spektroskopiske studier vil kunne belyse den mikroskopiske oprindelse af vigtige termodynamiske anomalier, såsom azeotropdannelse og blandingsvarme for associerende kondenserede faser, samt den mikroskopiske oprindelse af chiral selektivitet, som er grundlaget for den molekylære organisation af biologiske systemer.

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

Min interesse for naturvidenskab blev for alvor vakt i gymnasiet, hvor jeg var heldig at have nogle fanta-stisk inspirerende lærere, som grundlagde motivationen for mine studier i matematik og kemi ved Køben-havns Universitet. Det blev hurtigt klart for mig, at grænsefladen mellem fysik og kemi med fokus på stof-fers vekselvirkning med lys skulle være emnet for min specialisering og mit senere ph.d.-studium ved Lunds Universitet. Jeg synes, at det er fascinerende, hvordan samspillet mellem spektroskopi og kvantekemi på et molekylært niveau kan udbygge vores beskrivelser af både væsker, materialer og biologiske systemer. Min interesse for dette forskningsområde er senere blevet yderligere stimuleret gennem ophold ved Universität Göttingen og UC Berkeley.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

En af de helt store udfordringer for de fysiske videnskaber er at kunne beskrive kvantitativt, hvordan bemær-kelsesværdige makroskopiske egenskaber af kondenserede faser, materialer og biologiske systemer opstår ud fra komplekse ikke-kemiske vekselvirkninger på molekylært niveau. Kvantekemiske metoder, der kan beskrive sådanne intermolekylære vekselvirkninger pålideligt for mindre molekylære systemer, kan stadig kun benyttes til kvalitative beskrivelser af supramolekylære systemer, som fx enzymsubstrat-komplekser i biologiske systemer. I det indeværende projekt er målet at isolere og spektroskopisk karakterisere relevante molekylære modelsystemer på nanoskopisk skala, såkaldte svagt bundne molekylære klynger. I samspil med kvantekemiske metoder er målet da at undersøge den mikroskopiske oprindelse af termodynamiske anomalier for stærkt associerende væsker samt den mikroskopiske oprindelse af chiral selektivitet, som styrer den molekylære organisation af biologiske systemer.

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Det er først og fremmest en meget stor ære at modtage denne bevilling. Sapere Aude-programmet har stor betydning for min mulighed for at kunne opbygge en selvstændig forskningsgruppe af yngre talentfulde forskere samt en omfattende eksperimentel platform på DTU af komplementære spektroskopiske teknikker, der kan etablere forskningsemnet i Danmark. Programmet vil yderligere styrke mit internationale netværk via udveksling med samarbejdslaboratorier i Tyskland, Sverige og USA. Denne flerårige bevilling vil også sikre mere stabilitet og muliggøre en længere tidshorisont i forskningen. Jeg håber, at denne anerkendelse kan blive et vigtigt springbræt til at tiltrække yderligere støtte, når projektet er gennemført.