Katedra fyzikální chemie je rozdělena na pět vědeckých skupin, které se zaměřují na výzkum v několika oblastech aplikace fyzikálně-chemických metod.
Aplikovaná fyzikální chemie v nanomateriálové chemii
Odborné zaměření propojuje vnitřní strukturu materiálových soustav na široké bázi vstupních materiálů jak z hlediska fázového složení (gelové soustavy, koloidní disperze, micelární systémy, nanokompozity, mezifázové povrchy apod.), z hlediska chemického složení (biopolymerní systémy, syntetické polymery, minerální anorganické soustavy, API látky, kompozitní materiály apod.) a finální tvarové formy (např. pěnové pórovité systémy, pevné látky, laminované vrstvy apod.) s výslednými fyzikálně-chemickými, biologickými a materiálovými užitnými vlastnostmi jako např. pevnost, ohebnost, tvrdost, tekutost, křehkost, houževnatost, lepivost, biokompatibilita, smáčivost, povrchová topologie, distribuce povrchové energie apod.
Aktivity členů skupiny mají také široký mezinárodní dosah ve spolupráci s výzkumnými skupinami v zahraničí (U Birmingham, U New Orleans, PAN Krakow, STU Bratislava, U Ghent a jiné. Značná část aktivity je napojena také na praktický průmyslový výzkum, kde v současné době se realizuje aplikace EP 3 034 693 B1 (2018) ve výrobním procesu. V oblasti badatelské je skupina zapojena do řady projektů jak aplikovaného tak základního výzkumu.
Členové skupiny:
Prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D. – vedoucí skupiny
Doc. Mgr. Barbora Lapčíková, Ph.D.
Mgr. Jakub Vlček, Ph.D.
MSc. Yousef Murtaja (Ph.D.student)
Mgr. David Řepka (Ph.D. student)
Nanomateriály pro biologické a lékařské aplikace
Odborné zaměření skupiny cílí na syntézu, charakterizaci a studium fyzikálně chemických a biologických vlastností nanostrukturních materiálů. Výzkum je zaměřen zejména na řízenou syntézu biologicky aktivních nanomateriálů s cílenou morfologií využitelných především v lékařské diagnostice a terapii. Mezi takové nanomateriály patří mimo jiné nanočástice ušlechtilých kovů jako je stříbro a zlato, které lze díky jejich unikátním chemickým, fyzikálním, optickým a biologickým vlastnostem využít např. k diagnostice či terapii celé řady chronických onemocnění jako jsou nádorová či infekční onemocnění. Mezi konkrétní směry výzkumu patří syntéza plasmonických nanočástic stříbra a zlata a jejich využití jako nano-biosenzory k detekci specifických látek (markerů) závažných onemocnění a současně jako nano-terapeutika pro eliminaci nádorových buněk či patogenních bakterií prostřednictvím světlem asistované fotodynamické či fototermální terapie.
Výzkumné zaměření skupiny je úzce spjato a navázáno na spolupráci s odbornými pracovišti Lékařské fakulty Univerzity Palackého (Ústav mikrobiologie, Ústav lékařské biofyziky, Ústav farmakologie a další), Farmaceutické fakulty UK v Hradci Králové a rovněž se zahraničními pracovišti jako je Paris Lodron Universität Salzburg (Rakousko) a University of Pisa (Itálie). Členové výzkumné skupiny jsou v rámci vědeckého výzkumu aktivně zapojeni do řešení grantových projektů (Grantová Agentuta ČR, Ministerstvo zdravotnictví) zaměřených na výzkum přípravy a aplikace nanočástic stříbra v in vitro a in vivo terapii infekčních onemocnění způsobených rezistentními patogeny.
Členové skupiny:
doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Mgr. Lucie Hochvaldová (Ph.D. student)
Mgr. Antónia Kurillová (Ph.D. student)
Nanomateriály pro katalytické a spektroskopické aplikace
Hlavním cílem vědecko-výzkumných aktivit skupiny je propojení aplikačního potenciálu s přípravami nanomateriálů a jejich následné využití v katalytické, fotokatalytické a environmentální oblasti.
Syntézy nanomateriálů, případně kompozitních materiálů, jsou zaměřeny především na uhlíkové materiály (grafen oxid, nitrid uhlíku), nanočástice oxidů železa a dalších sloučenin, které se využívají jako samostatný prekurzor, nebo jsou modifikovány nanočásticemi (Ag, Au, Cu, Ni, Se), dopovány různými prvky (N,P,B) či obohacovány funkčními skupinami. Snahou je získat funkční materiály pro specifickou aplikaci s vysokým aplikačním potenciálem.
U konkrétních materiálů se v rámci výzkumné skupiny soustředíme na jejich katalytickou aktivitu v plynné a kapalné fázi, např. hydrogenace CO2 a jeho přeměna na vyšší uhlovodíky, a na jejich fotokatalytický potenciál, tedy schopnost fotodegradace polutantů v životním prostředí (např. odstraňování organických látek a mikroplastů). Oblast heterogenní fotokatalýzy je také úzce spjata se „zelenou“ produkcí vodíku a fixací dusíku z životního prostředí.
Dalším výzkumným zaměřením je příprava plasmonických nanočástic kovů, jejich kompozitů a nanostrukturovaných povrchů pro spektroskopické aplikace, zejména pro přípravu senzorů určených k detekci nízkých koncentrací biologicky významných látek (např. biomarkerů neurologických či jiných onemocnění) pomocí povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie (SERS).
Výzkumné aktivity jsou podpořeny řadou spoluprací, zejména s Akademií věd ČR v Praze, s Přírodovědeckou fakultou Ostravské univerzity, s Univerzitou v Pise a s Univerzitou of Silesia, konkrétně s MacroSynth group v Katowicích.
Členové skupiny:
doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Ing. Arkadii Bikbashev, M.Sc. (Ph.D. student)
Mgr. Aneta Bužková (Ph.D. studentka)
Mgr. Martina Kajábová (Ph.D. studentka)
Mgr. Ing. Radka Pocklanová (Ph.D. studentka)
Mgr. Karolína Simkovičová (Ph.D. studentka)
Mgr. Tomáš Stryšovský (Ph.D. student)
Mgr. Barbora Štefková (Ph.D. studentka)
Ing. Adéla Žižlavská, Ph.D. (Ph.D. studentka)
Chemická data
Výzkum skupina se zabývá chemickými daty v kontextu biologických systémů.
Mezi zkoumané oblasti patří především strukturní bioinformatika proteinů a aplikace výpočetních metod molekulárního modelování pro návrh strukturní aktivity nových nízkomolekulárních látek pro zvolené biologické účinky.
Dalším zaměřením skupiny je vývoj a provoz chemických databází a nástrojů. Databáze MolMeDB shromažďuje fyzikálně-chemické data o interakcích nízkomolekulárních látkek s membránami (https://molmedb.upol.cz/). Databáze ChannelsDB a nástroj MOLEonline se věnují studiu tunelů v proteinech (https://mole.upol.cz/).
Skupina spolupracuje s dalšími skupinami v rámci Univerzity Palackého na návrhu látek (doc. Brulíková, KOCH; doc. Kryštof, doc. Jorda, KEB; prof. Strnad, doc. Novák, LRR), účasti v rámci infrastruktury ELIXIR CZ pro biologická data (doc. Hajdúch, Dr. Polishchuk, Dr. Vrbková, UMTM), na mapové vizualizaci chemických dat (doc. Burian, KGI) či výzkumných infrastruktur v rámci univerzitní aliance Aurora (doc. Nétek, KGI). Kromě toho spolupracuje skupina také se skupinami mimo UPOL – v rámci ELIXIR CZ např. na vizualizacích proteinů – LiteMol, Mol*, 2Dprots, Overprot, ACC, Alphacharges (doc. Svobodová, dr. Sehnal, CEITEC MUNI); interoperabilitě chemických dat – IDSM (prof. Vondrášek, dr. Galgonek, UOCHB); data managementu – DataStewardshipWizard (doc. Pergl, ČVUT); Alphafoldologii (dr. Novotný, PřF UK). Dále spolupracujeme na vývoji nových liposomálních nosičů léčiv (prof. Štěpánek, VŠCHT), využívajících znalosti interakcí látek s membránami
Členové skupiny:
Mgr. Ing. Václav Bazgier, Ph.D.
Mgr. Jakub Juračka
Mgr. Martin Šrejber (Ph.D. student)
Mgr. Michaela Jaroměřská (Ph.D. studentka, rodičovská)
Mgr. Kateřina Storchmannová (Ph.D. studentka)
Mgr. Dominik Martinát (Ph.D. student)
Mgr. Anna Špačková (Ph.D. studentka)
Bc. Nina Kadášová (Mgr. studentka)
Bc. Jan Macháň (Mgr. student)
Jan Urbánek (Bc. student)
Počítačové modelování biostruktur
Skupina se zabývá studiem struktury a dynamiky biomolekul, s využitím prostředků počítačového modelování, zejména metod molekulové dynamiky a částečně i kvantové chemie.
Hlavní výzkumný zájem směřuje k méně obvyklým (tzv. nekanonickým), ale o to zajímavějším formám nukleových kyselin, jako jsou guaninové kvadruplexy (G-kvadruplexy), Z-DNA nebo i-motiv DNA. Dalším důležitým směrem je studium interakcí nukleových kyselin s proteiny, jak specifických (např. s regulatorními proteiny), tak nespecifických.
Součástí výzkumu skupiny je také vývoj empirických potenciálů pro molekulovou dynamiku nukleových kyselin (http://ffol.upol.cz). Naše potenciály jsou používány po celém světě a nesou zkratku „OL“ podle OLOMOUCE, místa, kde byly vyvinuty.
Počítačové modelování často poskytuje jasnější a detailnější pohled na procesy probíhající v biomolekulách než experimentální metody, i když jen na relativně krátkých časových škálách omezených výpočetní silou současných superpočítačů. Díky nezadržitelnému nárůstu výkonu počítačů se ale metody výpočetní chemie stávají stále mocnějšími a prosazují se i v praxi např. při racionálním návrhu léčiv.
Spolupracujeme s několika zahraničními pracovišti, např. University of Barcelona ve Španělsku, CNRS v Paříži, University of Utah v USA a s domácími pracovišti na UOCHB v Praze, IBP v Brně a OU v Ostravě.
Členové skupiny:
doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.
Mgr. Jiří Fukal
Bc. Anna Jelinková (Mgr. studentka)
Bc. Elizabeth Kolářová (Mgr. studentka)
Bc. Jan Salomon (Mgr. student)
Filip Samohýl (Bc. student)
Rebeka Tréfová (Bc. studentka)
