Looduse organiseerumise üheks terviklikuks astmeks on rakk, mille tegevuse fundamentaalseteks ja füüsikaliste meetoditega kirjelduvateks protsessideks on energeetika ja metabolism.

Programmi käigus uuritakse täpsemalt järgmisi rakuenergeetika probleeme:

1)  Adeniinnukleotiidide kompartmentatsioon;

2)  Funktsionaalse sidestatuse nähtus ning substraatide otsene ülekanne ensüümide vahel multiensüümkompleksides (kreatiinkinaasi võrgustik);

3)  Rakusiseste difusioonitakistuste kvantitatiivne määramine ja kompartmentaliseeritud energiaülekanne südamelihase rakkudes.

Nende kolme põhilise rakuenergeetika fenomeni uurimiseks kasutatakse kaasaegseid spektroskoopilisi meetodeid (konfokaalmikroskoopia, fluorestsents-resonants energiaülekanne (FRET), luminestsentsmikroskoopia jne.) ja raku- ning molekulaarbioloogia meetodeid. Eksperimentaalsete uuringute tulemuste alusel arendatakse edasi rakkude bioenergeetika kvantitatiivne matemaatiline mudel, mis võimaldab osaleda ka ülemaailmses nn. Füsioomi programmis. Meie rakenduslikuks eesmärgiks on saadud informatsiooni kasutamine südame ja närvisüsteemi haiguste patogeensete mehhanismide uurimiseks.

<>Raku bioloogia uurimise võtmemeetoditeks on seni olnud geelelektroforees, kromatograafia ning mittekoherentne mikroskoopia. Nihkumine staatiliselt kirjeldamiselt süsteemse mõistmiseni vajab aga kvalitatiivselt uusi vahendeid, mis suudaksid näiteks jälgida üksikute valkude tegevust, samuti kogu genoomi aktiivsuse dünaamikat. Molekulaarbioloogia edasine areng hakkab juba lähitulevikus kriitiliselt sõltuma füüsikaliste meetodite abist valkude interaktsiooni jälgimisel in vivo. Uue programmi esimeseks eesmärgiks on samuti RNA ja proteiinide reaalajas detekteerimine, eriti aga valkude vastasmõjude suhtes tundliku spektroskoopia meetodite arendamine.

Bioloogiliste süsteemide visualiseerimine raku ja organelli tasandil reaalajas in vivo, kudesid kahjustamata (rakkude jagunemist takistamata ja mürgitavaid radikaale tekitamata) on võimalik mittelineaarse optika meetodeid, täpsemalt kahe- või kolmefotoonset mikroskoopiat, kasutades. Võrreldes tavalise konfokaalse mikroskoopiaga on mittelineaarse meetodi eelisteks ka ergastamiseks kasutatava lähedase infrapunase valguse (800 – 1100 nm) väiksem hajumine ja seega suurem sissetungimise sügavus, ning väljaspool fookust asuvate kudede fluorestsentsi puudumine, kuna ühe footoni energiast ei piisa luminestsentsi ergastamiseks. Mainitud meetod areneb kaasajal kiiresti, leides kasutamist neurofüsioloogias (neuronite kasvu jälgimisel ja suunamisel), vähidiagnostikas, geenitehnoloogias jne.

Lisaks biopolümeeride loomulikule fluorestsentsile on kavas kasutada ka kvantpunkte, kuna nende elektronseisund ja fluorestsents on väga tundlikud ümbruskonna suhtes. Täiendavat informatsiooni valkudevahelise interaktsiooni kohta võib veelgi suurendada kvantpunkti spektraalanalüüs magnetväljas.