NAUĈNO-NASTAVNOM VEĆU FIZIĈKOG FAKULTETA UNIVERZITETA U BEOGRADU

Transcription

1 NAUĈNO-NASTAVNOM VEĆU FIZIĈKOG FAKULTETA UNIVERZITETA U BEOGRADU Na V sednici Naučno-nastavnog veća Fizičkog fakulteta Univerziteta u Beogradu održanoj godine, izabrani smo u komisiju za pregled i ocenu doktorske disertacije pod naslovom: Apsolutni preseci za rasejanje elektrona na organskim molekulima relevantnim za graċu bioloških makromolekula koju je kandidat Jelena B. Maljković, diplomirani fizičar, predala Fizičkom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Pošto smo detaljno pregledali uraďenu doktorsku disertaciju i razmotrili biografski materijal kandidata, Naučno-nastavnom veću podnosimo sledeći I Z V E Š T A J 1. PODACI O KANDIDATU Biografija Jelena (Božidara) Maljković je roďena u Travniku (Bosna i Hercegovina) 24. aprila godine. Fizički fakultet smer Teorijska i eksperimentalna fizika je završila godine na Univerzitetu u Beogradu sa srednjom ocenom 8,82. Master studije je upisala godine na Fizičkom fakultetu Univerziteta u Beogradu i završila godine sa prosečnom ocenom 10,00. Doktorske studije je upisala godine na Fizičkom fakultetu Univerziteta u Beogradu smer Eksperimentalna fizika atoma i molekula i završila sa srednjom ocenom 10,00. Jelena Maljković je dobitnik Norveške stipendije godine. U radnom odnosu na Institutu za fiziku Univerziteta u Beogradu je od septembra godine u zvanju istraživač saradnik. Učestvovala je takoďe na nekoliko bilateralnih naučnih projekata (Srbija-Slovenija ; Srbija-Slovačka ; Srbija-Francuska ). U okviru ovih projekata, Jelena Maljković je značajno proširila svoje znanje i iskustvo tokom naučnih poseta Institutu Jožef Stefan u Ljubljani, Comenius Univerzitetu u Bratislavi i SOLEIL sinhrotronu pored Pariza. Nauĉna aktivnost Jelena Maljković se bavi proučavanjem osnovne fenomenologije elektronskih sudara sa atomima i molekulima u gasnom stanju i merenjem apsolutnih preseka za rasejanje elektrona na organskim molekulima relevantnim za graďu bioloških makromolekula. Do sada je iz oblasti disertacije objavila pet radova u vodećim meďunarodnim časopisima i jedan u meďunarodnom časopisu, a očekuje se objavljivanje još dva rada (jedan je u procesu referisanja i jedan u pripremi). Njeni rezultati su takoďe prezentovani i u sklopu pozivnog predavanja na nacionalnom skupu u Banja Luci, na seminarskom predavanju na Comenius

2 univerzitetu u Bratislavi, kao i u više saopštenja na meďunarodnim i domaćim konferencijama. Kandidatkinja je učestvovala u radu meďunarodnih konferencija SPIG 2008, 2010 (Summer School and International Symposium on the Physics of Ionized Gases) i ESCAMPIG 2012 (European Conference on the Atomic and Molecular Physics of Ionized Gases), a bila je član organzacionog komiteta jedne meďunarodne konferencije održane u našoj zemlji CEPAS 2011 (Conference on Elementary Processes in Atomic Systems) i dve nacionalne konferencije CEAMPP 2008 i 2011 (National Conference on Electronic, Atomic, Molecular and Photonic Physics). 2. OPIS DOKTORSKE DISERTACIJE Osnovni podaci Doktorska disertacija kandidatkinje Jelene Maljković pod nazivom Apsolutni preseci za rasejanje elektrona na organskim molekulima relevantnim za graďu bioloških makromolekula je uraďena u Laboratoriji za fiziku atomskih sudarnih procesa Instituta za fiziku u Beogradu. Disertacija je napisana na srpskom jeziku i podeljena na 6 poglavlja, ima 100 strana, 45 slika, 8 tabela i 50 referenci. Mentor rada na disertaciji je dr Aleksandar Milosavljević, viši naučni saradnik Instituta za fiziku Univerziteta u Beogradu i docent Prirodnomatematičkog fakulteta Univerziteta u Banja Luci. Dr. Milosavljević ispunjava sve uslove propisane za mentorstvo. Predmet rada Predmet istraživanja disertacije Jelene Maljković je interakcija elektrona srednjih energija ( ev) sa organskim molekulima relevantnim za graďu bioloških makromolekula. Konkretno, u disertaciji su izloženi i diskutovani rezultati za sledeće mete: 3- hydroxytetrahydrofuran (3hTHF) C 4 H 8 O 2, furan (FU) C 4 H 4 O, pirimidin (Py) C 4 H 4 N 2, formamid (FA) CH 2 NO i N-metilformamid (NMF) C 2 H 5 NO. Molekuli 3hTHF, FU i Py su relevantni za graďu dezoksiribonukleinske kiseline (DNK), konkretno, struktura 3hTHF i FU je sadržana u strukturi šećera dezoksiriboze, koji formiraju kičmu DNK, dok Py čini osnovu pirimidinskih baza. Sa druge strane, molekuli FA i NMF su najmanji sistemi koji sadrže peptidnu vezu, kojom se amino kiseline povezuju u niz koji definiše primarnu strukturu proteina. Disertacija Jelene Maljković, dakle, prezentuje rezultate istraživanja procesa rasejanja elektrona srednjih energija na molekulima koji predstavljaju delove osnovnih bioloških polimera DNK i proteina, u cilju razumevanja i modelovanja kompleksnih procesa interakcije elektrona sa biološkim materijalom u ćeliji. Oblast izučavanja interakcije elektrona sa biološki relevantnim molekulima je veoma aktivna poslednjih godina [Baccarelli et al., Phys. Rep. 508, 1 (2011)]. Ova istraživanja su inicirana, pre svega, potrebom razumevanja suštine mehanizma koji dovodi do oštećenja biološkog materijala usled uticaja sveprisutnog jonizujućeg zračenja. Naime, pokazano je da važnu ulogu u ovom oštećenju igraju, zapravo, sekundarni elektroni relativno niskih energija, formirani na putu visokoenergijske primarne čestice jonizujućeg zračenja [B. Boudaiffa et al., Science 287, 1658 (2000)]. U kratkom vremenskom periodu nakon formiranja ovih elektrona, dolazi do niza sukcesivnih interakcija sa molekulima u okruženju (elastično rasejanje, ekscitacija, jonizacija, zahvat). U cilju razumevanja ovih procesa, te pouzdanog modelovanja depozicije energije jonizujućeg zračenja u biološkom materijalu i predviďanja makroskopskih efekata, potrebno je istraživati interakcije elektrona sa izolovanim biomolekulima ili manjim

3 podcelinama biomolekula, pod dobro definisanim eksperimentalnim uslovima. TakoĎe, veličine koje se odrede na ovakav način čine pouzdan skup podataka koji se dalje mogu koristiti kao početni parametri u simulacijama ili se mogu upotrebiti za testiranje teorijskih modela koji se koriste u modeliranju. Od primarnog interesa istraživanja prezentovanog u doktorskoj disertaciji je bilo merenje apsolutnih diferencijalnih preseka za elastično rasejanje elektrona srednjih energija, raspodela kinetičke energije pozitivnih jona formiranih udarom elektrona i spektri gubitaka energije. Sva merenja su izvršena u režimu binarnih sudara tehnikom ukrštenih mlazeva elektronskog mlaza proizvedenog u elektronskom topu i efuzionog mlaza molekula proizvedenog tankom kapilarom koja je preko gasnog sistema povezana sa sudom u kome se nalazi uzorak mete u tečnom stanju (svi elementi gasnog sistema se pažljivo, kontrolisano zagrevaju kako bi se obezbedili stabilni uslovi merenja i dovoljan napon pare mete). Tokom rada na ovoj disertaciji uraďeno je važno tehničko unapreďenje eksperimentalnog sistema, koje je omogućilo merenje apsolutnih diferencijalnih preseka za elastično rasejanje koristeći metod relativnog protoka (relative flow method). Suština ovog metoda je uporedno merenje signala rasejanih elektrona za nepoznati i takozvani referentni gas, uz dodatno merenje brzine protoka svakog gasa i pažljivo podešavanje apsolutnih pritisaka. Korišćenje metode relativnog protoka je priličan izazov pri merenju preseka za organske molekule čiji su gasni parametri nepoznati, a pri tome mogu imati vrlo mali napon pare i tendenciju adsorpcije na površinama. Stoga je značajan deo disertacije posvećen detaljnoj analizi ovog eksperimentalnog metoda. Energijski razložene strukture u spektrima gubitaka direktno opisuju procese ekscitacije molekula. Razumevanje ovih struktura i sveukupne interakcije elektrona sa organskim molekulima, obezbeďuje osnovu za razumevanje kako strukture tako i dinamike ovih sistema. Iako je postavka aparature na kojoj su raďena istraživanja pre svega optimizovana za merenje apsolutnih preseka za elastično rasejanje i ne dozvoljava merenje spektara gubitaka energije sa veoma visokom energijskom rezolucijom, dobijeni spektri su od značaja za proveru čistoće mete, kao i za podršku optičkim spektrima pri analizi podataka dobijenih merenjima na sinhrotronu sa ultra-visokom rezolucjiom. TakoĎe, deo dobijenih rezultata su i apsolutni diferencijalni preseci za elektronsku ekscitaciju molekula. Originalni naučni rezultati koji su dobijeni u ovoj disertaciji uporeďeni su sa teorijskim proračunima, što je omogućilo testiranje i unapreďenje teorijskih modela i metoda za odreďivanje apsolutnih preseka za elastično rasejanje elektrona srednjih energija na relativno velikim molekulima. Ova disertacija je omogućila ispitivanje validnosti i granice korišćenja takozvanog motoda nezavisnih atoma u proračunima, kao i sam pristup odreďivanja preseka za interakciju elektrona sa makromolekulima na osnovu poznatih preseka za gradivne delove (building blocks approach). TakoĎe, dobijeni spektri gubitaka energije predstavljaju komplementarne rezultate optičkoj spektroskopiji visoke rezolucije. Merenjima korišćenim u disertaciji, dobijeni su vredni rezultati kako za fundamentalno razumevanje procesa interakcije elementarnih čestica sa kompleksnim molekulskim sistemima, tako i za multidisciplinarna istraživanja koja mogu imati važnu primenu u bio-medicinskim naukama. Prikaz sadržaja doktorske disertacije U Uvodu disertacije je izložen cilj rada i data sažeta diskusija uticaja jonizujućeg zračenja na biomolekule, na osnovu relevantnih skorašnjih istraživanja, kao i osnovni opis DNK i proteina. U uvodu se takoďe razmatra oštećenje biomolekula pod dejstvom elektrona niskih energija, navode značajne reference i dobijeni rezultati u okviru ove tematike i

4 objašnjava značaj istraživanja u okviru ove disertacije. Najzad, prezentovan je sažet opis meta koje su korišćenje u istraživanju i motivacija njihovog izbora. U delu Teorija sažeto se razmotraju metodi za proračun rasejanja elektrona srednjih energija na molekulima. Uzimajući u obzir da je broj otvorenih kanala u molekulskim sistemima prilikom sudara sa elektronima ovih energija jako veliki, kompletan teorijski opis je moguć samo uz primenu brojnih aproksimacija. Zbog toga se problemu prilazi tako da se prvo kreće od procedure koja se primenjuje na atome, a zatim se računaju preseci za molekule primenom metoda nezavisnih atoma (Independent Atom Model IAM). Najzad, uvoďenjem odreďenih korekcija ekraniranja, IAM procedura može biti generalizovana sa malih na velike molekule. U ovom delu disertacije se posebno opisuju model nezavisnih atoma (IAM), korekcije ekraniranja za male i srednje molekule, SCAR (Screen Corrected Aditivity Rule) tehnike i unitarna prva Bornova aproksimacija (Unitarized First Born Aproksimation UFBA). U delu Eksperiment dat je detaljan opis eksperimentalne postavke i metode merenja. Ovaj deo disertacije sadrži podceline u kojima se opisuju tehničke karakteristike i funkcija elektronskog topa, analizatora i detektora; tipovi merenja na aparaturi, merenje relativnih diferencijalnih preseka za elastično rasejanje i apsolutna merenja metodom relativnog protoka. Na kraju se detaljno razmatra procedura proračuna grešaka merenja. U delu Rezultati i diskusija prezentovani su i diskutovani dobijeni rezultati disertacije: relativni i apsolutni diferencijalni preseci za elastično rasejanje u funkciji ugla rasejanja i upadne energije elektrona, integralni preseci, spektri gubitaka energije i raspodela kinetičke energije pozitivnih jona. TakoĎe, uraďena je uporedna analiza merenih diferencijalnih preseka za različite molekule, kao i poreďenje teorijskih i eksperimentalnih rezultata. Na kraju disertacije je dat kratak Zaključak gde su navedeni osnovni rezultati rada i njihov značaj. Metodologija rada Osnovni metod istraživanja je primena ukrštenih mlazeva elektrona i efuzionog mlaza molekula, gde se mlaz elektrona odreďene energije sudara sa mlazom molekula (atoma) u interakcionoj zapremini (definisanoj presekom elektronskog i molekulskog mlaza), nakon čega se mogu dalje analizirati po uglu i energiji. U ovim eksperimentima se prati broj rasejanih čestica u funkciji ugla ili upadne energije, a dobijene zavisnosti su (uz uzimanje u obzir geometrijskog faktora i transmisije sistema) direktno proporcionalne diferencijalnim presecima za ispitivani proces. Relativni diferencijalni preseci u funkciji ugla rasejanja su normirani na apsolutnu skalu na osnovu apsolutnih tačaka dobijenih na nekoliko uglova rasejanja koristeći metod relativnog protoka i argon ili kripton kao referentni gas (čiji apsolutni preseci su poznati). U ovom metodu uporeďuju se signali rasejanih elektrona na meti i referentnom gasu na fiksnom uglu rasejanja i upadnoj energiji elektrona, pod istim eksperimentalnim uslovima, što se obezbeďuje podešavanjem apsolutnog pritiska gasa i merenjem protoka. Treba napomenuti da finalni skup dobijenih rezultata mora biti konzistentan u odnosu na tri nezavisna načina merenja: relativnih preseka u funkciji ugla rasejanja na fiksnoj upadnoj energiji elektrona, relativnih preseka u funkciji upadne energije elektrona na fiksnom uglu rasejanja i apsolutnih preseka dobijenih metodom relativnog protoka.

5 3. OPIS DOBIJENIH REZULTATA I UPOREDNA ANALIZA REZULTATA KANDIDATA SA PODACIMA IZ LITERATURE Rezultati ove disertacije izloženi su u šest delova, pri čemu je svaki od prvih pet delova posvećen jednoj molekulskoj meti (3hTHF, Fu, Py, Fo, NMF), a šesti deo daje uporednu analizu. U prvom delu su dati rezultati merenja relativnih elastičnih diferencijalnih preseka za 3hTHF molekul na upadnim energijama od 40, 50, 100, 150, 200, 250 i 300 ev, njihovo uporeďenje sa teorijskim krivama dobijenim različitim SCAR pristupima i diskusija problema pouzdanog teorijskog i eksperimentalnog odreďivanja diferencijalnih preseka na malim uglovima rasejanja (ispod 20 o ). Zatim su predstavljeni tabelirani apsolutni diferencijalni preseci za rasejanje elektrona na 3hTHF molekulu, u opsegu energija ev i uglova rasejanja 10 o -110 o i uporeďi sa rezultatima proračuna za šest selektovanih energija. U ovom delu su takoďe prikazani rezultati merenja diferencijalnih preseka u funkciji upadne energije elektrona, kao i teorijski integralni preseci u energijskom opsegu ev, i dato je uporeďenje sa eksperimentalnim rezultatima. U drugom delu, za furan molekul, prikazani su apsolutni preseci u funkciji ugla za energije ev, , tabelarno i graficki. Ovi apsolutni preseci u funkciji ugla su uporedjeni sa SCARND i UFBA teorijom, kao i sa ranijim eksperimentalnim rezultatima. Na primeru molekula furana, u saradnji sa kolegom R. Čurikom iz Praga, razmatran je uticaj vibracionih stanja koja se ne mogu odvojiti u eksperimentu na elastično rasejanje na srednjim energijama rasejanja. Dat je takoďe grafik rotaciono sumiranih vibracionih neelastičnih apsolutnih preseka i odnosa sume vibracionh neelastičnih apsolutnih preseka prema elastičnim. Na kraju su predstavljeni, grafički i tabelarno, integralni i totalni preseci i uporedjeni sa ranijim rezultatima. U trećem delu su dati apsolutni diferencijalni preseci za elastično rasejanje elektrona na molekulu Py na 50, 70, 100, 120, 150, 200, 250 and 300 ev. Apsolutni diferencijalni preseci su predstavljeni i tabelerno. Rezultati su uporedjeni sa teorijom SCAR, SCARND kao i sa IAM teorijom za uracil. Zavisnost apsolutnih diferencijalnih preseka za elastično rasejanje elektrona na molekulima Py od upadne energije na fiksnim uglovima 50 i 100 je takodje pokazana. Teorijski diferencijalni preseci u funkciji energije, dobijeni SCAR i SCARND procedurom, su uporeďeni sa eksperimentalnim rezultatima. U ovom delu su dodatno prikazani rezultati merenja raspodele kinetičke energije pozitivnih jona nastalih interakcijom elektrona sa molekulom pirimidina, u funkciji ugla detekcije u odnosu na primarni elektronski mlaz i upadne energije elektrona. U četvrtom delu su dati apsolutni diferencijalni preseci za elastično rasejanje elektrona na molekulima formamida, prikazani graficki i tabelarno. Molekul formamida predstavlja najmanji sistem koji sadrži peptidnu vezu i generalno je veoma važan kao prebiotski molekul. Eksperimentalni rezultati su uporedjeni sa teorijom i dobro se slažu i po obliku i na apsolutnoj skali. Prikazana je i energijska zavisnost diferencijalnih preseka na fiksnom uglu 60. Rezultati su uporedjeni sa SCAR teorijom. U petom delu su prezentovani eksperimetalno dobijeni diferencijalni preseci za elastično rastojanje elektrona na N-metilformamidu (NMF). Eksperimentalni rezultati su uporedjeni sa SCAR teorijom, a data je i zavisnost apsolutnih preseka za elastično e/nmf u funkciji energije na fiksnom uglu od 40. U poslednjem delu je dato uporeďenje diferencijalnih preseka za različite molekule. TakoĎe je razmatrana razlika apsolutnih diferencijalnih preseka za formamid i NMF.

6 Publikacije Rezultati istraživanja koji su direktno prikazani u doktorskoj disertaciji Jelene Maljković objavljeni su u sledećim radovima * : A1. J. B. Maljković, F. Blanco, R. Čurik, G. García, B. P. Marinković, and A. R. Milosavljević, Absolute cross sections for electron scattering from furan, J. Chem. Phys (2012) [10 pages]. (M21=8, if=3.333 for 2011: PAMC_7/32) Citiranost: 0 A2. J. B. Maljković, F. Blanco, G. García, B. P. Marinković, and A. R. Milosavljević, Absolute cross sections for elastic electron scattering from methylformamide, Phys. Rev. A 85, (2012) [8 pages]. (M21=8, if=2.878 for 2011: O_8/77, PAMC_9/32) Citiranost: 1 A3. J. B. Maljković, F. Blanco, G. García, B. P. Marinković, and A. R. Milosavljević, Elastic electron scattering from formamide molecule, Nucl.Instrum. Meth. B (2012). Proceedings of the Fifth International Conference on Elementary Processes in Atomic Systems, Belgrade, Serbia, June 2011, Edited by Bratislav Marinković and Károly Tőkési. (M21=8, if=1.211 for 2011: II_24/58, NS&T_11/35, PAMC_26/32, PN_13/21) Citiranost: 2 A4. J. B. Maljković, A. R. Milosavljević, F. Blanco, D. Šević, G. García, and B. P. Marinković, Absolute differential cross sections for elastic scattering of electrons from pyrimidine, Phys. Rev. A 79, (2009) [7 pages]. (M21=8, if=2.878 for 2011: O_8/77, PAMC_9/32) Citiranost: 18 A5. A. R. Milosavljević, F. Blanco, J. B. Maljković, D. Šević, G. García, and B. P. Marinković, Absolute cross sections for elastic electron scattering from 3-hydroxytetrahydrofuran, New J. Phys (2008) [19 pages]. (M21=8, if=4.177 for 2011: PM_8/84) Citiranost: 7 B1. B. P. Marinković, A. R. Milosavljević, J. B. Maljković, D. Šević, B. A. Petruševski, D. Pavlović, D. M. Filipović, M. Terzić and V. Pejčev, Optical and Electron Spectrometry of Molecules of Biological Interest, Acta Physica Polonica A 112(5) (2007). Proceedings of the International School and Conference on Optics and Optical Materials, ISCOM07, September 3-7, 2007, Belgrade, Serbia. ISSN: X (M23, if=0.404 for 2011: PM_61/84) Citiranost: 1 * Podaci za citiranost su preuzeti sa Web of Knowledge i Scopus na dan: 08 oktobar 2012.

7 4. ZAKLJUĈAK KOMISIJE Na osnovu pregleda disertacije može se zaključiti da rezultati do kojih je došla kandidatkinja predstavljaju značajan naučni doprinos razumevanju interakcije elektrona sa organskim molekulima koji su relevantni za strukturu bioloških makromolekula. Ovi rezultati takoďe predstavljaju doprinos istraživanjima radijacionog oštećena živog tkiva, gde procesi interakcije sekundarnih elektrona sa biološkim molekulima imaju važnu ulogu. Eksperimentalno odreďeni apsolutni diferencijalni preseci za elastično rasejanje predstavljaju originalan i važan podatak, kako za razumevanje procesa interakcije elektrona sa kompleksnim molekulskim sistemima, tako i kao rigorozan test za napredne i kvalitetnije proračune interakcije elektrona sa velikim molekulima, gde je primena odreďenih aproksimativnih metoda neizbežna. Treba istaći činjenicu da je u radu na disertaciji Jelena Maljković obavila pionirska merenja apsolutnih diferencijalnih preseka, u kojima je metoda relativnog protoka primenjena na organske tečne mete što predstavlja istinski eksperimentalni izazov, zahteva dugotrajna merenja i pažljivu analizu dobijenih rezultata. Od rezultata treba posebno izdvojiti prve apsolutne preseke za molekul pirimidina koji čini osnovu pirimidinskih baza u DNK, kao i prva detaljna merenja apsolutnih diferencijalnih preseka za molekule formamida i metilformamida koji sadrže peptidnu vezu. Drugi značajan doprinos ove disertacije je detaljna komparacija eksperimentalnih i teorijskih rezultata, koja takoďe obuhvata analizu pouzdanosti preseka na malim uglovima rasejanja i prvu detaljnu analizu odnosa elastičnih i vibracionih preseka u oblasti srednjih energija elektrona. Najzad, veliki broj meta, nezavisno obraďenih u ovoj disertaciji, zajedno sa prethodnim rezultatima dobijenim u istoj Laboratoriji, omogućio je pouzdanu komparativnu analizu apsolutnih preseka za molekule različite strukture i proveru važenja principa gradivnih blokova pri proceni preseka za rasejanje elektrona srednjih energija na velikim biomolekulima. Iz disertacije su već publikovani radovi u vodećim meďunarodnim časopisima (J. Chem. Phys., Phys. Rev. A, New J. Phys i Nucl. Instrum. Meth. B), a delovi disertacije su saopšteni na meďunarodnim skupovima i seminarima. Kandidatkinja Jelena Maljković je zadovoljila sve zakonske uslove i zahteve Fizičkog fakulteta Univerziteta u Beogradu za odbranu doktorske disertacije.

8 Na osnovu izloženog, Komisija predlaže Naučno-nastavnom veću Fizičkog fakulteta Univerziteta u Beogradu da usvoji ovaj izveštaj i da prihvati rad Jelene Maljković pod naslovom: Apsolutni preseci za rasejanje elektrona na organskim molekulima relevantnim za graċu bioloških makromolekula kao disertaciju za sticanje naučnog stepena doktora fizičkih nauka i odobri njenu javnu odbranu. dr Aleksandar Milosavljević viši naučni saradnik Instituta za fiziku Univerziteta u Beogradu; docent Prirodnomatematičkog fakulteta Univerziteta u Banja Luci dr Bratislav Marinković naučni savetnik Instituta za fiziku Univerziteta u Beogradu dr Dragoljub Belić redovni profesor Fizičkog fakulteta Univerziteta u Beogradu dr Goran Poparić docent Fizičkog fakulteta Univerziteta u Beogradu