ERC Consolidator grants voor TU Delft researchers

Bacteriën zijn verwikkeld in een evolutionaire wapenwedloop met hun virussen. Om die reden hebben ze een spectrum van adaptieve en aangeboren verdedigingssystemen ontwikkeld om virale predatie te beperken. Mechanistische inzichten in dit soort verdedigingsmechanismen hebben revolutionaire genetische hulpmiddelen opgeleverd, zoals op CRISPR-gebaseerde DNA-bewerkingsmethoden, waarvoor in 2020 de Nobelprijs voor de Scheikunde werd toegekend. Ondanks voortdurende inspanningen blijven veel antivirale verdedigingssystemen vrijwel onbestudeerd in en buiten hun inheemse microbiële context, wat enorm veel mogelijkheden biedt voor wetenschappelijke doorbraken en de ontwikkeling van verdere baanbrekende toepassingen.

In het door ERC gefinancierde onderzoek wil Stan Brouns blootleggen hoe antivirale immuunsystemen bacteriën beschermen tegen bacteriële virussen (bacteriofagen) op moleculair en cellulair niveau. Hij wil een interdisciplinaire aanpak hanteren waarbij hij state-of-the-art moleculaire microbiologie en biofysica op het niveau van één molecuul en één cel combineert met bio-informatica en high-throughput synthetische genomics-screening. Het project kan leiden tot fundamenteel nieuwe inzichten in het mechanisme en de evolutie van virusimmuniteit en zal de genetische schatkist op het grensvlak van virus- en gastheerinteracties verder doorzoeken. De bevindingen zullen gevolgen hebben voor de beheersing van virusresistentie en zullen van vitaal belang zijn voor de ontwikkeling van effectieve therapieën voor de behandeling van antibioticaresistente pathogenen op basis van bacteriofagen.

https://www.brounslab.org/

Vooruitgang in TeraHertz-technologie heeft onderzoekers ertoe aangezet om na te denken over systemen die niet-lineair zijn en sterk stralen. Voor het modelleren van deze systemen zijn methoden nodig die de tijdsevolutie van het systeem stap per stap volgen en onbegrensde gebieden nauwkeurig kunnen simuleren. Dit brengt ons automatisch bij tijdsdomein randintegraalvergelijkingen (TD-BEMs). Het gebruik van andere methoden zoals de eindige-elementenmethode, de momenten-methode, of de FDTD methode - als die al van toepassing zijn - leidt tot onaanvaardbare rekenkosten en grote fouten in de dispersie- en stralingskarakteristieken.

Helaas zijn TD-BEM's lang niet zo volwassen als andere methoden. Enkel zeer eenvoudige systemen kunnen met succes worden gemodelleerd. Pogingen om TD-BEM's te gebruiken om realistische ontwerpen te modelleren met meerdere materialen, poorten, en coatings, of die tweedimensionale materialen zoals grafeen bevatten, leiden tot instabiliteiten, waardoor het resultaat van simulaties volledig onbruikbaar is. Deze situatie duurt al meer dan 50 jaar, maar is nu een urgent probleem geworden.

BET3D zal de verdere ontwikkeling van de tijdsdomein randintegraalvergelijkingsmethode sterk versnellen om zo te komen tot een methode die zeer niet-lineaire, sterk uitstralende systemen kan modelleren en die het mogelijk maakt om opkomende technologieën in THz communicatie en beeldvorming, en daarbuiten, te modelleren.

Als onderdeel van de benchmarking en validatie voor dit project zal de opwekking van THz-straling met behulp van een rooster van bronnen worden gemodelleerd, met inbegrip van feeds, poorten, verpakking en antennestructuur. De resultaten van BET3D zullen het mogelijk maken om niet-lineaire, uitstralende systemen te modelleren, ook in de akoestiek, de elastodynamica en de vloeistofdynamica.

Quantumfysica is de sleutel tot begrip van de werking van de natuur en heeft een moderne technologische revolutie ingeluid. In de afgelopen decennia zijn steeds meer fysische systemen gebruikt in quantumexperimenten. Maar ondanks hun verleidelijke theoretische mogelijkheden is volledige en uitgebreide quantumcontrole over fononen, in het bijzonder van akoestische golven, tot nu toe een ongrijpbaar doel gebleven. Simon Gröblacher, die voorop loopt in het realiseren van quantumtoestanden in resonerende mechanische systemen, zal nieuwe regimes en toepassingen van de quantumfysica onderzoeken met behulp van quantum-excitaties van mechanische golven op de nanoschaal.

Met zijn ERC Consolidator Grant beoogt hij om akoestische fononen te controleren op een vergelijkbaar niveau als we momenteel bereiken bij het manipuleren van optische fotonen in de quantumoptica. Dit maakt het voor zijn groep mogelijk om nieuwe fysische fenomenen te onderzoeken, de decoherentie-mechanismen van quantumsystemen te begrijpen en potentieel nieuwe hybride quantumapparaten te maken.

https://groeblacherlab.tudelft.nl