Teoretické práce
Pokusnice – responzivní databáze chemických pokusů
Chemická kuchařka pokusniec.cz nabízí učitelům sadu experimentů, které lze v rámci výuky chemie realizovat. Učitel může vybírat z tematických okruhů jednotlivé experimenty u kterých následně najde jednoduchý a stručný popis jak je realizovat. Dalším tématem pro rozšíření pokusnice.cz je vytvoření sady jednoduchých a bezpečných pokusů "na doma", které si můžou vyzkoušet jak děti tak rodiče doma. Tato práce je tak z části teoretická, tak experimentální protože náplní práce bude nej příprava seznamu samotných experimentů, tak také jejich provedení a záznamu ve formě videa obrazového materiálu.
Mgr. Ing. Václav Bazgier, Ph.D.
Validace molekulárně dokovacích algoritmů ve vztahu ke kanabiodním receptorům
Přehled dostupných molekulárně dokovacích algoritmů. Experimentální část spočívá ve validaci jednotlivých programů na nově navržených látkách ve vztahu k CB1/CB receptorům. Vyhodnocen a vytvoření závěru.
Mgr. Ing. Václav Bazgier, Ph.D.
AI v molekulárním dokování
Cílem této bakalářské práce je sestavit přehled dostupných dokovacích algoritmů, které využívají prvky AI. Dokovací algoritmy následně porovnat na cvičném datasetu a analyzovat možnosti použití např. při screeningu rozsáhlejších knihoven nebo při reverzním dokování, kdy se pomocí ligandu hledají nejvhodnější cíle (receptory).
Mgr. Ing. Václav Bazgier, Ph.D.
Atlas mediciální chemie
Objevy chemických látek jsou spojeny s lokalitou, kde k jejich objevu došlo. V uplynulých letech se nám podařilo porovnat výkon výzkumu v chemické biologii v jednotlivých zemích dle databáze ChEMBL, ale šlo převážně o akademický výzkum. Ale zjištění jak velká část akademického výzkumu se vlastně přetaví do aplikací a patentů vyžaduje podobnou analýzu patentů a schvalovaných léčiv. Cílem práce je zmapování cest, jak se v dnešní době proměnila léčiva.
doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.
Teoretické studium mezimolekulových interakcí v nukleových kyselinách
doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.
Analýza integrovaných chemických dat z bioinformatických databází
Chemický a biologický výzkum produkuje velké množství množství dat použitelných pro další teoretický výzkum. Tato data bývají zpřístupněna v bioinformatických databázích, které mohou být obecné se širokým záběrem (PubChem, ChEMBL) či úžeji specializované (MolMeDB, SwissLipids). Integrace informací z různých databází byla považována za problematickou vzhledem k různorodosti databázových schémat a nejednoznačnosti terminologie, ale v současnosti je snaha vytvořit propojený ekosystém, kde by se dalo pracovat s databázemi jako jednotným celkem (např. IDSM). Cílem práce je aby student provedl analýzu chemických dat na vybrané téma, při které ukáže možnosti propojení bioinformatických databází. Za tímto účelem může využít technologií sémantického webu jako RDF a SPARQL, nebo některé volně dostupné nástroje pro data mining a sjednocování dat. Základní znalost programování je výhodou.
Mgr. Dominik Martinát
Teoretické studium konjugovaných molekul
Organické molekuly a nanomateriály jsou slibnými kandidáty pro vývoj nových technologií bez použití drahých a toxických těžkých kovů. Cílem této práce bude osvojit si základní techniky výpočetní chemie, zejména teorii funkcionálu hustoty, a v nich dostupné techniky popisu elektronické struktury molekulárních struktur.
Mgr. Adam Matěj, Ph.D.
Studium reakčních cest pomocí výpočetní chemie
Syntéza je neodmyslitelnou součástí chemie. K požadované a efektivní chemické reakci je ale třeba znát, jakým mechanismem probíhá. Studium reakčních mechanismů za využití výpočetní chemie nabízí fundamentální vhled do efektů, které ovlivňují, jak bude reakce probíhat. Cílem této práce bude osvojit si techniky studia reakčních mechanismů vybraných systémů.
Mgr. Adam Matěj, Ph.D.
2) Využití strojového učení při vyhodnocování DFT výpočtů
Už velmi dlouho se projevují snahy o pochopení vztahu mezi strukturou materiálu a jeho vlastnostmi. Pomocí metod výpočetní chemie je možné spočítat vlastnosti daného materiálu při znalosti jeho struktury, ale vysvětlení těchto vlastností nemusí být vždy jednoduché. Pro úplné pochopení dané problematiky je často nezbytné provést mnoho výpočtů na podobných materiálech a sledovat, jak se zkoumané vlastnosti mění. Při vyhodnocování velkého množství dat je ale velmi obtížné pouhým okem správně vypozorovat všechny závislosti. Proto se využívá metod strojového učení, které celý tento proces značně zjednodušují. Student se při řešení této práce naučí provádět základní DFT výpočty a také se naučí pracovat s metodami strojového učení, které je možné použít při zpracování velkého množství dat nejen v teoretické chemii.
Mgr. Jan Navrátil
Tvorba softwaru pro zjednodušení teoretických výpočtů
Většina teoretických výpočtů je v současné době zadávána i exportována v textových souborech, až následně je možné pomocí dalšího softwaru provádět vyhodnocení, například zobrazení struktury. Každý výpočetní chemik si našel svůj způsob, jak si tuto práci co nejvíce usnadnit, ale většinou i poté zůstávají všechny tyto úkony zbytečně dlouhé. Cílem této práce je odhalení kroků, které by bylo možné optimalizovat, a jejich následné překonání pomocí tvorby vlastního softwaru. Student pochopí základní principy výpočtů ve výpočetní chemii a naučí se skriptovat a programovat aplikaci pro automatické zpracovávání dat, čehož může v budoucnu využít nejen ve výpočetní chemii.
Mgr. Jan Navrátil
Data mining chemických databází
Chemické databáze jsou nenahraditelným zdrojem informací pro chemika. Největší z nich obsahují dnes miliony molekul, pro které jsou v nich dostupné všechny možné informace, např. strukturní informace, fyzikálně chemické vlastnosti, interakce s makromolekulami apod. V rámci KFC vznikla databáze MolMeDB, která je zaměřena na interakce malých molekul s membránami a membránovými proteiny. Cílem této práce je strojovým způsobem získat data o interakcích malých molekul membránami z databází PubChem a ChEMBL. Následně o tato data rozšířit databázi MolMeDB a provést jejich analýzu. K práci není nutná žádná znalost programovacích jazyků ani databází. Práci je možné realizovat pomocí “no-code” platformy KNIME.
Mgr. Kateřina Storchmannová
Výpočetní procesy pro chemii
Výpočetní procesy hrají v moderní chemii velkou roli, neboť i do prostředí chemie postupně proniká robotizace, automatizace a využití počítačového modelování. Výpočetní procesy (workflows) jsou realizovány pomocí řetězení programů psaných v programovacích či skriptovacích jazycích (dnes nejčastěji Python ve formátu Jupyter Notebook), nicméně poslední dobou jsou na vzestupu „low-code“ nebo „no-code“ přístupy. Ty umožňují realizovat tyto procesy bez znalosti programovacího/skriptovacího jazyka ve vizuálním editoru. Typickým zástupcem je analytická platforma KNIME. Výpočetní procesy se používají k automatizaci analýz - ať už pro analýzu struktur nebo vlastností molekul - a jsou proto hojně vytvářeny a využívány nejen akademickou sférou, ale také firmami. Tomu také odpovídá neustále narůstající množství publikací, které se výpočetních procesů týkají. Cílem práce je shromáždit a analyzovat dostupné výpočetní procesy na základě literární rešerše a upravit je pro praktické použití. Pro realizaci této práce je vhodná alespoň základní znalost jazyka Python nebo R. Práci je rovněž možné realizovat pomocí „no-code“ platformy KNIME.
Mgr. Kateřina Storchmannová
Validace chemických dat
Chemické databáze jsou nenahraditelným zdrojem informací pro chemika. Největší z nich obsahují přes miliardu molekul, pro které jsou v nich dostupné všechny možné informace, např. strukturní informace, fyzikálně chemické vlastnosti, interakce s makromolekulami apod. Na UP vznikla databáze MolMeDB, která je zaměřena na interakce malých molekul s membránami a membránovými proteiny. Tato databáze je neustále rozšiřována o nová data. Nová data jsou přidávaná jak manuálně z literatury, tak strojovým vytěžování jiných databází a datasetů. Prudký rozvoj databáze ale nese řadu možných problémů, které se řeší během procesu validace. Cílem této práce je provést kontrolu a případnou opravu dat v databázi MolMeDB. K této práci není nutná žádná znalost programovacích jazyků ani databází. Práci je možné realizovat pomocí analytické „no-code“ platformy KNIME nebo i v Excelu.
Mgr. Kateřina Storchmannová
Analýza tunelů v proteinech
Proteiny mohou interagovat s ostatními látkami v organismech ve specifických částech proteinů, ty se nazývají aktivní místa. Taková aktivní místa mohou být na povrchu makromolekuly nebo ukrytá uvnitř složeného proteinu, část struktury spojující ukryté aktivní místo s vnějším prostorem proteinu se nazývá tunel. Z hlediska vývoje nových léčiv hrají tunely významnou roli, neboť jejich fyzikálně chemické vlastnosti předurčují, které molekuly jimi mohou procházet. Jde o přirozené síto molekul, k aktivnímu místu se dostanou pouze takové molekuly, které splňují určité vlastnosti vzhledem k tunelu. Ve spolupráci s týmem z MUNI vznikl nástroj MOLE (https://mole.upol.cz/), sloužící k identifikaci tunelů v proteinových strukturách. Následně pak databáze ChannelsDB (https://channelsdb2.biodata.ceitec.cz/), která uchovává informace o vypočítaných tunelech. Cílem práce by bylo dopočítávání a doplňování proteinových tunelů do databáze, a predikce významu daných proteinových tunelů pomocí dokování. Pro realizaci práce je vhodné mít alespoň základní dovednosti programovacího jazyka a příkazového řádku, ale není to nutné.
Mgr. Anna Špačková
Struktura a dynamika nukleových kyselin
Téma se zabývá studiem nukleových kyselin s využitím prostředků počítačového modelování, zejména pak metody molekulové dynamiky. Molekulová dynamika poskytuje detailní pohled na strukturu biomolekul a může přispět k lepšímu porozumění biologických procesů, kterých se tyto molekuly účastní. Zajímají nás jak kanonické struktury nukleových kyselin (B-DNA), tak i méně obvyklé (tzv. nekanonické), ale o to zajímavější struktury (např. guaninové kvadruplexy, Z-DNA, i-motiv DNA). Konkrétní molekuly jsou vybrány po konzultaci se studentem. Téma souvisí s jedním z vědeckých záměrů skupiny, a to s vývojem parametrů pro molekulární dynamiku nukleových kyselin, označovaných zkratkou "OL" podle Olomouce, kde byly vyvinuty (více informací o našich parametrech: http://ffol.upol.cz).
Mgr. Marie Zgarbová, Ph.D.
Teoretické výpočty konformačních stavů biomolekul
Téma se zabývá využitím kvantově-mechanických a molekulově-mechanických výpočtů na fragmentech nukleových kyselin a proteinů. Konkrétní skupina struktur je vybrána po konzultaci se studentem.
Mgr. Marie Zgarbová, Ph.D.
Studium dynamiky protein-DNA komplexů
Téma se zabývá studiem komplexů protein-DNA s využitím prostředků počítačového modelování, zejména pak metody molekulové dynamiky. Tato metoda dovoluje studovat interakce mezi proteinem a nukleovou kyselinou na atomární úrovni, poskytuje detailní pohled na strukturu biomolekul a může přispět k lepšímu porozumění biologických procesů. Konkrétní protein-DNA komplexy jsou vybrány po konzultaci se studentem.
Mgr. Marie Zgarbová, Ph.D.
Využití polarizovatelných silových polí v dynamice nukleových kyselin
Téma se zaměřuje na aplikaci polarizovatelných silových polí v molekulové dynamice nukleových kyselin. Tato pokročilá silové pole, která explicitně zohledňují elektronickou polarizaci, se v posledních letech stávají slibným nástrojem pro modelování nukleových kyselin. S využitím těchto silových polí v metodě molekulové dynamiky můžeme detailně studovat konformační změny, interakce a vlastnosti nukleových kyselin v různých prostředích.
Mgr. Marie Zgarbová, Ph.D.
Vliv empirického potenciálu na strukturní dynamiku nukleových kyselin
Téma souvisí s jedním z vědeckých záměrů skupiny, a to s vývojem parametrů pro molekulární dynamiku nukleových kyselin, označovaných zkratkou "OL" podle Olomouce, kde byly vyvinuty (více informací o našich parametrech: http://ffol.upol.cz). Téma se zabývá studiem struktury a dynamiky nukleových kyselin (kanonických, i méně běžných – nekanonických) s využitím prostředků počítačového modelování, zejména pak metody molekulové dynamiky. Metoda molekulové dynamiky umožňuje detailní zkoumání struktury biomolekul a přispívá k hlubšímu pochopení procesů, kterých se tyto molekuly účastní. Konkrétní molekuly jsou vybrány po konzultaci se studentem.
Mgr. Marie Zgarbová, Ph.D.
Využití molekulového modelování ve výuce chemie (pro učitelské kombinace)
Téma se zabývá začleňováním molekulového modelování do výuky chemie na středních školách. Cílem je vytvořit ukázkové úlohy a materiály, které umožní učitelům lépe ilustrovat a vysvětlit vybraná témata (např. molekulové orbitaly, struktura biomolekul).
Mgr. Marie Zgarbová, Ph.D.
Experimentální práce
Studium přípravy nanočástic pomocí rostlinných extraktů
Nanočástice lze připravovat různými chemickými a fyzikálními postupy. V posledních letech se však do popředí dostává výzkum přípravy nanočástic dle tzv. zelené syntézy (green synthesis), a to díky vidině udržitelnější a environmentálně šetrnější alternativě vůči klasickým metodám. Zelená syntéza zahrnuje přípravu nanočástic za využití mikroorganismů, hub, řas a rostlin. Jako redukční činidlo lze tedy použít extrakty z různých částí rostlin obsahující fytochemikálie zodpovědné za redukční schopnosti jako jsou alkaloidy, terpenoidy, fenoly a jiné. Příkladem jsou extrakty běžně dostupných rostlin jako jsou listy zeleného čaje, listy rýmovníku citronového, plody papriky seté, květy měsíčku lékařského a mnoho dalších. Téma je zaměřené na přípravu nanočástic za využití extraktů z rostlin a studium redukčních podmínek (teplota, pH, reakční doba) na charakteristiky syntetizovaných disperzí nanočástic (tvar, velikost, stabilita).
Mgr. Aneta Bužková
Modifikace grafitického nitridu uhlíku pro fotokatalytické aplikace
Grafitický nitrid uhlíku se v poslední době těší velkému zájmu díky jeho fotokatalytickým vlastnostem. Vylepšit fotokatalytickou aktivitu tohoto materiálu lze dopací různých prvků či přípravou nanokompozitních materiálů. Ovšem, g-C3N4 v základní ‚bulk‘ struktuře má malou specifickou plochu povrchu. Přípravou g-C3N4 ve formě nanosfér, nanotrubiček, nanotyčinek apod. dochází ke zvětšení povrchu materiálu oproti jeho ‚bulk’ struktuře, a tím pádem i zlepšení fotokatalytických vlastností. Toto téma je zaměřené na studium přípravy g-C3N4 v různých tvarech, s možností další úpravy jako je dopace, a sledování změny fotokatalytické aktivity.
Mgr. Aneta Bužková
Příprava plovoucích fotokatalytických substrátů pro fotokatalytickou degradaci vodných polutantů
Běžné fotokatalyzátory pro fotodegradační aplikaci polutantů jsou připravovány a studovány v práškové formě. Práškové fotokatalyzátory však mají nevýhodu obtížné separace z ošetřené vody, a tím způsobení sekundárního znečištění životního prostředí. Jednou z možností tohoto problému je příprava plovoucího substrátu obsahující fotokatalytický materiál. Takový materiál lze nejenom snadněji odseparovat z vodního prostředí, ale lze jej i snadno znovu použít. Toto téma se zaměřuje na přípravu plovoucích substrátů s obsahem běžně používaných fotokatalytických materiálů jako je TiO¬2, g-C3N4, BiVO4 a další. Cílem je studium změny fotodegradačních vlastností připraveného plovoucího materiálu.
Mgr. Aneta Bužková
Studium stability nanočástic v bujonech a jejich osudu v trávicím traktu in vitro
Cílem této práce bude připravit nanočástice stříbra vhodné pro perorální podání. Takové nanočástice by si měli svoji stabilitu udržovat nejen ve vodném prostředí, bakteriálních bujonech, buněčných médiích, ale i v dalších o něco komplexnějších prostředích. V rámci této práce bude pozornost zaměřena převážně na prostředí trávicího traktu, jímž částice po perorálním podání prochází. Složení a pH bude simulováno in vitro a bude studován vliv složení jednotlivých částí trávicího traktu na stabilitu připravených nanočástic. Tato práce přispěje k lepšímu porozumění vlivu fyzikálně-chemických vlastností nanočástic a stabilizačních činidel na stabilitu nanočástic stříbra po perorálním podání, jež bude mít vliv na jejich potenciální využití v léčbě bakteriálních infekcí trávicího traktu.
Mgr. Lucie Hochvaldová, Ph.D.
Návrh a optimalizace SERS substrátů pro detekci B-laktamových antibiotik a diagnostiku rezistentních bakteriálních kmenů
V rámci této práce budou připravovány a optimalizovány SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) substráty, jež budou zesilovat Ramanův rozptyl a umožní nám tak detekci molekul v extrémně nízkých koncentracích. Práce se nejprve bude soustředit na přípravu SERS substrátů s anizotropními částicemi stříbra a optimalizaci postupů pro jejich přípravu. V rámci výzkumu budou zkoumány různé faktory, jako je velikost, tvar a chemická povaha částic, stejně jako použité substráty (sklíčka, destičky) a různé polymery pro navázání částic na substrát a zvýšení tak jejich stability. Krom základních analytů pak bude pozornost zaměřena na β-laktamová antibiotika, jež budou sloužit k optimalizaci SERS substrátů a získání důležitých informací o jejich citlivosti a detekčním limitu. Druhá část práce bude využívat této metody v boji proti narůstající bakteriální rezistenci, a to konkrétně k rozlišení mezi bakterií citlivou/rezistentní k účinkům antibiotik. Výsledky této práce budou moci přispět k vývoji nových, citlivějších a spolehlivějších SERS substrátů pro analytické účely a využití v diagnostice bakteriálních infekcí, kde rychlá detekce rezistence vůči antibiotikům může znamenat průlomový krok v léčbě bakteriálních onemocnění. Efektivní a přesná diagnostika může přispět k rychlému zahájení adekvátní léčby a snížení rizika spojeného s narůstající rezistencí vůči účinkům antibiotik, jež patří mezi jedny z hlavních globálních výzev současnosti.
Mgr. Lucie Hochvaldová, Ph.D.
Příprava nanočástic stříbra a jejich transformace do aerosolové formy pro potencionální aplikaci v inhalační antibakteriální terapii
Výskyt bakterií rezistentních na celou řadu v současnosti používaných antibiotik se zvyšuje, a proto je velmi důležité studovat alternativní antimikrobiální látky, které by mohly nahradit, nebo alespoň doplnit současnou léčbu bakteriálních infekcí. Možnou alternativou by pak mohlo být využití nanočástic, jež jsou známy svým víceúrovňovým způsobem účinku a silnou antimikrobiální aktivitou. Jedním z hojně studovaných materiálů s vysokou antibakteriální aktivitou jsou pak nanočástice stříbra, jejichž toxicita vůči bakteriím výrazně převyšuje jejich toxicitu vůči eukaryotickým buňkám. Syntéza nanočástic stříbra byla v literatuře, i v rámci naší skupiny, široce studována, a proto bude výzkum vycházet z již existujících metod, a zaměří se spíše na jejich modifikaci (stabilizaci) a na následnou transformaci nanočástic do aerosolové formy. Připravené částice budou charakterizovány, což nám poskytne více informací o velikosti, tvaru, koncentraci, náboji, stabilitě, jejich optických a povrchových vlastnostech, které jsou při popisu interakce nanomateriálů s buňkami nezbytné. Účinnost léčby bakteriálních pneumonií způsobenou rezistentními bakteriálními kmeny je v současné době zvyšována inhalačním působením antibiotik. S ohledem na vysokou antibakteriální aktivitu nanočástic stříbra a jejich synergický účinek s antibiotiky bychom do budoucna rádi otestovali účinnost inhalovaných nanočástic stříbra a nanočástic v kombinaci s antibiotiky. Prvním krokem v tomto výzkumu je nebulizace nanočástic, a tedy jejich převedení do formy aerosolu, což bude předmětem právě tohoto vypsaného tématu.
Mgr. Lucie Hochvaldová, Ph.D.
Studium přípravy a stabilizace nanočástic nerozpustných sloučenin kovů
prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Studium přípravy a stabilizace kompozitů s obsahem nanočástic kovů
prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Studium katalytické aktivity nanomateriálů na bázi kovů a jejich sloučenin
prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Využití reometrie pro analýzu a charakterizaci roztokových vlastností biopolymerů
prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D.
Sledování termodynamických parametrů fermentace vybraných potravinářských produktů.
Fermentace potravin je klíčový proces pro výrobu potravinářských produktů, jako je chléb, pivo, víno a jogurt. Mikrokalorimetrie je užitečnou metodou pro sledování této fermentace, která měří tepelný signál a umožňuje stanovit termodynamické a kinetické parametry procesů. Tato technika poskytuje cenné informace pro optimalizaci výroby a kontrolu kvality potravin. Studium fermentace zahrnuje měření entalpie, entropie a Gibbsovy volné energie, což pomáhá porozumět metabolickým procesům mikroorganismů. Tato práce se zaměřuje na sledování fermentace různých potravin pomocí mikrokalorimetrie na systému TAM III, což poskytuje stabilní a spolehlivá data pro analýzu procesů.
doc. Mgr. Barbora Lapčíková, Ph.D.
Syntéza nanočástic a nanokompozitních materiálů na bázi ušlechtilých kovů pro katalytické aplikace
doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Syntéza nanočástic stříbra a nanokompozitních materiálů na bázi stříbra pro biologické aplikace
doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Světlem indukovaná protinádorová fototermální terapie pomocí nanočástic kovů s laditelnými plazmonickými vlastnostmi
doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Syntéza nanočástic ušlechtilých kovů pro plasmonickou fotokatalýzu
doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Aplikace nanokompozitů nitridu uhlíku ve fotokatalýze.
V posledních letech si heterogenní fotokatalýza využívající polovodičovou a solární energii získala velkou pozornost díky svým potenciálním aplikacím v mnoha oblastech, jako je výroba obnovitelného a udržitelného vodíkového paliva, degradace organických polutantů a fotoredukce CO2. Díky své fotochemické stabilitě, fascinujícím strukturám elektronických pásů a efektivnímu sběru světla s energií bandgapu 2,7 eV je grafitický nitrid uhlíku (g-C3N4) považován za slibný bezkovový fotokatalyzátor pro řešení energetické krize a problémů životního prostředí. Kvůli nízké mobilitě nosiče náboje a malé ploše povrchu je jeho fotokatalytická účinnost omezená. Díky své jedinečné pásové struktuře nabízí spojení s polovodičem s velkou mezerou v pásmu za účelem vytvoření hetero-přechodového kompozitu slibný způsob, jak zlepšit separaci náboje, rozšířit povrchovou plochu a zvýšit absorpci světla. Za tímto účelem byl ukázán g-C3N4 jako robustní fotokatalyzátor a pomocí syntetických metod jsou připravovány základní nanokompozity na bázi g-C3N4, např. s oxidy kovů, sulfidy a ferity. Tato práce vede k studiu jedné z nejnovějších aplikací g-C3N4/nanokompozitů pro přeměnu sluneční energie a sanaci životního prostředí.
Ing. Mgr. Radka Pocklanová
Fotokatalytické využití nanokompozitů na bázi grafen oxidu.
Grafen oxid (GO), který obsahuje funkční skupiny obsahující kyslík (hydroxyl-, karboxyl-), je ohromným derivátem grafenu a dvourozměrnou molekulou uhlíku. Věří se, že je to vynikající katalyzátorový nosič pro svůj velký specifický povrch, mobilitu nosiče a vysokou optickou propustnost. Výzkum napříč různými obory soustředí velkou pozornost na tuto grafenovou problematiku díky jeho jedinečným fyzikálně-chemickým vlastnostem. Hybridy oxidu grafenu slibují uplatnění jako katalyzátory a fotokatalyzátory, díky jejich flexibilním vlastnostem a velkému počtu syntéz, lze získat mnoho modifikací. Nedávný vývoj potvrdil, že fotokatalyzátory na bázi polovodičů podporované GO lze označit jako nejnadějnější nové fotokatalyzátory ve fotokatalytických aplikacích, jako je odstraňování kontaminantů, vývoj H2 a snižování CO2. Tato práce je zaměřena na výzkum a zkoumání nových hybridních polovodičových fotokatalyzátorů na bázi GO.
Ing. Mgr. Radka Pocklanová
Studium přípravy core@shell nanočástic a jejich modifikace.
Nanočástice typu Core/shell postupně přitahují stále více pozornosti. Často se objevují na hranici mezi materiálovou chemií a dalšími obory, jako je elektronika, biomedicína, farmacie, optika a katalýza. „Jádro/plášť“-typ nanočástic je vysoce funkční materiál se specifickými vlastnostmi. Někdy mohou být vlastnosti vycházející z materiálů jádra nebo pláště zcela odlišné. Vlastnosti mohou být modifikovány změnou buď konstitučních materiálů nebo poměru jádra k obalu. Díky povlaku materiálu obalu mohou být vlastnosti jádrové částice, jako je snížení reaktivity nebo tepelná stabilita, modifikovány tak, aby se zvýšila celková stabilita částic a jejich dispergovatelnost. Nakonec částice vykazují charakteristické vlastnosti různých materiálů používaných společně. To platí zejména pro inherentní schopnost variovat s funkcemi povrchu tak, aby byly splněny požadavky různých aplikací. Téma této bakalářské práce je směřováno na přípravu tohoto typu nanočástic a podle vybrané aplikace jsou dále modifikovány.
Ing. Mgr. Radka Pocklanová
Příprava substrátů na bázi stříbra a zlata pro účely povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie
doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Příprava kompozitů oxidů kovů a nanočástic vzácných kovů pro katalytické aplikace
doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Studium vlivu odlehčených plniv na výsledné vlastnosti termosetických kompozitních materiálů
Studium různých druhů plniv pro termosetické kompozity s důrazem na snížení hmotnosti kompozitu, při sledování vlivu na základní pevnostní a reologické vlastnosti. Při práci bude potřeba osvojit si technologii přípravy termosetických kompozitů na bázi pryskyřice, plniva a vláknité výztuže a přípravu testovacích těles. Důraz bude kladen na sledování vlivu nových plniv na výsledné vlastnosti materiálu. Mechanické vlastnosti připravených materiálů budou testovány na trhací stroj Shimazdu AG-X Series 50kN.
doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D., Konzultant: doc. RNDr. Jiří Tuček, Ph.D.
Studium vlivu aditiv a separátorů na povrchové vlastnosti termosetických kompozitních materiálů
Studium vlivu různých aditiv pro termosetické kompozity s ohledem na zlepšení povrchových vlastností pro zpracování a následnou povrchovou úpravu výrobků. Při práci bude potřeba osvojit si technologii přípravy termosetických kompozitů na bázi pryskyřice, plniva a vláknité výztuže. Aditiva budou volena s ohledem na způsob zpracování kompozitu pomocí technologie vstřikolisu. Vhodnost aditiv bude ohodnocena měřeními na testovacích tělíscích. Mechanické vlastnosti připravených materiálů budou testovány na trhací stroj Shimazdu AG-X Series 50kN. Také bude dále testována smáčivost povrchů připravených materiálů metodou měření kontaktního úhlu.
doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D., Konzultant: doc. RNDr. Jiří Tuček, Ph.D.
Studium viskoelastických vlastností UV vytvrditelných laků
Studium vlivu teploty na změnu viskoelastických vlastností UV vytvrditelných laků. Základem bude monitorování změny viskozity laků v závislosti na teplotě pomocí reometrických měření komplexní viskozity při různých teplotách (do 75 °). Výsledky budou sloužit k optimalizaci toku laku při procesu nástřiku.
doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D., Konzultant: doc. RNDr. Jiří Tuček, Ph.D.
Studium aplikace pigmentů v UV vytvrditelných lacích
Studium aplikace pigmentů pro UV laky s ohledem na změnu vlastností laku. Během práce bude potřeba sledovat vliv různých pigmentů na viskoelastické a reologické vlastnosti UV laků. Také bude sledována stabilita a optické vlastnosti studovaných laků. Studium vlastností a jejich charakterizace bude prováděno pomocí FTIR, UV-vis a Ramanovy spektroskopických technik.
RNDr. Barbora Štefková, Konzultant: doc. RNDr. Jiří Tuček, Ph.D.
Příprava nanočástic mědi a materiálů na bázi uhlíku pro účely jejich aplikace zvyšující efektivitu přenosu tepelné energie v kapalinách
Konvenční chladící kapaliny jako je voda, ethylenglykol nebo syntetické oleje jsou značně používány v řadě průmyslových odvětvích, ale mají nízkou tepelnou vodivost, což se musí kompenzovat většími výměníky tepla nebo vyšší průtokovou rychlostí, což zvyšuje nároky na čerpadla, zejména hlediska spotřeby energie a zamezuje použití v solárních kolektorech. Kovy jako je měď, hliník nebo stříbro mají oproti konvenčním teplonosným kapalinám vysokou tepelnou vodivost což vede ke zvýšení efektivity teplonosných kapalin. Kromě kovů, se je možné využít nanomateriály na bázi uhlíku, které umožňují zvýšit tepelnou vodivost. Připravené materiály budou charakterizovány pomocí UV-vis spektroskopie, metody DLS a transmisního elektronového mikroskopu. Bude sledována stabilita připravené nanokapaliny, její reologické vlastnosti a změna tepelné vodivosti.
doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Studium vlivu polymorfní modifikace ZrO2 na jeho aktivitu jakožto nosiče katalyzátorů
Příprava ZrO2 v různých polymorfních modifikacích (se zaměřením na jejich směsi v různých poměrech) a jejich využití jakožto podpůrných materiálů pro katalyzátory. Po depozici katalyzátorů budou připravené katalyzátory testovány na reakci hydrogenace oxidu uhličitého.
Mgr. Tomáš Stryšovský
Příprava směsných oxidů na bázi ZrO2 pro aplikace v katalýze
Příprava směsných oxidů Zr s dalšími kovy (např. Mg, Zn, Ti) a jejich využití jakožto podpůrných materiálů pro katalyzátory. Po depozici katalyzátorů budou připravené katalyzátory testovány na reakci hydrogenace oxidu uhličitého.
Mgr. Tomáš Stryšovský
Příprava vrstev nano či submikronových částic kovů pro účely detekce látek pomocí metody povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie (SERS)
Práce je zaměřena na přípravu částic kovů imobilizovaných na površích vybraných nosičů (Al2O3, TiO2, sklo, celulosa, atd.). Experimentální část práce bude spočívat v optimalizaci přípravy vrstev za účelem dosažení vhodných vlastností pro účely spektroskopické detekci látek o nízkých koncentracích pomocí povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie. Vlastnosti připraveného substrátu jsou klíčové pro získání potřebného a reprodukovatelného zesílení Ramanova signálu. Vysokého zesílení Ramanova rozptylu je možné pomocí struktur, které poskytují vysoký počet rovnoměrně uspořádaných aktivních míst (částic kovu) vhodně rozmístěných na povrchu nosného podkladu. Nejefektivnější místa poskytují (mimo jiné) struktury s nanometrickou vzdáleností mezi nanesenými částicemi nebo ostrými kraji částic (krychle, trojboké hranoly, hvězdicovité částice). Cílem práce bude navrhnout přípravu vrstev částic tak, aby výsledný počet efektivních míst pro zesílení Ramanova signálu daného substrátu byl co nejvyšší. Samotnou imobilizaci částic na povrch nosného podkladu je možné provést různými způsoby – adsorpce může probíhat zároveň v průběhu samotné syntézy (nano)částic (např. pomocí ultrazvukem asistované redukce) nebo lze nejprve připravit nanočástice v disperzi a ty následně navazovat na povrch nosného podkladu modifikovaného polymery či polyelektrolyty, případně kombinací obou zmíněných látek. Připravené substráty budou charakterizovány pomocí fyzikálně chemických metod (elektronová mikroskopie, AAS, UV-Vis, IR, DLS a další). Ve druhé části práce budou připravené substráty testovány pro jejich aplikační potenciál jakožto senzorů pro SERS detekci v oblasti například monitoringu životního prostředí – sledování perzistentních, toxických či nebezpečných látek (atrazin, pyrimethanil a další) ve vodách. Obdobně lze substráty využít i v oblasti kontroly potravin pro detekci nelegálních aditiv. Další možností uplatnitelnosti je detekce biologických markerů v "point-of-care" diagnostice.
