Stiintele socio-umaniste in contextul evolutiei globalizate
- dezvoltarea si implementarea programului de studii si cercetare postdoctorala

Descarca CV VASILESCU Mihai

Utilizarea spectroscopiei de rezonanta magnetica nucleara in studiul si conservarea patrimoniului cultural

Activitatea stiintifica si de cercetare din ultimii 13 ani am desfasurat-o in special in domeniul spectroscopiei de rezonanta magnetica nucleara (RMN), avand preocupari foarte diverse in acest domeniu:

• studii RMN pe probe dintre cele mai variate, de la compusi oxidici, ceramici, vitroceramici, compusi bioactivi (medicamente) si pana la compusi de restaurare a dentitiei sau chiar pergamente (val japonez);
• studii RMN pe probe lichide sau solide;
• studii RMN pe probe cristaline sau amorfe ;
• studii RMN ce au urmarit diferite tipuri de nuclee : 1H, 13C, 11B, 15N, 27Al, 139La, etc.
• studii RMN privind noi metode de analiza sau de prelucrare a datelor obtinute prin RMN.

Spectroscopia RMN pentru starea solida este o metoda extrem de utila pentru studiul structurii locale si a dinamicii constituientilor compusilor. O particularitate asociata cu tehnica RMN este sensibilitatea sa la mediul chimic, astfel incat rezultatele analizelor RMN conduc spre concluzii importante privind structura materiei sau modificarile structurale care au loc.

Toate nucleele cu moment magnetic sunt capabile sa ofere informatii detaliate despre ordinea locala din solide. Astfel, se pot obtine date despre unghiurile dintre legaturi si lungimea legaturilor, despre atomii invecinati (din prima si a doua sfera de coordinare), simetria locala si numerele de coordinare, precum si despre procesele dinamice. Un atu important al spectroscopiei RMN a starii solide este acela ca permite studiul structurii locale in jurul nucleelor atat in materialele cristaline, cat si in cele amorfe. Rezonanta magnetica nucleara poate, de asemenea, sonda dezordinea (structurala sau elementara) materialelor, permitand o mai buna intelegere a proprietatilor acestor materiale, precum si a relatiilor si interconexiunilor dintre diferitele faze prezente in structura.

Rezonanta magnetica nucleara, ca orice metoda spectroscopica, presupune reprezentarea grafica a unui bilant energetic. Spectrul RMN este o masura a energiei necesare pentru producerea unei tranzitii intre nivelele energetice nucleare, supusa regulilor de selectie ale mecanicii cuantice. Aceasta energie depinde de intensitatea campului magnetic in care se gaseste nucleul respectiv, fiind deci influentata de prezenta atomilor vecini, aceasta interactie fiind de fapt la baza identificarii ulterioare a structurii locale a materialului studiat.

Asadar, analizele privind identificarea bacteriilor – şi altor componente biologice - din filmele ce contaminează şi degradează diferite suprafeţe – hârtie, pânză, lemn, piatră, metal – ale unor obiecte din patrimoniul cultural se vor constitui intr-o continuare fireasca a activitatii anterioare si se vor focaliza pe studiul hidrogenului si carbonului din aceste obiecte, elemente ce marcheaza si definesc componentele acestora, interpretarea spectrelor obtinute fiind un pas important in elucidarea structurii materiei, respectiv in identificarea diferitelor componente care contamineaza obiectele de patrimoniu.

Tematica proiectului a fost foarte putin abordata in literatura de specialitate, evolutia tehnicilor de analiza, precum si pasii inainte facuti de societate in directia studiilor interdisciplinare oferind acum tot mai multe oportunitati in aceasta directie. Asa cum arata si Elena Badea [1] corelarea rezultatelor obtinute prin intermediul mai multor tehnici neinvazive, inclusiv RMN, are un rol important in protejarea si conservarea pergamentelor de patrimoniu. O serie de alte articole din literatura de specialitate [2-7] dovedesc aportul pe care spectroscopia RMN il poate aduce la succesul investigatiilor de aceasta natura.

Dezvoltarea tehnicilor RMN si interesul crescand al comunitatii stiintifice si al societatii civile pentru conservarea obiectelor de patrimoniu, ne dovedesc faptul ca tematica acestui proiect are un grad ridicat de noutate, fiind in acelasi timp extrem de actuala. Numarul relativ mic de raportari ale unor astfel de cercetari in revistele stiintifice, majoritatea lor in ultimii 2-3 ani, ne dovedesc odata in plus faptul ca acest mod de abordare a problemei conservarii artefactelor istorice este abia la inceput si ca proiectul de fata poate fi un pion important in dezvoltarea acestui domeniu, iar tematica de Institutul de Cercetari Interdisciplinare in Bio-Nano-Stiinte a Universitatii Babes-Bolyai deschide noi drumuri pentru comunitatea stiintifica.

Proiectul de fata isi propune sa se plieze pe nevoile arheologilor, biologilor sau chimistilor implicati, urmarind ca prin coroborarea rezultatelor obtinute cu ajutorul spectroscopiei RMN si a celorlalte metode de analiza sa elucidam structura obiectelor analizate si solutiile optime pentru conservarea obiectelor de patrimoniu.

In cadrul acestui proiect vom analiza prin spectroscopie RMN atat obiectele de patrimoniu cultural, cat si posibilele bacterii sau alte componente nocive, rezultatele acestor analize avand atat caracter calitativ, cat si caracter cantitativ, conducand spre o mai buna caracterizare morfologica si structurala a artefactelor arheologice si a operelor de arta. Studiul se va concentra in principal pe inregistrarea si interpretarea spectrelor RMN pentru nucleele de 1H si 13C din probele avute la dispozitie. Analizele nucleelor de 13C se vor face utilizand tehnica 13C CP MAS NMR (cross polarization magic angle spinning nuclear magnetic resonance), tehnica ce presupune rotatia probei cu frecvente intre 5 si 15 kHz in paralel cu un transfer de polarizare de la nucleele de hidrogen catre cele de carbon cu scopul cresterii intensitatii semnalului, imbunatatind astfel calitatea spectrelor obtinute.

Pentru aceasta propunem ca desfasurarea proiectului sa cuprinda urmatoarele etape:

• identificare obiectelor de patrimoniu supuse studiului;
• identificarea posibililor agenti daunatori prezenti in obiectele de patrimoniu;
• stagiu de cercetare in una dintre tarile membre ale Uniunii Europene in scopul perfectionarii in tehnicile RMN specifice analizelor obiectelor de patrimoniu:
  • Institut of Technical Chemistry and Macromolecular Chemistry, Magnetic Resonance Center, RWTH-Aachen, Germania;
  • Centre national de la recherche scientifique, Orleans, Franta ;
  • Institute for Molecules and Materials, Nijmegen, Olanda;
• analiza detaliata a literaturii de specialitate ce face referire la studii asemanatoare, chiar daca nu pentru analiza obiectelor de patrimoniu: studii pentru materiale cum sunt hartia, panza, lemnul, piatra, ceramici, sticle, oase, corn, etc.;
• elaborarea unui protocol de investigare a obiectelor de patrimoniu;
• studiul prin spectroscopie RMN a agentilor daunatori;
• studiul prin spectroscopie RMN a obiectelor de patrimoniu;
• analiza computerizata a spectrelor RMN obtinute si interpretarea rezultatelor prin coroborare cu rezultatelor obtinute de ceilalti membrii ai echipei de cercetare care se va ocupa de aceasta tematica;
• studiul prin spectroscopie RMN a obiectelor de patrimoniu dupa ce acestea au fost supuse unui tratament de “insanatosire” pentru a identifica gradul de eficienta a acestui tratament;
• diseminarea rezultatelor prin publicarea lor in reviste de specialitate cotate ISI si prin prezentari la conferinte stiintifice.

Intre aceste etape va fi necesara inserarea unor mese rotunde cu colegii de echipa ce lucreaza la aceasta tematica in scopul unei bune colaborari si pentru coordonarea rezultatelor, interdisciplinaritatea fiind esentiala pentru reusita proiectului.

Infrastructura de cercetare disponibila consta in doua spectrometre de rezonanta magnetica nucleara moderne:

• Spectrometru Avance400 cu camp central de 9.4 Tesla, avand facilitatile necesare analizarii probelor solide si lichide si studierii oricarei specii nucleare accesibila prin RMN; frecventa de rezonanta a nucleelor de 1H este de 400 MHz, iar pentru nucleele de 13C este de 100,577 MHz;
• Spectrometrul Avance600 cu camp central de 14 Tesla, avand facilitati sporite pentru analizele de inalta rezolutie a nucleelor de 1H, 13C si respectiv 15N in probe solide sau lichide; frecventa de rezonanta a nucleelor de 1H este de 600 MHz, iar pentru nucleele de 13C este de 150,864 MHz

Reprezentarea grafica a spectrelor RMN inregistrate se va face in raport cu etalonul cel mai utilizat de comunitatea stiintifica internationala, si anume semnalele de rezonanta ale tetrametilsilanului.

Calitatea dotarii tehnice a laboratorului, diversitatea proiectelor in care am fost implicat de-a lungul anilor, inclusiv numarul mare de analize in care am urmarit inregistrarea si interpretarea spectrelor RMN pentru nucleele de 1H si 13C, caliatea rezultatelor obtinute pana acum, diseminate in cele 14 articole cotate ISI, precum si calitatea echipei de cercetatori din Institutul de Cercetari Interdisciplinare in Bio-Nano-Stiinte, sunt factori ce imi dau incredere ca acest proiect va fi o reusita si isi va aduce aportul la succesul acestei tematici incitante, aflata la granita dintre stiintele umaniste si cele ale naturii.

Pe de alta parte, consider ca aceste cercetari de pionierat, abordarea pe baze stiitifice a acestei tematici moderne, rezultatele si munca biologilor, fizicienilor si chimistilor punandu-se laolalta in scopul salvarii si conservarii obiectelor de patrimoniu cultural, se pot constitui intr-un exemplu demn de urmat si va avea ca efect elaborarea unui protocol de investigare si conservare a artefactelor arheologice, un bun indrumar pentru ceilalti cercetatori pe care ii preocupa acest incitant domeniu.

Domenii de cercetare de interes / articole publicate cu indicarea sursei

a) Spectroscopie de rezonanta magnetica nucleara pe nucleele de 11B si 27Al

• M. Vasilescu, S. Simon, The local structure of bismuth-borates characterized by 11B MAS-NMR, Mod. Phys. Lett. B, 16, 12, 423-431 (2002)
• M. Vasilescu, G. Borodi, S. Simon, MAS NMR and SEM study of local structure changes induced by heat treatment in La2B4Al2O l2, J. Optoelectronics and Advanced Materials, 5, 1, 153-156 (2003)

b) Spectroscopie de rezonanta magnetica nucleara pe nucleele de 1H si 13C:

• V. Chis, S. Filip, V. Miclaus, A. Pirnau, C. Tanaselia, V. Almasan, M. Vasilescu, Vibrational spectroscopy and theoretical studies on 2,4-dinitrophenylhydrazine, Journal of Molecular Structure 744-747, 363-368 (2005)
• V. Chis, A. Pirnau, T. Jurca, M. Vasilescu, S. Simon, O. Cozar, L. David, Experimental and DFT study of pyrazinamide, Chemical Phisics 316, 153-163, (2005)
• M. Baias, A. Pîrnău, V. Chiş, O. Cozar, M. Vasilescu, Experimental and theoretical investigation of 5-para-fluoro-benziliden-tiazolidin-2tion-4-ona, J. Optoelectronics and Advanced Materials, 8, 1, 205-207, (2006)
• Felicia Iacomi, M. Vasilescu, S. Simon, Studies of MnS cluster formation in laumontite zeolite, Surface Science, 600, 18, 4323-4327 (2006)
• A. Pirnau, V. Chis, M. Baias, O. Cozar, M. Vasilescu, O. Oniga, S. Simon, Experimental and DFT investigation of 5-para-nitro-benziliden-tiazolidin-2-tion-4-ona, J. Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 9, Iss. 3, March, p. 547-550. (2007)
• M. Tomoaia-Cotisel, A. Mocanu, N. Leopold, M. Vasilescu, V. Chis, O. Cozar, FT-Raman and NMR investigation of the protein extracted from barley aleurone cells, J. Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 9, Iss. 3, March, p. 637-640. (2007)
• V. Chis, M.M. Venter, C. Lehene, M. Vasilescu, N. Leopold, O. Cozar, Bis-aniline compounds as potential candidates for molecular electronics: experimental and DFT investigation on 4,4`- diaminodiphenyloxide, J. Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 9, Iss. 3, March, p. 788-794. (2007)
• V. Chis, A. Pirnau, M. Vasilescu, E. A. Varga, O. Oniga, X-ray, 1H NMR and DFT studies on two benzylidene-thiazolidine derivatives, J. Mol. Struct. (Theochem), 851 (1-3), 63-74 (2008)
• A. Pirnau, V. Chis, L. Szabo, O. Cozar, M. Vasilescu, O. Oniga, R.A. Varga Experimental and theoretical investigation of 5-para-nitro-benzylidene-thiazolidine-2-thione-4-one molecule, Journal of Molecular Structure, 924-926, p. 361-370 (2009)
• A. Olaru, Gh. Borodi, I. Kacso, M. Vasilescu, I. Bratu and O. Cozar Spectroscopic Studies of the Inclusion Compound of Lisinopril with -cyclodextrin Spectroscopy, 23 (3-4), p. 191-199 (2009)
• I. Bratu, Gh. Borodi, Iren Kacsó, Z. Moldovan, C. Filip, Felicia Dragan, M. Vasilescu and S. Simon, NEW SOLID FORM OF NORFLOXACIN. STRUCTURAL STUDIES Spectroscopy: An International Journal, published by IOS Press. Vol 25, Issue 1, Pg 53-62 (2011)

c) Spectroscopie de rezonanta magnetica nucleara pe nucleele de 31P

• D. Muresan, M. Vasilescu, I. Balasz, C. Popa, W. Kiefer, S. Simon, Structural investigation of calcium-soda-phosphate glasses with small content of silver oxide, J. Optoelectronics and Advanced Materials, 8, 2, 558-560, (2006)