Témata závěrečných prací

Název práceTyp práceVedoucí práceKozultantTéma práceAnotace
Antifouling povlaky na LOC kompatibilních materiálechBakalářská práce, Diplomová práceDoc.Ing. Martin Kormunda, PhDnanotechnologieKromě bioaktivních povrchů jsou antiadhezivní povlaky již dlouhou dobu zkoumány pro různé aplikace, kde je jedním z významných konceptů zařízení lab-on-a-chip a povrchy pro kultivaci buněk. Antifouling povrchy jsou obvykle založeny na polymerech jako jsou PEG (polyethylenglykol) nebo oligo (ethylenglykol) a poměrně často používají procesy přípravy s asistencí plazmatu. Práce se zaměří na vývoj metod depozice s asistencí plazmového výboje a s molekulami PEG vhodnými pro povrchovou modifikaci polymerních materiálů.
Vysoce hydrofobní povrchy na materiálech kompatibilních s lab-on-a-chip (LOC )Bakalářská práce, Diplomová práceDoc.Ing. Martin Kormunda, PhDnanotechnologiePráce se zaměří na vývoj superhydrofobních povrchů vyrobených procesy podporovanými plazmatem, jako je leptání reaktivních iontů (RIE) a depozice aktivních vrstev z par a/nebo magnetronových terčů. Budeme studovat vztahy mezi nano strukturou a hydrofobicitou povrchů založených na C-F a/nebo na oxidy kovů (např. VOx). Budou vyvinuty metody, které povedou ke stabilním superhydrophobním povlakům.
Příprava a charakterizace nanomateriálů s využitím energetických iontových svazků v polovodičích a sklechBakalářská práce, Diplomová práceDoc. RNDr. Anna Macková, PhDnanotechnologieIontová implantace s využitím energetických iontů urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR je univerzální metoda pro přípravu nanostrukturovaných materiálů v nejrůznějších typech substrátů. ZnO je v současnosti nejstudovanější polovodičový materiál, jehož modifikace a nanostrukturování je perspektivní pro optoelektronické aplikace. Budeme studovat modifikaci struktury a optických vlastností, vnitřní morfologie ZnO monokrystalů, nanotyček a nanopilířů, případně do speciálně upravených skel iontovými analytickými metodami (RBS, ERDA), rentgenovskou difrakcí (XRD) a Ramanovskou spektroskopií, luminiscenčními metodami.
Návrh a testování mikrobioreaktorů pro kultivaci 3D buněčných kulturBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Studium využití karbosilanových glykodendrimerů v cílené dopravě léčiv Bakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Studium využití kapičkové mikrofluidiky pro enkapsulaci a kultivaci buněk.Bakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Izolace a charakterizace exosomů z živočišných buněkBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Studium interakcí dendrimerů s modelovými lipidickými membránami a proteiny biofyzikálními technikamiBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Polymerní nanovlákenné membrány pro separaci plynůBakalářská práce, Diplomová práceProf. RNDr, Pavla Čapková, DrSCMgr. Petr Ryšánek, PhDnanotechnologieBude proveden screening chemických látek vhodných pro modifikaci nanovláken pro účely separace plynů a pro vybrané látky bude optimalizovaná technologie zvláknění.
Plazmo-chemické modifikace polymerních nanovlákenných membrán pro záchyt CO2. Bakalářská práce, Diplomová práceProf. RNDr, Pavla Čapková, DrSCnanotechnologiePlazmo-chemické modifikace polymerních nanovlákenných membrán připravených elektrostatickým zvlákněním budou směřovat k záchytu CO2 na membránách.
Nanoporézní materiály a jejich stabilitaBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Jan Demel, Ph.D.nanotechnologieV roce 2017 jsme v naší laboratoři připravili první porézní koordinační polymer založený na fosfínových kyselinách – ICR-2, tímto se otevřely nové možnosti přípravy ve vodě stabilních porézních koordinačních polymerů. Tématem práce bude příprava nových porézních koordinačních polymerů, jejich funkcionalizace a studium jejich stability a vlastností s důrazem na jejich aplikace.
Luminiscenční kovové klastryBakalářská práce, Diplomová práceIng. Kamil Lang, CSc., DSc.nanotechnologieMolybdenové klastry nanometrových rozměrů jsou agregáty šesti atomů molybdenu s ligandy. Práce zahrnuje jejich syntézu, studium stability, luminiscence a biologických účinků. Klastry po aktivaci viditelným světlem produkují singletový kyslík, který je vysoce reaktivní a má cytotoxické účinky. Proto mohou být použity ve fotodynamické terapii rakoviny nebo pro přípravu antimikrobiálních povrchů.
Anorganické plniva pro polymerní matriceBakalářská práceIng. Petr Ecorchard, Ph.D.nanotechnologieV rámci GAČR projektů jsme studovali různé typy plniv pro polymerní matrici a to na bázi grafenu a jeho derivátů nebo na bázi podvojných vrstevnatých hydroxidů. Předmětem studia není jen vlastní materiál, ale i způsob zabudovávání do polymerní matrice.
Anorganické sorbenty a nanokompozityBakalářská práceIng. Darina Smržová, Ph.D. nanotechnologieVývoj nanokompozitních sorbentů, s aktivní složkou grafen oxidu.
Strukturální změny v krystalických materiálech po iontovém ozáření ve spojitosti s optickými vlastnostmiBakalářská práce, Diplomová práceDoc. RNDr. Anna Macková, PhDnanotechnologieIontová implantace s využitím energetických iontů urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR je univerzální metoda pro přípravu nanostrukturovaných materiálů v nejrůznějších typech substrátů. ZnO je v současnosti nejstudovanější polovodičový materiál, jehož modifikace a nanostrukturování je perspektivní pro optoelektronické aplikace. Budeme studovat modifikaci struktury a optických vlastností, vnitřní morfologie ZnO monokrystalů, nanotyček a nanopilířů, případně do speciálně upravených skel iontovými analytickými metodami (RBS, ERDA), rentgenovskou difrakcí (XRD) a Ramanovskou spektroskopií, luminiscenčními metodami.
Mikrofluidní systémy v buněčné analýzeBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Marcel Štofík, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Modifikace povrchů materiálů pro přípravu 3D kultur nádorových buněkBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Marcel Štofík, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Příprava a charakterizace nanostrukturovaných povrchů na polymerních a skleněných substrátechBakalářská práce, Diplomová práceDoc. Ing. Zdeňka Kolská, PhDnanotechnologieINFO u školitelky
okročilé metody studia toxicity nanomateriálů na 3D in vitro modelechBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, Ph.DnanotechnologieINFO u školitele
Mikrostrukturování polymerů s využitím fokusovaných iontových svazkůBakalářská práce, Diplomová práceDoc. RNDr. Anna Macková, PhDnanotechnologieIontový mikrosvazek umožňuje fokusovat svazky iontů (He, H, O, C) na velikost menší než 1 mikrometr a je k dispozici u urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR. Zde budou prováděny experimenty s vytvářením mikrostruktur ve specifických polymerech s nanočásticemi připravených metodou spin coating. Iontová litografie v takových nanokompozitech je perspektivní pro aplikace v mikroelektronice, optice, ale také pro bioaplikace.
Magnetronové naprašování tenkých vrstev SiSnBakalářská práce, Diplomová práceDoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologieV současné době se v mnoha aplikacích využívá termoelektrických vlastností některých materiálů pro řízený ohřev a chlazení. Ve spolupráci s AVČR, kde probíhá teoretický výzkum termoelektrických materiálů byl jako aplikovatelný materiál vytipován SiSn s vysokým podílem obou složek. Pro dosažení očekávaných vlastností je důležité zamezit segregaci složek a omezit přítomnost kyslíku ve vrstvách. Vrstvy budou připravovány magnetronovým naprašováním a analyzovány širokou škálou metod jako jsou XRD, XRS, atd.
Depozice odolných hydrofilních vrstev na slitině hliníkuBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Václav Šícha, Ph.D.nanotechnologieCílem práce bude jednoduchými depozičními technikami (namáčení, kalení, slinování za různých teplot ap.) pevně navázat různé anorganické látky (např. křemičitany, boritany, borany) na slitinu hliníku, za účelem dosažení vyšší odpudivosti povrchu slitiny pro materiál pneumatik. Chemické složení vrstev bude analyzováno za pomoci Ramanova spektrometru. Smáčivost povrchu bude testována měřením kontaktních úhlů. Nanostrukturní změny povrchu vzorku budou zkoumány s pomocí AFM. Práce bude probíhat ve spolupráci s FSI UJEP.
HIPIMs naprašování tenkých vrstev pro povlakování prostorových strukturDiplomová práceDoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologieMetoda HIPIMs ( High-power impulse magnetron sputtering) je moderní progresivní technika vytváření tenkých vrstev. Zejména se vyznačuje vysokým podílem iontů v rozprášeném materiálu a proto je mimo jiné vhodná pro povlakování prostorových struktur. Cílem práce bude využít této vlastnosti pro povlakování struktur používaných v biosenzorech a dalších aplikacích s významnou prostorovou strukturou.
Dynamika transportu látek v mikrofluidních zařízení pro kultivaci buněkDiplomová práceDoc. Ing. Jaromír Havlica, Ph.D.nanotechnologieMikrofluidní zařízení během svého provozu umožňují flexibilně ovlivňovat transport hybnosti, hmoty a energie a tím pádem udržovat požadované stálé podmínky. Z tohoto důvodu je tento typ zařízení vhodný pro bioaplikace zaměřené na kultivaci buněk. Předložená diplomová práce se zaměří jak na popis transportu samotných buněk, tak na transport látek nutných k jejich přežití v provozovaných zařízeních. Jevy probíhající v těchto mikroaparátech budou zkoumány pomocí nástrojů počítačové simulace.
Homogenní nukleace alkoholů v difúzní komoře s laminárním tokemDiplomová práceDoc. Ing. Jaromír Havlica, Ph.D.nanotechnologieHomogenní nukleace a následný růst superkritických klastrů aerosolů je důležitý fenomén zasahující do mnoha oblastí lidského zájmu, jako je například lidské zdraví nebo zemské klima. Z těchto důvodů jsou mechanizmy vzniku aerosolů předmětem experimentálních a teoretických studií už mnoho let. Přes tyto veškeré snahy však tento jev nebyl zcela vysvětlen a získané výsledky založené na klasické teorii nukleace mají pouze kvalitativní relevanci. Cílem této práce je popsat generaci aerosolů vybraných alkoholů v laboratorních podmínkách na základě počítačových simulací popisujících ochlazování par teplotním gradientem v difúzní komoře s laminárním tokem.
Chemická depozice nanovrstev heteroboranů na povrchy různých materiálůBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Václav Šícha, Ph.D.Doc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.experimentální chemie a fyzikaDosud velmi málo prozkoumanou oblastí povrchově aktivních materiálů tvoří materiály s deponovanou nanovrstvou primárně hydrofobních anorganických klastrových boranů a heteroboranů. Jde o látky velmi stálé chemicky, tepelně, v UV a gama záření, se selektivní antimikrobiální aktivitou, selektivně inhibující některé klíčové virové nebo lidské enzymy nebo fungují jako činidla pro extrakci kationtů radionuklidů. Úkolem studenta/studentky bude chemickými reakcemi navázat předložené heteroborany na povrchy různých, zejména anorganických materiálů. Připravené vzorky bude charakterizovat metodou stanovení kontatního úhlu, popřípadě dalšími metodami. Připravené vzorky budou předány spolupracovníkům pro jejich následnou charakterizaci, např. XRF, XPS, AFM, antimikrobiální nebo katalytické testy ap..
Nanokompozitní membrány polymerní nanovlákno/nanočástice kovůBakalářská práceMgr. Petr Ryšánek, PhDnanotechnologiePolymerní nanovlákenné membrány dekorované nanočásticemi kovů budou připravované pro záchyt a zpětné využití vodíku. Bude využito zvlákňující zařízení na PřF UJEP v Klíšské. Charakterizace membrán a testování účinnosti bude provedeno na PřF UJEP.
Mikrostrukturování polymerů s využitím fokusovaných iontových svazkůBakalářská prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.Mgr. Petr Malinský, PhD.nanotechnologieIontový mikrosvazek umožňuje fokusovat svazky iontů (He, H, O, C) na velikost menší než 1 mikrometr a je k dispozici u urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR. Zde budou prováděny experimenty s vytvářením mikrostruktur ve specifických polymerech s nanočásticemi připravených metodou spin coating. Iontová litografie v takových nanokompozitech je perspektivní pro aplikace v mikroelektronice, optice, ale také pro bioaplikace. Polymery a polymerní kompozity s nanočásticemi budou připravovány v rámci práce metodou spin coating a dále mikrostrukturovány ve spolupráci s ÚJF AV ČR a dále analyzovány iontovými analytickými metodami (RBS, ERDA), elektronovou mikroskopií SEM, AFM, Ramanovskou spektroskopií a dalšími metodami ve spolupráci s VŠCHT Praha a UJEP.
Příprava mikrostruktur v materiálech na bázi uhlíku pro senzorické aplikace metodou iontové litografieDiplomová prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.Mgr. Petr Malinský, PhD.nanotechnologieIontová litografie umožňuje vytvářet přímo mikrostruktury v radiačně citlivých materiálech např. polymerech, kompozitech polymerů s grafénovými částicemi, případně v materiálech na bázi grafénu. Komplexní 3D mikrostruktury lze vytvářet 3D iontovou litografií v laboratoři Tandetronu v ÚJF AV ČR. Mikrosvazek umožňuje fokusovat svazky iontů (He, H, O, C) na velikost menší než 1 mikrometr a kombinovat různé typy iontů. Kompozity s grafénem a polymery budou připravovány v rámci práce metodou spin coating a dále mikrostrukturovány s cílem vytvořit perspektivní struktury s velkou mírou přesnosti, kvality mikrostruktur a následně testovat jejich senzorické vlastnosti pro detekci plynů na testovacím zařízení pro měření elektrických a senzorických vlastností v ÚJF AV ČR a dále analyzovány iontovými analytickými metodami (RBS, ERDA), elektronovou mikroskopií SEM, AFM, Ramanovskou spektroskopií, XPS a dalšími metodami ve spolupráci s VŠCHT a UJEP.
Strukturální změny v krystalických materiálech po iontovém ozáření ve spojitosti s optickými vlastnostmiDiplomová prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.Mgr. Petr Malinský PhD.nanotechnologieIontová implantace s využitím energetických iontů urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR je univerzální metoda pro přípravu nanostrukturovaných materiálů v nejrůznějších typech substrátů. ZnO je v současnosti nejstudovanější polovodičový materiál, jehož modifikace a nanostrukturování je perspektivní pro optoelektronické aplikace. Budeme studovat modifikaci struktury a optických vlastností, vnitřní morfologie ZnO monokrystalů, nanotyček a nanopilířů dopovaných ionty vzácných kovů (Au, Ag, Cu atd.) za účelem vytvoření kovových nanočástic. Vzniklý systém krystalického pole s nanočásticemi, případně nanokrystaly s nanočásticemi mohou vykazovat nové optické nelineární vlastnosti a bio-senzorické vlastnosti, které budou následně testovány. Prvkové složení a strukturní modifikace bude zkoumána Iontovými analytickými metodami (RBS-C, ERDA), rentgenovskou difrakcí (XRD) a Ramanovskou spektroskopií, dále optické vlastnosti luminiscenčními metodami, optickou spektroskopií. Zvláště bude kladen důraz na evaluaci výsledků metody RBS-kanálování a simulace programem FLUX průchodu iontů modifikovanou strukturou krystalu po iontové implantaci.
Nanočástice pro biologické aplikace; Nanoparticles for biological applicationsDisertační práceIng. Kamil Lang, CSc., DSc.Kaplan Kirakci, PhDr.nanotechnologieSingletový kyslík je reaktivní, cytotoxická molekula s krátkou dobou života. Vzniká přenosem energie z excitované molekuly fotosensitizátoru na molekulu kyslíku. Limitujícím faktorem pro aplikace ve fotodynamické terapii rakoviny je omezený průchod viditelného světla tkáněmi, který snižuje účinnost ničení nádorů, které jsou umístěny hlouběji v těchto tkáních. Proto jsme zahájili výzkum nového typu sloučenin, tzv. radiosensitizátorů (RSs), které lze excitovat rentgenovým zářením. Jedná se o sloučeniny založené na struktuře molybdenových klastrových komplexů. Tento přístup zvyšuje účinnost excitačního procesu, protože průnik rentgenového záření do tkáně nemá prakticky žádná omezení. Cílem disertační práce bude vyvinout nové funkční komplexy a jejich nanočástice, popsat jejich fotochemické vlastnosti a modifikace pro preferenční internalizaci v rakovinových buňkách. Experimentální práce budou převážně probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AVČR v Řeži.

Singlet oxygen, a short-living, highly oxidative, and cytotoxic species, is generated via energy transfer from an excited molecule of a photosensitizer to an oxygen molecule. A limiting factor for application in photodynamic therapy of cancer is poor transmission of visible light by tissues that reduces the efficiency of tumor destruction when located in deeper tissues. We initiated the research on a new type of photosensitizers that can be directly excited via X-rays, so called radiosensitizers (RSs). These compounds are derived from the structure of octahedral molybdenum cluster complexes. This approach has practically no limitations in the penetration depth in tissues. The aim of the Thesis will be to develop new functional complexes and nanoparticle formulations, and investigate their photophysical properties and modifications for the preferential uptake of RSs in tumor cells. Experimental work will be predominantly performed at the Institute of Inorganic Chemistry of the CAS in Řež.

Intuitivní představy žáků o plynném skupenství látek Diplomová práceEva Hejnovádidaktika fyzikyÚkolem diplomanta bude na základě provedené rešerše literatury (zejména v anglickém jazyce) shromáždit nejčastější intuitivní představy v oblasti plynného skupenství látek a četnost výskytu těchto představ ilustrovat prostřednictvím výzkumu na souboru žáků základních škol a víceletých gymnázií.
Nanostrukturování povrchů materiálů vysokoenergetickými iontyBakalářská prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.nanotechnologieIontová implantace s využitím energetických iontů urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR je univerzální metoda pro přípravu nanostrukturovaných povrchů v nejrůznějších materiálech. Především ionty s vysokým lineárním přenosem energie a větší hmotností umožňují cíleně modifikovat povrch např. polovodičů ZnO, GaN, Si, ale také materiálů na bázi uhlíku (grafén oxid, polymery) a vytvářet žádanou morfologii povrchu, která následně vede k zásadní změně mechanických, optických i senzorických vlastností materiálu. Budeme studovat modifikaci povrchové morfologie, optických, elektrických a mechanických vlastností materiálů (Si, ZnO, GaN, polymery, grafén oxid) pod vlivem ozáření vysokoenergetickými ionty Ag, Au, Si, Cu (s energiemi 10-30 MeV). Výsledné nanostrukturované povrchy budou zkoumány mikroskopickými metodami AFM, SEM a dále iontovými analytickými metodami (RBS-C, ERDA), rentgenovskou difrakcí (XRD) a Ramanovskou spektroskopií, testováním smáčivosti povrchů a optickou spektroskopií.

Intuitivní představy žáků o kapalném skupenství látekDiplomová práceRNDr. Eva Hejnová, Ph.D.didaktika fyzikyÚkolem diplomanta bude na základě provedené rešerše literatury (zejména v anglickém jazyce) shromáždit nejčastější intuitivní představy v oblasti kapalného skupenství látek a četnost výskytu těchto představ ilustrovat prostřednictvím výzkumu na souboru žáků základních škol a víceletých gymnázií.
Modifikace nanotextilií s obsahem grafénových částic iontovými svazky peo aplikace v senzorice a mikroelektroniceDiplomová práce, Disertační prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.Mgr. Petr Malinský, PhD.nanotechnologieChemická modifikace polymerních nanovláken za pomoci grafen oxidu (GO) je v posledních letech atraktivní metodou, která vede k dalšímu zlepšení mechanických a elektrických vlastností připravených nanovláken [4;5]. GO je schopen se svými kyslíkovými vazbami kovalentně navázat na většinu látek, což vede ke zvýšení mechanické odolnosti, pevnosti a propustnosti modifikovaných nanovláken. Na druhou stranu právě kyslík vázaný ve struktuře GO zhoršuje elektrické vlastnosti připravené struktury. Zvýšení vodivosti lze dosáhnout částečnou redukcí GO a vytvořit tak nanovlákna obsahující grafenu podobné struktury. Náš zájem směřuje k modifikaci polymerních nanovláken (PA6, PVDF, PA6/GO, PVDF/GO) pomocí iontů vodíku a uhlíku energiích v řádu MeV. Charakterizace modifikovaných nanovláken, zejména prvkového složení, bude prováděna za pomoci iontových analytických metod (RBS a ERDA), chemická povaha vazeb, vnitřní struktura a její změny budou sledovány a spektroskopickými a difrakčními metodami XPS, XRD a FTIR. Povrchová morfologie před a po modifikaci bude studována metodou elektronovou mikroskopií SEM a změny elektrických vlastností dvoubodovou metodou měření povrchového elektrického odporu. Úkolem práce je vypracovat metodiku reprodukovatelné přípravy nanotextilíí s grafénovými částicemi a cíleným ozařováním iontovými svazky modifikovat a optimalizovat jejich mechanické, elektrické a senzorické vlastnosti, provést rešerši na dané téma, provádět ozařovací experimenty nanovláken různého složení iontovými svazky a dále je charakterizovat výše zmíněnými metodami
Nanostrukturování v krystalických materiálech energetickými iontovými svazky pro nové optické funkční materiály a povrchyDiplomová práce, Disertační prácedoc.RNDr. Anna Macková, PhD.nanotechnologiePříprava nano-struktur metodou iontové implantace a mikrostrukturování fokusovanými iontovými svazky v polovodičích je v současnosti velmi studované a zásadní vědecké téma, neboť nanostrukturované polovodičové struktury vykazují výjimečné optické vlastnosti a současně je snahou připravit komplexní zařízení na sub-nm úrovni pro optoelektroniku. Polovodiče jako Si, diamant a ZnO mohou být mikro/nano strukturovány pomocí fokusovaných iontových svazků. V závislosti na parametrech iontového svazku (energie, tok, hmotnost iontů) probíhají rozdílné procesy v uspořádané krystalické struktuře, kdy může docházet ke tvorbě nanočástic, mikropilířů, mikroobjektů různých tvarů. Současně se nedávno objevil fenomén rozdílné aktivace dopantu v různých krystalografických orientacích polovodičů. Shift Heavy Ions (SHI) jsou energetické ionty s převládajícím elektronickým brzděním, kde dochází k velkému přenosu energie do hostitelské mřížky, dochází k nárůstu lokální teploty, amorfizaci a vytváření amorfních treků. SHI ozáření polovodičů může vyvolat nezvratné změny v makroskopických vlastnostech, jako jsou chemické, elektronické, elektrické, morfologické, tribologické a optické vlastnosti, způsobené jevy, jako je elektronická excitace, ionizace, kumulace defektů, amorfizace apod. SHI ozařováním lze také modifikovat morfologii již existujících nano-částic v polovodičové matrici vytvořených iontovou implantací s ionty středních energií. Analytická metoda RBS – channeling je založena na kanálování nabité částice v periodickém potenciálu krystalické mřížky, kdy částice prochází mnoha rozptyly pod malými úhly a pohybuje se tak, že výtěžek ve spektru zpětně odražených iontů prudce klesá. Skenováním výtěžku rozptylu v závislosti na úhlu vzhledem k axiální ose kanálu získáme informace o polohách atomů v intersticiálních polohách a přítomnosti defektů v krystalu. Úkolem doktorské práce bude příprava nano-struktur metodou iontové implantace a iontového mikrostrukturování v ZnO, Si a diamantu a charakterizace připravených nano-struktur metodami RBS, RBS – channelling (strukturální a prvková analýza) a dalšími komplementárními metodami (XRD, Ramanovská spektroskopie, fotoluminiscence atd.) ve spolupráci s kolegy z VŠCHT. Na výše zmíněné problematice spolupracujeme s pracovišti VŠCHT Praha, Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf a MTA Debrecen, Maďarsko, kde se předpokládají stáže doktoranda.
Aktivizační metody ve výuce fyzikyBakalářská práceRNDr. Eva Hejnová, Ph.D.didaktika fyzikyCílem bakalářské práce bude popsat základní aktivizační metody ve výuce fyziky a provést výzkum mezi učiteli, v jaké míře tyto metody využívají. Na základě provedeného šetření se pak student zaměří na vybranou aktivizační metodu, k níž vytvoří několik námětů (případně i na základě návrhů oslovených učitelů).
Nanoporézní koordinační polymery na bázi fosfínových kyselin Phosphinic acid based nanoporous coordination polymersDisertační práceRNDr.Jan Demel, PhDIng. Kamil Lang, CSc., DSc.nanotechnologie Projekt je zaměřen na přípravu nových nanoporézních koordinačních polymerů založených na linkerech obsahujících fosfínové kyseliny a testování jejich aplikačního potenciálu např. pro separaci plynů, protonovou vodivost nebo fotofyzikální aplikace. Běžné krystalické nanoporézní koordinační polymery (metal-organic framework, MOF) mají nízkou stabilitu ve vodném prostředí, nebo i v přítomnosti vzdušné vlhkosti. Nedávno jsme v naší laboratoři objevili nový typ MOFů založených na bisfosfínových linkerech, které jsou stabilní i ve vroucí vodě. Cílem práce bude rozvinout tento nový druh koordinačních polymerů a otestování jejich aplikačního potenciálu. Experimentální práce bude probíhat převážně na Ústavu anorganické chemie AVČR v Řeži.
Annotation: The project aims at the development of novel nanoporous coordination polymers based on phosphinic acid linkers and testing their application potentials for gas separation, proton conductivity, or photophysical applications. Commonly, crystalline nanoporous coordination polymers (metal-organic Framework, MOF) are not stable in aqueous environment, or even in the presence of air moisture. Recently, we have in our lab developed new type of MOFs composed of phosphinic acid based linkers that are stable even in boiling water. The aim of the project is to develop this new type of MOFs and testing their application potential. The experimental work will be mostly done at the Institute of Inorganic Chemistry of the CAS in Řež.
Příprava nanočástic pro ukotvení na pevné substráty Preparation of nanoparticles for grafting onto solid surfacesDisertační práceDoc. Ing. Zdeňka Kolská, Ph.DMgr. Monika Benkocká, Ph.DnanotechnologieCílem bude nalézt optimální metody přípravy nanočástic (NPs) některých vybraných kovů s cílem jejich následného roubování na upravené povrchy s cílem získat materiály s antibakteriálními účinky. NPs kovů budou připravovány o různých velikostech, tvarech. Částí práce bude i samotná aktivace a modifikace vhodných substrátů a následné roubování připravených NPs na ně. Jak připravené NPs, tak aktivované a modifikované substráty budou studovány dostupnými technikami (UV-Vis, AFM, SEM, DLS, elektrokinetická analýza, goniometrie, BET, …). Připravené NPs i pevné modifikované a následně NPS roubované substráty budou testovány na antibakteriální aktivitu na vybrané kolonie a u některých povrchů s roubovanými NPs bude též sledován růst a proliferace buněk, např. VSMC, apod.
Annotation:
The aim of this work is development of optimal synthesis of nanoparticles (NPs) of selected metals with the aim their subsequent grafting onto solid substrates. The aim is preparation of materials of antibacterial activity. Metal NPS will be prepared of different size and shapes. The part of this work will be also activation and modification of solid substrates and subsequent grafting of prepared NPs onto them. Either prepared NPs or activated and modified surfaces will be studied by available methods (UV-Vis, AFM, SEM, DLS, electrokinetic analysis, goniometry, BET, …). Prepared NPs and solid substrates modified and grafted with NPs will be studied for antibacterial activity.
Příprava nanostrukturovaných povrchů pro detekci, zachycení a využití CO2 Preparation of nanostructured surfaces for CO2 Detection, Capture and UtilizationDisertační práceDoc. Ing. Zdeňka Kolská, Ph.DMgr. Monika Benkocká, Ph.D.nanotechnologieCílem práce bude nalézt optimální metody přípravy nanostrukturovaných materiálů (zejména polymerů) schopných zachycení CO2. Bude se jednat zejména o kompozitní materiály na bázi polymerů roubovaných vhodnými chemickými látkami.
Připravené materiály budou studovány dostupnými technikami (UV-Vis, AFM, SEM, DLS, elektrokinetická analýza, goniometrie, BET, …).
Na těchto površích bude studována sorpce dusíku a CO2.
Annotation:
The aim of the work will be to find optimal approaches for the preparation of nanostructured materials (especially polymers) capable of capturing CO2. These materials will be especially composite materials based on polymers grafted with suitable chemicals.
The prepared materials will be studied by available techniques (UV-Vis, AFM, SEM, DLS, electrokinetic analysis, goniometry, BET,…).
Nitrogen and CO2 sorption will be studied on these surfaces.
Kompozitní materiály založené na dendrimerech Composite materials based on dendrimersDisertační prácedoc. Ing. Jan Čermák, CScIng. Tomáš Strašák, Ph.DnanotechnologieV poslední době prudce narostl zájem o nové hybridní anorganicko-organické kompozitní materiály. Povaha takových materiálů umožňuje jejich jemnou modifikaci na nanometrové úrovni během přípravy a docílení tak optimálních vlastností pro danou aplikaci. Cílem projektu je příprava kompozitů, kde anorganickou matrici budou tvořit levné vrstevnaté minerály (především montmorillonit) a organickou složkou budou synteticky připravené, vysoce strukturované organické sloučeniny-dendrimery. Tyto sloučeniny budou navrženy tak aby splnily požadavky aplikace zamýšlené pro výsledný materiál. Využití bude směřovat především do oblasti katalýzy a materiálové chemie. Uchazeč bude muset také zvládnout širokou škálu analytických metod, které budou nutné pro charakterizaci (XRD, TGA, IČ, EDX, TEM, MAS NMR atd.). Přestože syntéza dendrimerů bude prováděna na spolupracujícím pracovišti, měl by být uchazeč alespoň stručně obeznámen s metodami jejich přípravy a charakterizace.
Annotation: Recently, a growing interest in new hybrid inorganic-organic composite materials is observed. Their nature is finely modifiable on nanometer scale and thus allows reaching of optimum properties for a given application. The aim of the project is the preparation of nanocomposites in which the inorganic matrix will consist of inexpensive layered minerals (mostly montmorillonite) and the organic component will be represented by synthetic highly structured organic compounds – dendrimers. The design of those compounds will concentrate on fulfilling the needs of application intended for the resulting material. The use of the materials is expected mainly in catalysis and materials chemistry. The candidate will have to master a broad spectrum of analytical methods necessary for characterization (XRD, TGA, IR, EDX, TEM, MAS NMR etc.). The dendrimers will be synthesized at a collaborating institution, despite that, the candidate should be acquainted at least briefly with methods of their preparation and characterization.
Studium biologických účinků nových typů karbosilanových dendrimerů The study of biological effects of new types of carbosilane dendrimersDisertační práceRNDr. Jan Malý, PhDDoc.RNDr. Marek Malý, PhDnanotechnologieCílem práce bude studovat vliv typu, generace a povrchových modifikací polymerních nanočástic, tzv. karbosilanových dendrimerů na interakci s modelovými biologickými membránami (lipozómy, sBLM, buněčné membrány), modelovými buněčnými kulturami a vybranými biomakromolekulami (peptidy, nukleové kyseliny). Ke studiu budou využity dendrimery připravené v laboratořích spolupracujících partnerů (v ČR tak i v zahraničí) s potenciálem jejich biomedicínského využití např. v oblasti cílené dopravy léčiv či diagnostiky. Předpokládá se využití zejména biofyzikálních metod (např. spektro-fluorimetrie, mikroskopie atomárních sil, dynamický rozptyl světla, stanovení elektro-kinetického potenciálu, elektroforéza atp.) a provádění experimentů na modelových buněčných liniích (studium cytotoxicity a transfekce, využití průtokové cytometrie, fluorescenční mikroskopie atp.). Tyto techniky jsou dostupné na pracovišti UJEP. V rámci studia se předpokládá zahraniční stáž na některém ze spolupracujících pracovišť. Práce je finančně podpořena řešeným projektem GAČR.
Annotation: The aim of this project is to study the effect of type, generation and and surface modification of carbosilane denrimeric nanoparticles on interaction with model biological membranes (liposomes, sBLM, cell membranes) and the selected cell cultures biomacromolecules (peptides, nucleic acids). Materials will be prepared with regard to their potential biomedical uses, i.e. in targeted drug delivery and diagnostics and characterized by biophysical methods (e.g. fluorimetry spectroscopy, atomic force microscopy, fluorescence microscopy, dynamic light scattering, the determination of the electro-kinetic potential, electrophoresis) and by cytotoxicity, transfection studies, flow cytometry, etc
Polymerní nanovlákenné funkční membrány pro separaci plynů Polymeric nanofibrous functional membranes for gas separationDisertační práceProf. RNDr. Pavla Čapková, DrScMgr. Petr Ryšánek, PhD nanotechnologieVýzkum bude cílený na vývoj a charakterizaci chemicky modifikovaných polymerních nanovlákenných textilií pro separace plynů se zaměřením na záchyt CO2. Bude provedena optimalizace technologie chemické modifikace a srovnání různých metod zvláknění. Práce bude zahrnovat i screening vhodných modifikujících látek a charakterizaci a testy funkčnosti membrán.
Annotation:
Research will be targeted on the development and characterization of chemically modified polymeric nanofiber textiles for gas separation with a focus on CO2 capture. Optimization of chemical modification technology and comparison of different spinning methods will be performed. The work will also include screening of suitable modifiers and characterization and testing of membrane functionality.
Nanokompozitní nanovlákenné membrány pro záchyt vodíku z odpadních plynů/ Nanocomposite nanofiber membranes for hydrogen capture from waste gasesDisertační práceProf. RNDr. Pavla Čapková, DrScMgr. Petr Ryšánek, PhD nanotechnologieNanokompozity na bázi polymerních nanovláken s ukotvenými nanočásticemi kovů budou připravovány pro záchyt a zpětné využití vodíku z odpadních plynů. Budou hledány nejvhodnější technologie zvláknění (elektrostatické/centrifugální) a technologie plazmo-chemické modifikace nanovláken pro stabilní ukotvení nanočástic. Součástí práce bude charakterizace nanovlákenných membrán a testy jejich stability a funkčnosti.
Annotation:
Nanocomposites based on polymer nanofibers with anchored metal nanoparticles will be prepared for the capture and reuse of hydrogen from waste gases. Research will include the search for the most suitable spinning technology (electrostatic / centrifugal) and plasma treatment of nanofibres for the stable anchoring of the nanoparticles. Important part of the work will be the membranes characterization and functionality tests.
Výzkum moderních materiálů na bázi oxidů pomocí elektronových spektroskopií Research of novel oxide based materials by electron spectroscopiesDisertační prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.DnanotechnologieOxidy jsou materiály se zajímavými vlastnosti se širokým využitím od elektroniky, optiky přes katalýzu a rozklad organických látek. Vlastnosti oxidů výrazně ovlivňují metody přípravy a zejména vzájemné vazby jednotlivých prvků. Cílem práce bude výzkum možností analýzy oxidů kovů různých forem, vrstvy i prášky pomocí elektronových spektroskopií. A také vysvětlení korelací elektronických vlastností s funkčními vlastnostmi.
Annotation: Oxides are interesting materials with properties applicable in electronics, optics, and chemistry of catalysis or decompose of organics. Their properties are strongly influenced by preparations techniques and mainly by interactions between elements. The study will be focused on possibilities of analyses the oxides of various forms (films, powders, etc.) by electron spectroscopies. The correlations between functional properties and electronic states will be found.
Magnetronové naprašování vrstev oxidů pro optické aplikace a senzory Magnetron deposition of oxide coatings for optical applications and sensorsDisertační prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.DnanotechnologieMagnetronové naprašování je univerzální technika pro vytváření tenkých vrstev. V rámci výzkumu budou studovány zajímavé vlastnosti multivrstev a budou porovnány s vlastnosti gradientních vrstev, pro které bude upraven depoziční system (jeden z hlavních úkolů). Vrstvy budou založeny na oxidech kovů. Budou využívány různé plazmové zdroje s napájením DC, RF a pulzním s a bez ICP ionizace and předpětí na substrátu. Mělo by být možné povlakovat i nerovinné prvky. Vytvořené vrstvy budou charakterizovány širokou paletou technik např. SIMS, SEM, TEM, XPS, AES, FTIR, ellipsometry, atd.
Annotation: Magnetron sputtering is versatile technique for thin films deposition. The interesting properties of multicoating systems will be studies and they will be compared to gradient coatings for mainly optical systems. The coatings will be based on metal oxides. To develop a system for gradient coatings depositions will be one of the main topics. The various sputtering sources will be used in DC, RF, pulsed configurations with and without ICP coils and bias substrate. The non-flat substrates uniform coverage should be reached. The coatings will be characterized by multiple techniques (SIMS, SEM, TEM, XPS, AES, FTIR, ellipsometry, etc.).
Studium krystalických materiálů obsahujících nano-částice metodou RBS-channeling Study of crystalline materials containing nano-particles using RBS-channelingDisertační práceDoc. RNDr. Anna Macková, PhDnanotechnologiePříprava nano-struktur metodou iontové implantace je v současné době velmi používaná technologie. Implantace iontů vzácných zemin do krystalických materiálů je progresivní způsob, jak vytvořit materiály s význačnými optickými a luminiscenčními vlastnostmi Aplikace těchto materiálů ve fotonice a spintronice je velmi perspektivní. Analytická metoda RBS – channeling je založena na kanálování nabité částice v periodickém potenciálu krystalické mřížky, kdy částice prochází mnoha rozptyly pod malými úhly a pohybuje se tak, že výtěžek ve spektru zpětně odražených iontů prudce klesá. Skenováním výtěžku rozptylu v závislosti na úhlu vzhledem k axiální ose kanálu získáme informace o polohách atomů v intersticiálních polohách a přítomnosti defektů v krystalu. Úkolem doktorské práce bude příprava nano-struktur metodou iontové implantace, charakterizace připravených nano-struktur metodami RBS, RBS – channeling a simulace výtěžku iontů podél jednotlivých krystalografických orientací s aplikací na strukturní analýzu těchto materiálů. Na výše zmíněné problematice spolupracujeme s pracovišti VŠCHT Praha, Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf a Physical-Technical Institute, Kazan, kde se předpokládají stáže doktoranda.
Annotation: Nano-structure deposition using ion implantation technique is very promising technology nowadays. Rare earth ion implantation into crystalline materials serves as a progressive way to develop new materials with the extraordinary optical and luminescent properties. RBS channeling analytical method is based on the charged particle channeling in the periodic potential of crystalline atom rows. The penetrating ion beam is focused in the forward direction and the back-scattering probability decreases significantly, thus the yield of the back-scattered ions in the spectra is descending function of the incoming beam angle. Following the back-scattered ion yield in dependence to the incoming angle of ions gives us information about the impurity atoms positions, disordered atoms in the interstitials positions etc. The main goal of the proposed work will be the preparation of the nano-structures by means of the ion implantation, characterization of the prepared nano-structures by RBS and RBS channeling and the simulation of ion yields according to the different crystallographic orientations.

Simulace axiálního kanálování v krystalických materiálech a srovnání s experimentálními daty získaných metodami RBS-channeling and PIXE channeling Axial ion channeling simulation in crystalline materials comparing to experimental data obtained from RBS channeling and PIXE channelingDisertační práceDoc. RNDr. Anna Macková, PhD=nanotechnologieAnalytická metoda Rutherford Backscattering Spectrometry – channeling (RBS-channeling) je založena na kanálování nabité částice v periodickém potenciálu krystalické mřížky, kdy částice prochází mnoha rozptyly pod malými úhly a pohybuje se tak, že výtěžek ve spektru zpětně odražených iontů prudce klesá. Skenováním výtěžku rozptylu v závislosti na úhlu vzhledem k axiální ose kanálu získáme informace o polohách atomů v intersticiálních polohách a přítomnosti defektů v krystalu. Pro přesnou interpretaci kanálovacích měření je nezbytné použít simulaci metodou MC (Monte Carlo) založené na aproximaci procesu binárními kolizemi a se započítáním pravděpodobnosti nejbližšího přiblížení částice k rozptylovému centru. Úkolem doktorské práce bude na základě známých a používaných rutin případně existujících programů (FLUX) provádět MC simulace iontového toku, rozdělení hybností a energií iontů podle jednotlivých krystalografických orientací zkoumaných krystalů, generování spekter zpětně odražených iontů v kanálovacím směru pro specifické krystalografické orientace, simulace závislosti výtěžku zpětně odražených iontů na úhlu dopadu iontového svazku (tzv. angulární skeny), polohování dopantů dle tvaru angulárního skenu pro jednotlivé krystalografické orientace v krystalické mřížce zkoumaného materiálu [5-9]. Výsledky simulací budou používány pro interpretaci již získaných dat.
Annotation: RBS channeling analytical method is based on the charged particle channeling in the periodic potential of crystalline atom rows. The penetrating ion beam is focused to the forward direction and the back-scattering probability decreases significantly, thus the yield of the back-scattered ions in the spectra is a descending function of the incoming ion beam angle. Following the back-scattered ion yield in dependence to the incoming angle of ions gives us information about the impurity atoms positions, disordered atoms in the interstitials positions etc. Precise information about the investigated structural changes can’t be provided without the MC simulation, where the binary collisions approximation with the close encounter probability calculation is used. FLUX is a batch of routines, which enables to simulate ion flux, ion momentum and energy for the various crystallographic orientations, enables to generate the spectrum of back-scattered ions in dependence of the incoming ion beam angle (angular scans). Using above mentioned features the positioning of dopants in the crystalline materials can be done. The simulations will be realized for the real data obtained from our previous research.
Funkční nanomateriály pro optiku, fotoniku a spintroniku připravených metodou iontové implantace Functional nanomaterials for optics, photonics and spintronics prepared by ion implantationDisertační práceDoc. RNDr. Anna Macková, PhDnanotechnologiePředmětem doktorské práce je výzkum nových materiálů pro optiku a elektroniku založených na iontové modifikaci a dopaci různých uhlíkových struktur. Sledovány budou nové způsoby dotace těchto struktur z hlediska modifikace materiálu, strukturálních změn a následných elektrických a optických vlastností. Cílem bude i příprava tenkých polymerních, opticky aktivních organických vrstev, charakterizace uhlíkových alotropů po ozáření energetickými ionty. U připravených materiálů bude sledován vliv koncentrace a distribuce dopantů na optické a elektrické vlastnosti. Pro nedestruktivní analýzy připravených vrstev bude použita metoda Rutherfordova zpětného rozptylu iontů (RBS) s dalšími jadernými analytickými metodami (ERDA, PIXE).
Annotation:The main goal of this work will be the study of new, progressive materials for optical applications based on carbon structures. The structural changes, new doping technologies will be used to modify the carbon based structure to get the new optical and electrical properties. The important task will be the preparation of the thin polymeric or carbon based optical active structures. In the prepared structures will be studied the structural changes, compositional changes and dopant profiles using nuclear analytical methods (RBS, ERDA and PIXE) and the consequences of above mentioned to the electrical and optical properties.

Využití iontové mikrosondy k analýzám a modifikacím materiálů Ion microprobe application on characterization and modification of materialsDisertační práceDoc. RNDr. Anna Macková, PhDnanotechnologieJaderné analytické metody na svazcích urychlených iontů mají široké využití při analýzách vzorků tenkých povrchových vrstev, vzorků atmosférických aerosolů, archeologických vzorků, biologických a geologických vzorků a v řadě dalších oblastí. V iontové mikrosondě je svazek urychlených iontů dále fokusován speciální iontovou optikou na velikost menší než 1mikron. Iontový mikrosvazek nabízí jedinečnou možnost laterálního skenování vzorku a provádění kvalitativní a kvantitativní analýzy metodami RBS (Rutherford Backscattering Spektroskopy), PIXE (Particle Induced X-ray Emission), PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) a STIM (Scanning Trasmission Ion Microscopy) s rozlišením menším než 1mikron. Doktorand se bude podílet na rozvoji a implementaci jaderných analytických metod v podmínkách simultánních analýz na širokém svazku i na iontové mikrosondě. Dále se bude zabývat aplikacemi iontové mikrosondy pro modifikaci a analýzu materiálů, rozvojem softwaru pro prvkové mapování s využitím mikrosondy.
Annotation: Nuclear analytical methods have very broad field of applications as the characterization of thin layers, aerosols, archaeological artefacts, biological and geological science application. Ion microprobe is a beam of energetic ions which is focused using special ion optics to the 1 micrometer dimension. Ion microprobe enables us to provide a lateral scanning and to realize a qualitative and quantitative analysis by RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy), PIXE (Particle Induced X-ray Emission), PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) and STIM (Scanning Transmission Ion Microscopy) with lateral resolution better than 1 micron. The main goal of this work will be the development and implementation of nuclear analytical methods under the condition of the simultaneous analysis using either broad or focused ion beam. Further will be work focused on the modification of materials using focused heavy ion beam (Ion Beam Writing) and software development for this task.
Transport nano a mikro částic v průtočných mikrozařízeních určených pro biomedicínské aplikaceDisertační prácedoc. Ing. Jaromír Havlica, Ph.DMgr. Marcel Štofik, Ph.DnanotechnologieV poslední době se velmi intenzivně rozvíjí základní výzkum v oboru biomedicíny a zároveň se rozšiřuje i řada úspěšných aplikací mikrofluidních zařízení využitelných v této oblasti. Zejména rozvoj tzv. soft-litografie, laserové litografie a rychlého prototypování pomocí 3D tisku umožnil rozšířené využívání mikrofluidních zařízení s možností jejich kontinuálního provozu a flexibilitou ovlivňování v nich probíhajících transportních jevů dle potřeb jednotlivých aplikací. Specifičnost mikrofluidních zařízení s sebou přináší široké pole nových možností, které však lze plně využít, pouze pokud je dané zařízení optimalizováno pro danou aplikaci. Dalším specifikem a zároveň komplikací při vývoji a využití průtočných mikrozařízení v bioaplikacích je fakt, že se často manipuluje s vícefázovým systémem tvořeným kapalinou a pevnými částicemi, které jsou na začátku rozptýleny v roztoku, ale v čase spolu interagují, shlukují se nebo pouze vlivem gravitace se mohou usazovat ve spodních částech zařízení. Pevné částice mohou také různými způsoby interagovat s povrchy zařízení. Předložená práce se bude zabývat popisem transportu a chování nano- a mikro-suspenzí v mikrofluidních zařízeních za účelem optimalizace jejich procesního využití. Zkoumané suspenze budou například roztoky obsahující nanovesikuly přírodního původu, tzv. exozomy, buňky, nebo větší objekty jako jsou rybí embrya. Výzkum bude probíhat jak pomocí počítačového modelování, tak v sobě bude zahrnovat rozsáhlou experimentální práci.
Annotation: Recently, basic research in the field of biomedicine has been developing very intensively. Simultaneously, the number of successful applications of microfluidic devices usable in this field has also been increasing. In particular, the development of so-called soft lithography, laser lithography, and rapid prototyping using 3D printing enabled the widespread use of microfluidic devices with the possibility of their continuous operation and the flexibility of influencing the transport phenomena taking place in them, according to the needs of individual applications. Microfluidic devices’ specificity brings a wide range of new possibilities, which, however, can be fully utilized only if the device is optimized for the given application. Another particular complication in the development and use of flow microdevices in bioapplications is that it is often manipulated with a multiphase system consisting of liquid and solid particles, which are initially dispersed in solution. But over time, they interact together, cluster, or only due to gravity may settle in the lower parts of the device. Solid particles can also interact with the surfaces of the device in various ways. The presented work will describe the transport and behavior of nano- and micro-suspensions in microfluidic devices to optimize their operating functionality. The suspensions examined will be, for example, solutions containing nanovesicles of natural origin, so-called exosomes, cells, or larger objects such as fish embryos. The research will be carried out both by computer modeling and extensive experimental work.
Izolace a charakterizace rostlinných nanovesikulů pro biomedicínské aplikace./Isolation and characterization of plant nanovesicles for biomedical applicationsDisertační práceDoc. Milan Gryndler, CScMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieExosómy jsou malé (30–100 nm) membránové nanovesikuly, které jsou sekretovány různými savčími buňkami. Tyto nanovesikuly mohou být přeneseny do sousedních či vzdálených buněk a hrát významnou roli v mezibuněčné komunikaci. V nedávné době byly také pozorovány exosómy a exosómům podobné nanočástice rostlinného původu, které mají strukturu podobnou exosómům savčím. Exosómy zprostředkovávají mezibuněčnou komunikaci tím, že přenášejí svůj biologicky aktivní obsah do vzdálených buněk a tím se podílejí na změnách genové exprese a obsahu lipidů v cílových buňkách. Zdá se, že tyto efekty spočívají v kombinovaném vlivu mitogenních lipidů, signalizačních proteinů a molekul RNA, které jsou přítomny v nanovesikulech. V tekutém prostředí jsou exosómy značně stabilní kvůli omezené degradaci jejich rigidní membrány hydrolytickými enzymy.
Bylo pozorováno, že tyto nanostruktury mohou působit jako biologické efektory i mezidruhově, mezi rostlinami a živočichy (a podle všeho i člověkem) a že mohou modulovat řadu fyziologických procesů. Fyziologický význam exosómů byl prokázán jejich účastí v patologických stavech, jako například v tvorbě rakovinných metastáz a v přenosu patogenních agens u některých neurodegenerativních onemocnění. Pro svou ideální strukturu a další charakteristiky jsou exosómy slibnými klinickými nosiči léčiv. Exosómy jsou vyráběny buňkami za přirozených podmínek, ale aby mohlo být dosaženo jejich účelné modifikace, je třeba dalšího výzkumu. Cílem navrhovaných prací je sumarizace znalostí o možnostech pasivního i aktivního “nabíjení” (plnění) exosómů, o možnostech jejich specifických modifikací a o příkladech aplikace léčiv a zobrazovacích markerů pomocí exosomů.
Annotation: Exosomes are small (30–100 nm) membranous nanovesicles secreted by a variety of mammalian cells. These nanovesicles can be transferred into neighbouring or distant cells and play an important role in intercellular communication. In recent years, plant-derived exosomes and exosome-like nanoparticles (ELNs) have also been shown to have structures similar to those of mammalian exosomes. Exosomes mediate cell-to-cell communication by ferrying their bioactive cargo to distant cells and can facilitate changes in gene expression, as well as the lipid content in the target cells. These effects appear to result from the combined action of mitogenic lipids, signalling proteins, and RNAs present in the vesicles. They are quite stable in biological fluids owing to a rigid membrane that helps prevent degradation by hydrolytic enzymes.
The findings reveal that the nanoparticles can act as biological effectors across species, from plants to animals (and presumably humans), and that they can modulate physiological processes. Exosomes’ physiological importance is evidenced by their involvement in disease processes such as cancer metastasis and transmission of pathogenic agents in neurodegenerative diseases. Because of their ideal native structure and characteristics, exosomes are promising nanocarriers for clinical use. Exosomes are engineered at the cellular level under natural conditions, but successful exosome modification requires further exploration. The focus of the proposed work is to summarize passive and active loading approaches, as well as specific exosome modifications and examples of the delivery of therapeutic and imaging molecules.
Příprava bimetalických nanočástic v krystalických materiálech pomocí iontových svazkůDiplomová práce, Disertační prácedoc.RNDr. Anna Macková, PhD.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem projektu je modifikace vlastností krystalických polovodičů pomocí bimetalických nanočástic připravených metodou iontové implantace. Nanostrukturování materiálů pomocí nanočástic kovů je vzhledem k jejich vlastnostem v současné době velmi perspektivní problematika. Významná je zejména modifikace polovodičových materiálů využívaných v optice a elektronice. Důležitými materiály jsou především wurtzitové krystaly nitrid galitý (GaN) a oxid zinečnatý (ZnO). Oba dva se řadí mezi polovodiče s přímým a poměrně širokým zakázaným pásem a vysokou vazebnou energií excitonů. Díky těmto vlastnostem mají GaN a ZnO význačné optické vlastnosti, které se dají využít zejména v oblasti svítivých diod, laserů, detektorů, solárních článků, nebo pak pro přípravu různých senzorů a biosenzorů.Nanostrukturování pomocí kovových nanočástic umožňuje modulovat optické vlastnosti polovodičů a rozšířit potenciál jejich využití v aplikacích využívajících oblast viditelného světla. Nanočástice zlata a stříbra (Au-NPs a Ag-NPs) pak představují specifickou skupinu kovových částic, které vynikají díky silné povrchové plazmonové rezonanci (SPR) právě v oblasti viditelného světla. SPR způsobuje specifické chování materiálu při ozáření světlem, jako je například silná absorbance záření v určitých oblastech spektra vlnových délek, která se odvíjí od velikosti, ale i povahy nanočástic. V současnosti se dále ukazuje, že nanočástice kombinující několika různých kovů (například Ag/Au, Ag/Pt, Au/Pt, Au/Ni) značně ovlivňují výsledné optické vlastnosti materiálu a můžou být použita pro jemnou modulaci SPR, kdy je možné ovlivnit pozici i tvar SPR maxima v širokém rozmezí vlnových délek viditelného světla. Takovéto bimetalické nanočástice mohou vytvářet tři typy struktur a to směs monometalických nanočástic, nanočástice tvořené slitinou použitých kovů (alloy-like) a core-shell nanočástice, kdy jeden kov tvoří jádro a je obklopen atomy druhého kovu. Různé typy nanočástic vykazují odlišné vlastnosti, nicméně otázka přípravy specifického typu není stále kompletně vyřešena a je ovlivněna spoustou různých faktorů, jako je například mísitelnost jednotlivých kovů, poměr jednotlivých prvků a způsob přípravy. Cílem práce bude příprava bi-metalických částic v ZnO a GaN iontovou implantací s využitím urychlovače tandetron v ÚJF AVČR, ve spolupráci s HZDR Dresden-Rossendorf, Německo a charakterizace bude prováděna iontovými analytickými metodami RBS-C, ERDA, elektronovou mikroskopií SEM, TEM a AFM, dále optickou spektroskopií, luminiscenčními metodami a rentgenovskou difrakcí a dalšími metodami ve spolupráci s VŠCHT a UJEP.
Tenké vrstvy plazmových polymerůBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jindřich Matoušek, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaStudent se seznámí s depozičními technikami s pomocí plazmatu. Bude samostatně provádět depozice plazmových polymerů na vakuové aparatuře a následně provádět analýzu vytvořených tenkých vrstev různými analytickými metodami.
Plazmatické modifikace práškových materiálů či osivBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jindřich Matoušek, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaStudent se seznámí s plazmatickými modifikacemi materiálů. Modifikace práškových materiálů či osiv pak budou prováděny v tubulárním reaktoru (tzv. vznosový reaktor). Následně bude na vzorcích student provádět analýzy různými analytickými technikami.
Počítačové modelování nanokompozitních strukturBakalářská práce, Diplomová práce, Disertační práceprof. RNDr. Stanislav Novák, CSc.počítačové modelování, nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je studium vlastností nanokompozitních vrstev s použitím metod počítačové fyziky. Těžiště bude ve studiu struktury a morfologie vrstev.
Použití metody Voronoi tessellation pro rekonstrukci tlustých vrstevBakalářská práceprof. RNDr. Stanislav Novák, CSc.počítačové modelováníINFO u vedoucího práce
Porovnání metod pro náhodné generování objektůBakalářská práceprof. RNDr. Stanislav Novák, CSc.počítačové modelováníProblém spočívá v tom, že při generování náhodných struktur, které jsou více zaplněné, se od jisté fáze nepodaří umístit další velký náhodně generovaný objekt do této struktury a výpočet končí. Jedná se o struktury tvořené např. z kulových objektů. Obchází se to obvykle tím, že se objekty generují předem do zásobníku a pak se teprve umísťují do struktury od největšího po nejmenší. Nedojde ale tímto postupem k porušení původně předpokládané náhodnosti rozdělení?

Cílem práce bude porovnat různé metody generování nejprve dvourozměrných náhodných struktur, tedy generovat na ploše náhodně kruhové objekty s nějakým předem definovaným rozdělením poloměrů. K tomu bude potřeba zvolit vhodnou metodu pro hodnocení náhodnosti. Výsledkem bude potvrzení nebo vyvracení toho, že náhodnost se tímto postupem nemění.

Práce má teoretický charakter, řeší důležitý problém v oblasti počítačové fyziky, je ale důležitý i pro jiné oblasti využívající náhodné generování struktur.
Rekonstrukce velikostí objektů ve struktuře na základě jednoho řezuDiplomová práce, Disertační práceprof. RNDr. Stanislav Novák, CSc.doc. RNDr. Dušan Novotný, CSc.počítačové modelováníS využitím integrální transformace (náročnější na matematické znalosti) a metodou postupné počítačové rekonstrukce na základě statistiky řezů analyzovat statistické rozdělení velikostí objektů ve 3D struktuře na bázi jediného náhodného řezu strukturou.

Na rozdíl od tomografických metod se zde využívá pouze jediný řez a provádí se statistická rekonstrukce náhodné struktury.
Počítačové modelování elektrických vlastností nanokompozitních vrstevDiplomová práce, Disertační práceprof. RNDr. Stanislav Novák, CSc.počítačové modelování, nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je studium transportu náboje kompozitní strukturou v okolí perkolačního prahu s využitím metod počítačové fyziky. Bude studován vliv různých parametrů na elektrické chování kompozitu. Výsledky bude možné porovnat s reálnými strukturami.
3D rekonstrukce kompozitních vrstev na základě řezůDiplomová práce, Disertační práceprof. RNDr. Stanislav Novák, CSc.počítačové modelováníStudovat možnosti, jak na základě jediného dvourozměrného řezu kompozitní strukturou zjistit informace o rozdělení objektů ve třírozměrné struktuře, o statistickém rozdělení velikostí objektů a další vlastnosti, a to s využitím metod počítačového modelování. Pro 3D rekonstrukce lze využít stereologické postupy, metodu integrální transformace a další metody. Zabývat se strukturami s kulovými i nekulovými objekty. Další informace: Jedná se o skupinu témat vhodných i pro několik doktorandů. Některé partie vyžadují dobré znalosti matematiky.

3D rekonstrukce kompozitních vrstev na základě tlustých řezůDiplomová práce, Disertační práceprof. RNDr. Stanislav Novák, CSc.počítačové modelováníAnalyzovat vliv tloušťky tzv. tlustého řezu na rekonstrukci prostorového rozdělení objektů v kompozitní vrstvě. K analýze využít vhodné metody matematické morfologie. Kompozitní vrstva je dvoufázová, jedna fáze vytváří kulové objekty rozprostřené s různou náhodností, koule jsou stejného průměru nebo jejich průměry mají Gaussovo rozdělení.

Cílem je vyvinout vhodné metody pro exaktní popis morfologie kompozitních vrstev, aby mohly být následně zkoumány relace mezi elektrickými (mechanickými, optickými) vlastnostmi a jejich morfologií.
Morfologická analýza složitých dvourozměrných strukturDisertační práceprof. RNDr. Stanislav Novák, CSc.počítačové modelováníPřipravit různé modelové zrnité struktury s neúplnou informací o hranicích zrn. Na základě těchto připravených modelů testovat možnosti využití fraktální analýzy pro vyhodnocení zrnité struktury, spolehlivost a chybovost těchto metod a jejich validitu.
Molekulární simulace jednoduchých tekutin v modelových nanopórechBakalářská práceProf. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníPokud bychom se zmenšili na velikost nanometrů a vstoupili do světa mikropórů (<2nm) a mesopórů (2-50nm), viděli bychom, že vlastnosti tekutin se výrazně liší od vlastností jak je známe v objemové fázi. Voda v uhlíkových nanopórech by se například vařila při teplotě nižší než 100oC a zamrzala při teplotě hluboko pod 0oC. Výrazné a často kontraintuitivní změny vlastností tekutin v nanoprostoru jsou způsobeny atomárními silami mezi tekutinou a atomy, které tvoří povrchy nanopórů. Důsledkem dominujících molekulárních interakcí mezi tekutinou a nanopóry je nehomogenost hustoty tekutin, která spolu s molekulárními interakcemi mezi tekutinou a nanopóry vede ke změně strukturních, termodynamických a transportních vlastností jako i ke specifickému fázovému chování tekutin v nanoprostoru. Molekulární simulace pomocí Monte Carlo (MC) metod a metod molekulární dynamiky (MD) jsou ideálním nástrojem zkoumání chování tekutin v nanoprostoru a mohou nahradit či doplnit reálný experiment.
V rámci bakalářské práce se nejdříve naučíte simulovat jednoduché tekutiny tvořené jednoatomovými molekulami či víceatomovými rigidními molekulami v modelových nanopórech (slity, cylindrické póry) pomocí MC a MD metod. Pomocí molekulárních simulací pak budete studovat strukturní, termormodynamické a transportní vlastnosti jako i fázové chování jednoduchých tekutin a jejich směsí v modelových nanopórech. To zahrnuje:
a) adsorpci jednoduchých tekutin v modelových mikropórech a mesopórech,
b) strukturu a samo-difuzi jednoduchých tekutin v modelových mikropórech a mesopórech,
c) transport jednoduchých tekutin v modelových mikropórech a mesopórech.
Molekulární simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS, towhee, Cassandra) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Molekulární simulace tekutin v nanopórechDiplomová práceProf. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníPokud bychom se zmenšili na velikost nanometrů a vstoupili do světa mikropórů (<2nm) a mesopórů (2-50nm), viděli bychom, že vlastnosti tekutin se výrazně liší od vlastností jak je známe v objemové fázi. Voda v uhlíkových nanopórech by se například vařila při teplotě nižší než 100oC a zamrzala při teplotě hluboko pod 0oC. Výrazné a často kontraintuitivní změny vlastností tekutin v nanoprostoru jsou způsobeny atomárními silami mezi tekutinou a atomy, které tvoří povrchy nanopórů. Důsledkem dominujících molekulárních interakcí mezi tekutinou a nanopóry je nehomogenost hustoty tekutin, která spolu s molekulárními interakcemi mezi tekutinou a nanopóry vede ke změně strukturních, termodynamických a transportních vlastností jako i ke specifickému fázovému chování tekutin v nanoprostoru. Molekulární simulace pomocí Monte Carlo (MC) metod a metod molekulární dynamiky (MD) jsou ideálním nástrojem zkoumání chování tekutin v nanoprostoru a mohou nahradit či doplnit reálný experiment.
V rámci diplomové práce se nejdříve naučíte simulovat reálné tekutiny tvořené nepolárními i polárními rigidními a semi-rigidními molekulami v nanopórech jakými jsou slity, vícevrstvé slity a cylindrické póry pomocí MC metod a metod rovnovážné a nerovnovážné MD. Pomocí molekulárních simulací pak budete studovat strukturní, termormodynamické a transportní vlastnosti jako i fázové chování reálných tekutin a jejich směsí v nanopórech. To zahrnuje:
a) adsorpci tekutin (např. grandkanonické MC simulace krátkých alkanů a CO2 v uhlíkových či minerálních nanopórech),
b) struktura a samo-difuzi tekutin (např. MD simulace krátkých alkanů a CO2 v uhlíkových či minerálních nanopórech, MD simulace vodných roztoků elektrolytů v grafenových nanopórech),
c) transport tekutin (např. nerovnovážné MD simulace krátkých alkanů a CO2 v uhlíkových či minerálních nanopórech, nerovnovážné MD simulace vodných roztoků elektrolytů v grafenových nanopórech).
Molekulární simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS, towhee, Cassandra) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Molekulární simulace tekutin v nanoporézních materiálechDisertační práceProf. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníPokud bychom se zmenšili na velikost nanometrů a vstoupili do světa mikropórů (<2nm) a mesopórů (2-50nm), viděli bychom, že vlastnosti tekutin se výrazně liší od vlastností jak je známe v objemové fázi. Voda v uhlíkových nanopórech by se například vařila při teplotě nižší než 100oC a zamrzala při teplotě hluboko pod 0oC. Výrazné a často kontraintuitivní změny vlastností tekutin v nanoprostoru jsou způsobeny atomárními silami mezi tekutinou a atomy, které tvoří povrchy nanopórů. Důsledkem dominujících molekulárních interakcí mezi tekutinou a nanopóry je nehomogenost hustoty tekutin, která spolu s molekulárními interakcemi mezi tekutinou a nanopóry vede ke změně strukturních, termodynamických a transportních vlastností jako i ke specifickému fázovému chování tekutin v nanoprostoru. Molekulární simulace pomocí Monte Carlo (MC) metod a metod molekulární dynamiky (MD) jsou ideálním nástrojem zkoumání chování tekutin v nanoprostoru a mohou nahradit či doplnit reálný experiment.
V rámci disertační práce se nejdříve naučíte simulovat reálné tekutiny tvořené flexibilními molekulami v nanopórech porézních materiálů (hierarchické zeolity, aktivní uhlí, grafén, břidlice) pomocí MC metod a metod rovnovážné a nerovnovážné MD. Pomocí molekulárních simulací pak budete studovat strukturní, termormodynamické a transportní vlastnosti jako i fázové chování reálných tekutin a jejich směsí v nanoporézních materiálech. To zahrnuje:
a) adsorpci tekutin (např. grandkanonické MC simulace alkanů a CO2 v porézních materiálech s uhlíkovými či minerálními nanopóry),
b) strukturu a samo-difuzi tekutin (např. MD simulace alkanů a CO2 v porézních materiálech s uhlíkovými či minerálními nanopóry, MD simulace vodných roztoků elektrolytů v grafenových nanoporézních elektrodách),
c) transport tekutin (např. nerovnovážné MD simulace alkanů a CO2 v porézních materiálech s uhlíkovými či minerálními nanopóry, nerovnovážné MD simulace vodných roztoků elektrolytů v grafenových nanoporézních elektrodách).
Molekulární simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS, towhee, Cassandra) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od doktoranda se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Mesoskopické simulace samo-organizovaných nanostruktur blokových kopolymerůBakalářská práceProf. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníBlokové kopolymery jsou tvořeny nekompatibilními, kovalentně spojenými polymerními bloky. Blokové kopolymery mají schopnost se samo-organizovat do nanostruktur s různou morfologií: cylindrické, gyroidní a lamelární struktury. Morfologie nanostruktur závisí na poměru délek polymerních bloků, architektuře blokových kopolymerů a míře nekompatibility bloků. Mesoskopické simulace založené na disipativní částicové dynamice (DPD) jsou ideálním nástrojem predikce morfologie samo-organizovaných nanostruktur blokových kopolymerů. DPD simulace lze tedy použít jako komplementární nástroj při syntéze reálných blokových kopolymerů s cílenou morfologií nanostruktur.
V rámci bakalářské práce se nejdříve naučíte simulovat blokové kopolymery pomocí DPD. Pomocí mesoskopických simulací pak budete studovat a charekterizovat morfologii samo-organizovaných nanostruktur blokových kopolymerů. To zahrnuje:
a) cylindrické nanostruktury v rovnováze a mimo rovnováhu,
b) lamelární nanostruktury v rovnováze a mimo rovnováhu,
c) gyroidní nanostruktury.
DPD simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (DL_MESO, LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Mesoskopické simulace samo-organizovaných nanostruktur roztoků amfifilních molekul v objemové fázi a na fázových rozhraníDiplomová práceProf. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníAmfifilní molekuly, typicky surfaktanty, se skládají z části hydrofilní, představované polární skupinou, a z části hydrofobní, typicky tvořené uhlíkovým řetězcem. Amfifilní molekuly ve vodě mají schopnost v závislosti na jejich koncentraci se samo-organizovat do nanostruktur s různou morfologií: asociativní micely, cylindrické, gyroidní a lamelární struktury. Přidáním uhlovodíkových molekul do vodných roztoků amfifilních molekul se dosáhne preference lamelární morfologie. Amfifilní molekuly mají dále schopnost se hromadit na fázovém rozhraní (např. voda-vzduch či voda-olej), kde snižují mezifázové napětí. Mesoskopické simulace založené na disipativní částicové dynamice (DPD) jsou ideálním nástrojem predikce morfologie samo-organizovaných nanostruktur amfifilních molekul. DPD simulace lze tedy použít jako komplementární nástroj při syntéze reálných amfifilních molekul s cíleným samo-organizovaným chováním.
V rámci diplomové práce se nejdříve naučíte simulovat roztoky amfifilních molekul pomocí DPD. Pomocí mesoskopických simulací pak budete studovat a charekterizovat morfologii samo-organizovaných nanostruktur amfifilních molekul v roztocích a chování amfifilních molekul na fázových rozhraní. To zahrnuje:
a) asociativní micelizace surfaktantů ve vodě v rovnováze a mimo rovnováhu,
b) lamelární nanostruktury tvořené vodnými roztoky surfaktantů a alkanů,
c) surfaktanty na rozhraní dvou nemísitelných tekutin,
d) realistická dynamika mesoskopických modelů.
Mesoskopické simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (DL_MESO, LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Mesoskopické simulace samo-organizovaných nanostruktur roztoků amfifilních molekul v nanopórech a na pevných površíchDisertační práceProf. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníAmfifilní molekuly, typicky surfaktanty, se skládají z části hydrofilní, představované polární skupinou, a z části hydrofobní, typicky tvořené uhlíkovým řetězcem. Amfifilní molekuly ve vodě mají schopnost v závislosti na jejich koncentraci se samo-organizovat do nanostruktur s různou morfologií: asociativní micely, cylindrické, gyroidní a lamelární struktury. Samo-organizované chování vodných roztoků amfifilních molekul se může výrazně změnit v nanopórech nebo na rozhraní s pevnými povrchy. Důsledkem hydrofilních a hydrofobních interakcí mezi molekulami roztoku a pevným povrchem je vznik specifických povrchově-indukovaných samo-organizovaných nanostruktur. Mesoskopické simulace založené na disipativní částicové dynamice (DPD) jsou ideálním nástrojem predikce morfologie samo-organizovaných nanostruktur amfifilních molekul v nanoprostoru. DPD simulace lze tedy použít jako komplementární nástroj při syntéze reálných amfifilních molekul s cíleným samo-organizovaným chováním v nanoprostoru.
V rámci disertační práce se nejdříve naučíte simulovat roztoky amfifilních molekul v nanopórech nebo na rozhraní s pevnými povrchy pomocí DPD. Pomocí mesoskopických simulací pak budete studovat a charekterizovat morfologii samo-organizovaných nanostruktur amfifilních molekul v nanoprostoru. To zahrnuje:
a) samo-organizace vodných roztoků amfifilních molekul v hydrofilních a hydrofobních nanopórech v rovnováze a mimo rovnováhu,
b) asociativní micelizace surfaktantů v objemová fázi a na rozhraní s hydrofilními a hydrofobními pevnými povrchy,
c) interakce surfaktantů s pevnými povrchy modifikovanými polymerními kartáči,
d) interakce iontových surfaktantů a mastných alkoholů s pevnými povrchy modifikovanými polymerními kartáči v rovnováze a mimo rovnováhu.
Mesoskopické simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (DL_MESO, LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od doktoranda se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Mesoskopické simulace odezvy energetických materiálů na vnější impulzyDiplomová práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníEnergetické materiály (EM) jsou heterogenní systémy, jejichž chemická přeměna je provázena uvolňováním energie (exotermický rozklad či reakce). Působením vnějších impulzů, jakými jsou např. lokální skokové ohřátí nebo tlakové rázy, uvolňují EM energii nezávisle na okolí. Rychlost a množství uvolněné energie (detonace) závisí na chemické podstatě a struktuře EM. Iniciace detonace probíhá v řádech několika femtosekund, fragmentace molekul je ukončena v řádech několika pikosekund a rychlost detonace může dosahovat až několik kilometrů za sekundu. Experimentální studium mechanismu průběhu detonace je krajně obtížné. Běžný přístup termodynamiky je v těchto případech nepoužitelný, neboť jde v podstatě o nerovnovážný děj, u kterého se dá určit jen výchozí a konečný stav. Při studiu těchto rychlých detonačních dějů se proto využívají mesoskopické simulace pomocí metod disipativní částicové dynamiky při konstatní energii (GenDPDE).
V rámci diplomové práce se nejdříve naučíte simulovat EM pomocí GenDPDE. Pomocí mesoskopických simulací pak budete studovat a charekterizovat časovou odezvu modelů EM na vnější impulzy. To zahrnuje:
a) GenDPDE simulace skokového adiabatického ohřevu modelů EM,
b) GenDPDE simulace tlakových rázů v modelech EM,
c) GenDPDE simulace vlivu heterogenit v modelech EM na jejich odezvu na vnější impulzy.
Počítačové simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Počítačové simulace odezvy energetických materiálů na vnější impulzyDisertační práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníEnergetické materiály (EM) jsou heterogenní systémy, jejichž chemická přeměna je provázena uvolňováním energie (exotermický rozklad či reakce). Působením vnějších impulzů, jakými jsou např. lokální skokové ohřátí nebo tlakové rázy, uvolňují EM energii nezávisle na okolí. Rychlost a množství uvolněné energie (detonace) závisí na chemické podstatě a struktuře EM. Iniciace detonace probíhá v řádech několika femtosekund, fragmentace molekul je ukončena v řádech několika pikosekund a rychlost detonace může dosahovat až několik kilometrů za sekundu. Experimentální studium mechanismu průběhu detonace je krajně obtížné. Běžný přístup termodynamiky je v těchto případech nepoužitelný, neboť jde v podstatě o nerovnovážný děj, u kterého se dá určit jen výchozí a konečný stav. Při studiu těchto rychlých detonačních dějů se proto využívají počítačové simulace pomocí metod reaktivní molekulární dynamiky (ReaxFF-MD) a disipativní částicové dynamiky při konstatní energii (GenDPDE).
V rámci disertační práce se nejdříve naučíte simulovat EM pomocí ReaxFF-MD a GenDPDE. Pomocí počítačových simulací pak budete studovat a charekterizovat časovou odezvu modelů EM na vnější impulzy. To zahrnuje:
a) ReaxFF-MD a GenDPDE simulace skokového adiabatického ohřevu modelů EM,
b) ReaxFF-MD a GenDPDE simulace tlakových rázů v modelech EM,
c) ReaxFF-MD a GenDPDE simulace vlivu heterogenit v modelech EM na jejich odezvu na vnější impulzy.
Počítačové simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Antifouling povlaky na LOC kompatibilních materiálechBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jindřich Matoušek, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je příprava a optimalizace tenkých vrstev na různé substráty s antifouling vlastnostmi.
Vysoce hydrofobní povrchy na materiálech kompatibilních s lab-on-a-chip (LOC )Bakalářská práce, Diplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je výzkum a příprava tenkých vrstev s super hydrofobními vlastnostmi na různé substráty běžné v biočipech.
HIPIMs naprašování tenkých vrstev pro povlakování prostorových strukturDiplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je výzkum v oblasti aplikací metody naprašování tenkých vrstev metodou HIPIMS, práce bude zaměřena na základní postupy vytváření kovových a oxidových povlaků na ploché modelové i strukturované vzorky.
Výzkum moderních materiálů na bázi oxidů pomocí elektronových spektroskopiíBakalářská práce, Diplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je zvládnutí metod elektronové spektroskopie se zaměření na oxidy kovů.
Magnetronové naprašování transparentních vodivých oxidů bez IndiaBakalářská práce, Diplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je příprava tenkých vrstev na bázi oxidů kovů s dobrými elektrickými i optickými vlastnosti a to zejména na teplotně citlivé substráty, pro aplikace v flexibilní elektronice a podobně.
Příprava mikro-senzorů a mikro-kondenzátorů na bázi polymerů a grafen oxidu iontovou litografiíBakalářská prácePetr Malinskýnanotechnologie, experimentální fyzikaZávěrečná práce bude zaměřena na přípravu kondenzátoru podobných struktur v povrchových vrstvách grafen oxidu a polymerů metodou přímé iontové litografie (bez použití masky). Vybrané nevodivé fólie budou ozařovány v Ústavu jaderné fyziky AVČR, v.v.i svazky lehkých a středně těžkých iontů s rozlišením v řádu mikrometrů. Toto iontové záření v nevodivé matrici vede ke karbonizaci/deoxidaci/dehydrogenaci, což lokálně zvýšuje vodivost modifikovaných částí. Ozářené vodivé části pak mohou fungovat jako elektrody kondenzátoru/senzoru a neozářené části jsou dielektrikem. Po ozáření lze studovat změny v prvkovém složení, elektronové struktuře a povrchových vlastnostech připravených vzorků. Lze měřit elektrické vlastnosti připravených struktur (el. odpor, vodivost, kapacita) a také lze studovat odezvu připravených struktur na změnu okolní atmosféry (vlhkost, plyny, znečištění).
Humor ve fyziceBakalářská práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D.Mgr. Robert Seifertdidaktika fyzikyÚkolem této práce je seznámení se s obecnou teorií humoru (komiky), shromáždění textových i obrazových (cartoons) fyzikálních vtipů z české i zahraniční scény, shromáždění legračních příběhů z dějin fyziky a sestavení tématicky tříděného katalogu humoru ve fyzice.
Entropie na střední školeBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D..didaktika fyzikyHlavními úkoly diplomové práce je popsat entropii z hlediska teorie informace, aplikovat toto pojetí na popis dějů, se kterými se lze při výuce fyziky a chemie na středních školách setkat a vyzkoušet v praxi. Důležitou součástí zadání je i zevrubná kritika tradičního pojetí entropie jako “míry neuspořádanosti soustavy”.
Newtonovy zákony a jejich místo v současném chápání fyzikyBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D.didaktika fyzikyI po třistatřiceti letech je úvodní výklad mechaniky na středních i vysokých školách stále poplatný Newtonovým Principiím. Úkolem studenta je seznámit se s modernějším přístupem, který není založen na pojmu síla, ale jehož primární koncepty tvoří hybnost a energie. Výhodou těchto zachovávajících se veličin oproti pojmu síla, jenž se při postupu k vyšší fyzice prakticky zcela vytrácí, je jejich univerzální užití. Dalším důležitým kladem je jejich matematicky jednoduchá aplikace ve školských úlohách. Cílem práce není snaha o úplné vytlační konceptu síly z výuky, ale ukázání jejího místa v moderním porozumění struktuře fyziky. Hlavním úkolem pak je sestavení textu vhodného pro učitele a jeho vyzkoušení ve školní praxi.
Proč si dnes myslíme, že existují atomyBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D.didaktika fyzikyPo podrobném zmapování historie vývoje představ o atomové struktuře látky a rozboru zásadních experimentů, je hlavním cílem práce sestavit a ověřit postup, kterým lze přesvědčit každého inteligentního člověka o existenci atomové struktury látky a navrhnout středoškolské zpracování tohoto tématu.
Počítačové ilustrace kvantové teorieDiplomová práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D.didaktika fyzikySeznámení se s názorným feynmanovským přístupem ke kvantové teorii a vytvoření jednoduchých počítačových demonstrací ilustrujících tento přístup.
Jakou barvcou svítí semafory?Bakalářská práceMgr. R. Seifertexperimentální fyzika, didaktika fyzikyPřestože vyhláška o dopravě jasně stanoví, že prostřední světlo semaforu je žluté, v praxi se většině účastníků silničního provozu toto světlo jeví jako oranžové.
Cílem práce je:
prozkoumat tento fenomén z hlediska legislativního, provést dotazníkové šetření, proměřit vlnovou délku světla vyzařovaného semaforem/semafory různých umístění a výrobců, porovnat ji s dalšími zdroji, u nichž se lidé shodnou na barvě
Jachting a fyzikaBakalářská práceR. Seifertdidaktika fyzikyCílem práce je nalézt, osvětlit a objasnit fyzikální principy, které jsou využívány při jachtingu.
Fyzikální realita v počítačových hráchBakalářská práceR. Seifertdidaktika fyzikyCílem práce je zmapovat vývoj počítačových her s přihlédnutím ke vztahu tzv. reality herního světa a pravidel, kterými se řídí svět kolem nás, popis metod, kterými počítačové hry simulují fyzikální realitu, vztah těchto metod k metodám používaným v počítačové fyzice a zhodnecení možností využití některých počítačových her ve výuce fyziky na ZŠ či SŠ.
Fyzika s videokamerou a počítačemBakalářská práceR. Seifertexperimentální fyzika, didaktika fyzikyCílem práce je vymyslet, provést, natočit a didakticky zpracovat fyzikální experimenty vztahující se k učivu ZŠ nebo SŠ. Výstupem práce bude série videoklipů vhodných pro počítačovou analýzu pohybů.
Molekulární simulace dendrimerů pro biomedicínské aplikace Bakalářská práce, Diplomová práce, Disertační prácedoc. RNDr. Marek Malý, Ph.D.počítačové modelování, nanotechnologieStudium dendrimerů, dendronů či komplexnějších dendrimerních konjugátů ve vodném prostředí a jejich interakcí s biomolekulami (proteiny, nukleové kyseliny, lipidy), či dalšími medicínsky relevantními molekulami metodou molekulárních simulací. Motivace: využití dendrimerů pro biomedicínské účely (nosiče léčiv, virostatika, baktericidy, bioanalytika). Doporučený termín pro zadání této práce je minimálně rok a půl před plánovanou obhajobou !
Využití evolučních algoritmů a simulovaného žíhání ve vědě a technice Bakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. Marek Malý, Ph.D.počítačové modelováníVyužití těchto optimalizačních algoritmů ve vědě a technice bude demonstrováno na vybraném problému či problémech. Autor vyloží použitý algoritmus, provede rozbor řešeného problému včetně konkrétní aplikace zvoleného optimalizačního algoritmu a realizuje jeho řešení pomocí vlastních programů (tedy vlastnoručně naprogramovaných v některém prog. jazyce: Fortran, C/C++/C#, Python, Matlab … včetně případného využití specializovaných vývojových prostředí), popř. vhodně kombinovaných/doplněných relevantním dostupným software (specializované programy, knihovny).
Využití umělých neuronových sítí ve vědě a technice Bakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. Marek Malý, Ph.D.počítačové modelováníVyužití konkrétního typu (popř. několika různých typů) umělé neuronové sítě ve vědě a technice bude demonstrováno na vybraném problému či problémech (např. v oblastech zpracování obrazu, analýzy popř. transformace signálů, analýzy/klasifikace multidimenzionálních dat, predikce aj.). Autor popíše použité architektury neuronových sítí a vysvětlí princip jejich fungování. Dále provede rozbor řešeného problému včetně konkrétní aplikace zvoleného typu neuronové sítě a realizuje jeho řešení pomocí vlastních programů (tedy vlastnoručně naprogramovaných v některém prog. jazyce: Fortran, C/C++/C#, Python, Matlab … včetně případného využití specializovaných vývojových prostředí), popř. vhodně kombinovaných/doplněných dalším dostupným software (specializované programy, knihovny).
Molekulární simulace krystalů anorganických solíDiplomová prácedoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníDiplomová práce si klade za cíl systematicky zkoumat chování krystalů solí halogenidů alkalických kovů pomocí molekulárních simulací s použitím moderních modelů mezičásticových interakcí. Zkoumány budou soli za různých termodynamických podmínek, odpovídajících různým plymorfům a hydrátům solí.
Studium struktury přesycené vodní páryBakalářská prácedoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníCílem bakalářské práce je charakterizovat strukturu shluků molekul v přesycené vodní páře za různých termodynamických podmínek pomocí molekulárních simulací a jejich analýz, zahrnující vhodné metody pro rozpoznání shluků a pro popis jejich tvaru i vzájemného rozmístění v objemu.
Implementace hybridních MC-MD metod pro simulace vodných roztoků elektrolytůDiplomová prácedoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníDiplomová práce si klade za cíl vyvinout vlastní program pro molekulární simulace vodných roztoků jednoduchých elektrolytů využívající principu hybridních MC-MD metod.
Molekulární simulace elektrolytů a jejich vodných roztokůDisertační prácedoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníCílem dizertační práce bude rozvíjet metody a modely potřebné pro molekulární simulace alektrolytů a jejich vodných roztoklů a přispět k pochopení jejich chování na mikroskopické úrovni. Zejména je cílem přispět k pochopení vlivu polarizovatelnosti modelů a jejich schopnosti popsat přenos náboje mezi částicemi na chování jejich krystalů včetně hydrátů, jejich vodných roztoků a rozpustnosti.