Rámcová témata disertačních prací pro akademický rok 2022/2023

Témata budou průběžně doplňována.

Biologie, ekologie a životní prostředí

studijní program Botanika

Interakce modelového organismu Brachypodium distachyon s endofytickými a fytopatogenními houbami
Školitel: Mgr. Pavel Matušinsky, Ph.D.
Konzultant: Prof. Ing. Aleš Lebeda, DrSc.
Brachypodium distachyon (L.) P. Beauv (Bd) bylo před dvěma desetiletími navrženo jako modelový organismus pro obiloviny. Stejně jako Arabidopsis má Brachypodium malý vzrůst, krátkou generační dobu, schopnost samoopylení a snadno se pěstuje v jednoduchých podmínkách. Kromě toho má B. distachyon jeden z nejmenších genomů, které se u trav vyskytují - tvoří ho pouhých 5 chromozomů s 272 Mbp, v nichž se předpokládá přibližně 25 000 sekvencí kódujících proteiny. Interakce mezi hostitelem a patogenem mezi B. distachyon a rostlinnými patogeny byly již dříve popsány u řady významných chorob. Ochrana rostlin založená převážně na ošetření fungicidy přináší řadu otázek zejména ve vztahu k poškození životní prostředí, proto je třeba vyvinout nové alternativy potlačení chorob, včetně biologické ochrany. Několik organismů bylo testováno jak in vitro, tak v testech na rostlinách z hlediska jejich účinnosti při ochraně proti houbovým chorobám. Takový potenciál mohou mít endofytické houby. Na Katedře botaniky Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého se zabýváme výzkumem indukované rezistence pomocí endofytických hub a měřením exprese genů zapojených do obraných procesů hostitele.

Využití biotechnologických metod ke zlepšení užitného potenciálu vybraných léčivých rostlin
Školitel: doc. RNDr. Vladan Ondřej, Ph.D.
Léčivé, aromatické a kořeninové rostliny (LAKR) mají velký potenciál pro pěstování v klasickém i biologickém zemědělství. Bohužel jsou tyto druhy rostlin málo prošlechtěny a chybí na trhu kvalitní odrůdy pro pěstování ve větším měřítku. Metody explantátových kultur mohou ve šlechtění LAKR významně pomoci. Jedná se hlavně o metody mikropropagace, polyploidizace, androgeneze a mutačního šlechtění.
Cílem je odvodit metodiky základních postupů explantátových kultur pro vybrané druhy LAKR a případně vytvořit nové genotypy těchto rostlin pro další využití ve šlechtitelské praxi.

studijní program Ekologie

Populační dynamika drobných hlodavců v dynamické krajině
Školitel: prof. MVDr. Emil Tkadlec, CSc.

Předpovídání rizika nakažení nemocemi přenášenými klíšťaty s využitím variability v abundanci hlodavčích hostitelů a klimatických faktorů
Školitel: prof. MVDr. Emil Tkadlec, CSc.

Populační ekologie a ochrana křečka polního
Školitel: prof. MVDr. Emil Tkadlec, CSc.

Krajinná epidemiologie klíšťaty přenášených patogenů
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Václavík, Ph.D.

Velikost půdních bloků a biodiverzita v zemědělské krajině
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Václavík, Ph.D.

Půdní bezobratlí jako nevítaní návštěvníci - ochrana domácností před invazemi mnohonožek a stejnonožců
Školitel: doc. RNDr. Mgr. Ivan Hadrián Tuf, Ph.D.

Suchozemští stejnonožci nejsou jen v půdě - vertikální aktivita na stromech a zdech
Školitel: doc. RNDr. Mgr. Ivan Hadrián Tuf, Ph.D.

Indikátory kvality půdy v souvislostí s její degradací, zejména erozními procesy
Školitel: prof. Dr. Ing. Bořivoj Šarapatka, CSc.

Optimalizace organizace půdního fondu z pohledu eroze a biodiverzity krajiny
Školitel: prof. Dr. Ing. Bořivoj Šarapatka, CSc.
Konzultant: Ing. Marek Bednář, Ph.D.

Význam křovin v přerušené kontinuitě lesních biotopů z pohledu půdních bezobratlých
Školitel: doc. RNDr. Mgr. Ivan Hadrián Tuf, Ph.D.

studijní program Experimentální biologie

Vlastnosti a biologické aplikace giberelinů, rostlinných růstových regulátorů, a jejich (ne)přírodních derivátů
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Vlastnosti a biologické aplikace přírodních a syntetických derivátů odvozených od rostlinných sekundárních metabolitů fenylpropanoidového typu
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Metabolismus S-adenosylmethioninu v rostlinách
Školitel: Mgr. Michal Karady, PhD.

Syntéza a studium nových malých hydroxylovaných molekul s antisenescenčními vlastnostmi
Školitelka: doc. Mgr. Lucie Plíhalová, Ph.D.

Vliv nových derivátů fytohormonů na zachování fyziologických a environmentálních procesů rostlin ve stresových podmínkách
Školitelka: doc. Mgr. Lucie Plíhalová, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Vladimíra Nožková, PhD.

A role of long non-coding RNAs in auxin-mediated development
Školitel: prof. Ing. Miroslav Strnad, CSc., DSc.
Konzultant: Mgr. Jakub Hajný, PhD.

Novel interactors of cytokinin receptor CRE1
Školitel: Mgr. David Zalabák, PhD.

Syntéza a studium biologických vlastností derivátů azanaftalenů    
Školitel: prof. PharmDr. Josef Jampílek, Ph.D.

Nové heterocyklické sloučeniny s neuroprotektivní aktivitou
Školitel: RNDr. Miroslav Kvasnica, PhD.

Studium biosyntézy brassinosteroidů
Školitelka: Mgr. Jana Oklešťková, PhD.
Konzultant: Mgr. René Lenobel, PhD.

Studium proteinů zapojených do fotosyntetických procesů rostlin
Školitel: Mgr. René Lenobel, PhD.
Konzultant: Mgr. Ivo Chamrád, PhD.

Analýza mechanismu účinku látek s antistresovými vlastnostmi v rostlinách
Školitel: prof. Ing. Miroslav Strnad, CSc., DSc.
Konzultant: Mgr. Jaroslav Niesler, PhD.

studijní program Molekulární a buněčná biologie

Střevní mikrobiální metabolity jako modulátory signálních drah xenoreceptorů
Školitel: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák DrSc., Ph.D.

Mimikry mikrobiálních metabolitů ve střevním zdraví prostřednictvím pregnanového X receptoru
Školitel: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák DrSc., Ph.D.

studijní program Zoologie

Migrační ekologie pěvců: integrace geolokace a stabilních izotopů
Školitel: Mgr. Peter Adamík, Ph.D.

Pohlavní výběr u modelového druhu pěvce
Školitel: Doc. Mgr. Miloš Krist, Ph.D.

Kvantitativně genetická studie ekologicky významných znaků v populaci se známým rodokmenem
Školitel: Doc. Mgr. Miloš Krist, Ph.D.

Systematika čeledi Elateridae (Coleoptera) se zaměřením na tribus Dimini
Školitel: Doc. RNDr. Robin Kundrata, Ph.D.

Systematika a fylogeneze vybraných skupin středoamerické herpetofauny
Školitel: RNDr. Mlan Veselý, Ph.D.

Fyzika

studijní program Aplikovaná fyzika

Analýza událostí kosmického záření o nejvyšších energiích
Školitel: prof. Miroslav Hrabovský, DrSc.
Observatoř Pierra Augera je nejrozlehlejší experimentální zařízení v oboru astročásticové fyziky na světě. Na ploše 3000 kilometrů čtverečních se v argentinské pampě zaznamenávají částice o energiích, které možná nikdy nebude člověk na zemi schopen vyrobit. Přilétají k nám z neznámých zdrojů ve vesmíru. Úkolem Observatoře je proměřit jejich energetické spektrum, stanovit směry, ze kterých přilétají a také odpovědět na otázku jejich chemického složení. Práce se bude zabývat rozvíjením nejnovějších metod fyzikální analýzy na observatoři a možnostmi nových detekčních technik v budoucnosti.

Optické detekční systémy kosmického záření – vybrané problémy
Školitel: prof. Miroslav Hrabovský, DrSc.
Obsahem tématu je studium současných optických detektorů kosmického záření, zapojení se do některého z aktuálních mezinárodních vědeckých projektů výzkumu kosmického záření a účast na výzkumu nových konkrétních typů optických detektorů kosmického záření, včetně účasti na vědecké práci příslušné mezinárodní kolaborace.

Analýza vlastností parametrické sestupné konverze
Školitel: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.
Modelování a experiment procesu spontánní parametrické sestupné konverze, měření korelací technikami čítání fotonů i na klasické úrovni.

Fotopulzní statistiky v nelineárních optických procesech a jejich měření
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budou studovány teoretické modely fotopulzních statistik v různých nelineárních optických procesech. Důraz bude kladen na optické parametrické procesy. Vlastnosti polí budou diskutovány s ohledem na experiment.

Generace fotonových párů v metalodielektrických fotonických strukturách
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budou studovány vlastnosti fotonových párů v metalodielektrických tenkých vrstvách, zejména spektrální a časové charakteristiky a kvantové korelace fotonů v páru. Zvláštní pozornost bude věnována intenzivní generaci párů v kovových vrstvách.

Charakterizace parametrických procesů v nelineárních periodicky pólovaných prostředích
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Prostorové vlastnosti svazků. Studium účinnosti různých procesů. Optimalizace generace sestupné frekvenční konverze.

Kvantová informatika s korelovanými páry fotonů
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Příprava, zpracování a detekce speciálních stavů světla na jednofotonové úrovni. V experimentech se využívá interference druhého a čtvrtého řádu.

Studium moderních materiálů pomocí optických spektroskopických metod
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Měření absorpčních, fluorescenčních a časově-rozlišených fluorescenčních spekter uhlíkových, kovových a oxidokovových nanostruktur. Vývoj příslušných metod.

Analýza kosmického záření gama v experimentu CTA
Školitel: RNDr. Karel Černý, Ph.D.
Observatoř Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO častěji CTA) bude nejrozlehlejším a technologicky nejpokročilejším pozemním zařízením pro detekci vysokoenergetických gama fotonů přicházejích z kosmického prostoru. CTA se bude nacházet na dvou lokalitách na severní a jižní polokouli. Každá z lokalit bude vybavena třemi typy teleskopů citlivými měřícími v různých oborech energií. Ve výsledku bude experiment pokrývat energetické rozmezí příchozích gama fotonů 20 GeV – 100 TeV. Fyzikální princip měření je založen na detekci Čerenkovova záření v teleskopech, které je generováno nabitými částicemi s rychlostí vyšší než je rychlost šíření světla v daném prostředí, v našem případě v atmosféře. Nabité částice vznikají v kaskádě interakcí na jejímž počátku je primární interakce příchozího gama fotonu s atmosférou. Cílem práce bude vývoj algoritmů a interpretace naměřených dat. Primárním úkolem experimentu je měření energetického spektra a zaměření zdrojů gama fotonů.

Poškozovaní materiálů způsobené nanosekundovými shluky částic
Školitel: prof. Jan Řídký, DrSc.
Experimenty zaměřené na laserem buzené urychlování částic jsou zdrojem vysoce intenzivních shluků částic o nanosekundových délkách. Tématem práce je studium mechanizmů poškození v materiálech při interakci s takto krátce trvajícími shluky částic.

Vytváření 1D struktur a jejich dekorování pomocí plazmatických technik
Školitel: prof. Miroslav Hrabovský, DrSc.
Konzultant: Mgr. Radim Čtvrtlík Ph.D.
Vytváření 1D nanostrukturovaných polí z polovodivých materiálů představuje důležitou oblast materiálového výzkumu, zejména kvůli velkému specifickému povrchu, chemické stabilitě a kontrolovatelné míře rekombinace nosičů náboje těchto nanostruktur. Nanostrukturované materiály mohou být dále funkcionalizovány prostřednictvím jejich dekorování jinými polovodičovými nebo kovovými nanostrukturami s využitím plazmatických nebo chemických technik. Tyto hierarchické struktury jsou obecně velmi žádoucí v aplikacích zahrnujících oblasti sensorů, baterií, superkondenzátorů apod.
Obsahem tématu je studium vytváření 1D nanostrukturovaných materiálů oxidů kovů pomocí chemických a plazmatických technik. Tyto struktury budou připravovány pomocí hydrotermálních technik a elektrochemické anodizace a následně strukturně modifikovány termálním žíháním. Důležitou součástí bude dekorování těchto 1D struktur pomocí jiných funkčních materiálů prostřednictvím plazmatických a chemických metod. Pozornost bude věnována vztahu mezi fyzikálními a chemickými vlastnostmi vytvářených struktur a podmínkami technologických procesů, stejně tak jako jejich praktickým aplikacím.

Fyzikální vlastnosti multifunkčních tenkých vrstev
Školitel: Mgr. Radim Čtvrtlík Ph.D.
Přípravě tenkých vrstev kovů a oxidů kovů je v současnosti věnována značná pozornost zejména díky jejich použitelnosti v optoelektronických zařízeních, kde mohou být využity pro jako senzory, transparentní elektricky vodivé elektrody apod. Chemické, optické a optoelektronické vlastnosti těchto tenkých oxidických vrstev silně závisí na řadě parametrů jako jsou například jejich tloušťka, krystalinita, přítomnost defektů, morfologie a další.
Obsahem tématu je výzkum zaměřený na výrobu multifunkčních kovových a oxidických tenkých vrstev pomocí fyzikálních vakuových technik (tepelné odpařování, magnetronové naprašování, reaktivní magnetronové naprašování). Funkční vlastnosti těchto tenkých vrstev budou dále modifikovány pomocí plazmatických a termálních procesů. Optické, elektrické a optoelektronické vlastnosti těchto tenkých vrstev budou charakterizovány pomocí sofistikovaných analytických technologií. Použitelnost těchto tenkých vrstev bude dále studována s ohledem na jejich použitelnost jako senzoru na mechanicky flexibilním substrátu.

Vícefotonové experimenty pro kvantovou komunikaci
Školitel: doc. Mgr. Karel Lemr, Ph.D.
Téma zahrnuje převážně experimentální výzkum v oblasti kvantového zpracování informace na platformě lineární optiky. Budou hledány nové možnosti a aplikace vícefotonových stavů, včetně multipartitní kvantové provázanosti, v oblasti kvantové komunikace.

Optické sestavy pro řešení kvantově informačních úloh
Školitel: Mgr. Antonín Černoch, Ph.D.
Téma zahrnuje návrh optických sestav pro pozorování různých kvantových jevů. Následně budou vybrané návrhy experimentálně realizovány na platformě lineární optiky.

Výzkum depozic tenkých vrstev pomocí plazmatických systémů na bázi reaktivního naprašování a plazmatického ALD
Školitel: Mgr. Martin Čada, Ph.D.
Ph.D. student se bude podílet na výzkumu plazmatických metod depozic tenkých vrstev. Bude se jednat o depozice polovodivých a dielektrických optických vrstev pomocí různých konfigurací reaktivního naprašování.   To bude zahrnovat reaktivní naprašování pomocí planárních magnetronů a systému dutých katod.  Tyto metody budou kombinovány s depozicí ultratenkých vrstev pomocí plazmatického ALD a tak budou vytvářeny komplikovanější tenkovrstvé struktury. Takto vytvořené struktury budou studovány pro různé fotonické aplikace jako jsou optické senzory nebo fotoelektrochemické prvky.

studijní program Biofyzika

Molekulární mechanismy regulace a optimalizace světlosběrných komplexů rostlin
Školitel: Prof. RNDr. Petr Ilík, Ph.D.

Světlem aktivovaná metalofarmaka pro cílenou protinádorovou terapii
Školitel: prof. RNDr. Viktor Brabec, DrSc.

Ovlivnění rezistence nádorových buněk k chemoterapii s cílem obnovit jejich citlivost k novým, existujícím a dosud neúspěšným metalofarmakům
Školitel: prof. RNDr. Viktor Brabec, DrSc.

Oxidativní signální dráhy u vyšších rostlin
Školitel: doc. RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.

Oxidativní stres v nádorových buňkách
Školitel: doc. RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.

Degradace chloroplastových komponent během listové senescence
Školitel: doc. RNDr. Martina Špundová, Ph.D.

Tráviace tekutiny mäsožravých rastlín a ich enzymatické vlastnosti z pohľadu fylogenézy
Školitel: doc. Mgr. Andrej Pavlovič, PhD.

Mechanismy účinku cytostatik na bázi přechodných kovů a jiných protinádorově působících léčiv s ohledem na jejich antimetastatické vlastnosti
Školitel: Mgr. Jitka Prachařová, PhD.

Vliv anestetik na fyziologické procesy v rostlinách
Školitel: doc. Mgr. Andrej Pavlovič, PhD.

studijní program Didaktika fyziky

Strategie výuky STEM na ZŠ a SŠ
Školitel: Doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.
Výzkum bude zaměřen na analýzu současného stavu, jaké jsou aktuální problémy realizace tohoto přístupu (strategie 2030+), navrhnout řešení - připravit metodické materiály poukazující na možnosti integrace uvedených oblastí v reflexi na RVP (popř. jejich revize) a ověřit je v praxi na školách.

Moderní přístupy v přípravě budoucích učitelů fyziky
Školitel: Doc. RNDr. Roman Kubínek, CSc.
Práce se bude sestávat ze dvou kapitol - rešeršní a výzkumné. Cílem první části bude seznámit se světovými koncepty a přístupy k přípravě budoucích učitelů fyziky a porovnat je s tuzemskými. Dále bude cílem rešeršní části práce poskytnout informace o základních pojmech této problematiky. Hlavním cílem výzkumné části bude uvést vybrané metody do praxe při přípravě budoucích učitelů na PřF UPOL. Následně bude proveden kvalitativní výzkum, při kterém se autorka zaměří hlavně korelaci využití těchto výukových metod se subjektivním i objektivním pohledem na připravenost absolventů na výkon profese učitele (řešení nejen odborných problémů, ale také výchovně vzdělávací), s profesním sebevědomím absolventů, s motivací absolventů na své další vzdělávání a případně dalšími parametry.

Začlenění nanotechnologií do výuky fyziky na SŠ
Školitel: Doc. RNDr. Roman Kubínek, CSc.

studijní program Nanotechnologie

Analýza vlastností parametrické sestupné konverze
Školitel: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.
Modelování a experiment procesu spontánní parametrické sestupné konverze, měření korelací technikami čítání fotonů i na klasické úrovni.

Fotopulzní statistiky v nelineárních optických procesech a jejich měření
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budou studovány teoretické modely fotopulzních statistik v různých nelineárních optických procesech. Důraz bude kladen na optické parametrické procesy. Vlastnosti polí budou diskutovány s ohledem na experiment.

Generace fotonových párů v metalodielektrických fotonických strukturách
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budou studovány vlastnosti fotonových párů v metalodielektrických tenkých vrstvách, zejména spektrální a časové charakteristiky a kvantové korelace fotonů v páru. Zvláštní pozornost bude věnována intenzivní generaci párů v kovových vrstvách.

Charakterizace parametrických procesů v nelineárních periodicky pólovaných prostředích
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Prostorové vlastnosti svazků. Studium účinnosti různých procesů. Optimalizace generace sestupné frekvenční konverze.

Kvantová informatika s korelovanými páry fotonů
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Příprava, zpracování a detekce speciálních stavů světla na jednofotonové úrovni. V experimentech se využívá interference druhého a čtvrtého řádu.

Studium moderních materiálů pomocí optických spektroskopických metod
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Měření absorpčních, fluorescenčních a časově-rozlišených fluorescenčních spekter uhlíkových, kovových a oxidokovových nanostruktur. Vývoj příslušných metod.

Poškozovaní materiálů způsobené nanosekundovými shluky částic
Školitel: prof. Jan Řídký, DrSc.
Experimenty zaměřené na laserem buzené urychlování částic jsou zdrojem vysoce intenzivních shluků částic o nanosekundových délkách. Tématem práce je studium mechanizmů poškození v materiálech při interakci s takto krátce trvajícími shluky částic.

Vytváření 1D struktur a jejich dekorování pomocí plazmatických technik
Školitel: prof. Miroslav Hrabovský, DrSc.
Konzultant: Mgr. Radim Čtvrtlík Ph.D.
Vytváření 1D nanostrukturovaných polí z polovodivých materiálů představuje důležitou oblast materiálového výzkumu, zejména kvůli velkému specifickému povrchu, chemické stabilitě a kontrolovatelné míře rekombinace nosičů náboje těchto nanostruktur. Nanostrukturované materiály mohou být dále funkcionalizovány prostřednictvím jejich dekorování jinými polovodičovými nebo kovovými nanostrukturami s využitím plazmatických nebo chemických technik. Tyto hierarchické struktury jsou obecně velmi žádoucí v aplikacích zahrnujících oblasti sensorů, baterií, superkondenzátorů apod.
Obsahem tématu je studium vytváření 1D nanostrukturovaných materiálů oxidů kovů pomocí chemických a plazmatických technik. Tyto struktury budou připravovány pomocí hydrotermálních technik a elektrochemické anodizace a následně strukturně modifikovány termálním žíháním. Důležitou součástí bude dekorování těchto 1D struktur pomocí jiných funkčních materiálů prostřednictvím plazmatických a chemických metod. Pozornost bude věnována vztahu mezi fyzikálními a chemickými vlastnostmi vytvářených struktur a podmínkami technologických procesů, stejně tak jako jejich praktickým aplikacím.

Fyzikální vlastnosti multifunkčních tenkých vrstev
Školitel: Mgr. Radim Čtvrtlík Ph.D.
Přípravě tenkých vrstev kovů a oxidů kovů je v současnosti věnována značná pozornost zejména díky jejich použitelnosti v optoelektronických zařízeních, kde mohou být využity pro jako senzory, transparentní elektricky vodivé elektrody apod. Chemické, optické a optoelektronické vlastnosti těchto tenkých oxidických vrstev silně závisí na řadě parametrů jako jsou například jejich tloušťka, krystalinita, přítomnost defektů, morfologie a další.
Obsahem tématu je výzkum zaměřený na výrobu multifunkčních kovových a oxidických tenkých vrstev pomocí fyzikálních vakuových technik (tepelné odpařování, magnetronové naprašování, reaktivní magnetronové naprašování). Funkční vlastnosti těchto tenkých vrstev budou dále modifikovány pomocí plazmatických a termálních procesů. Optické, elektrické a optoelektronické vlastnosti těchto tenkých vrstev budou charakterizovány pomocí sofistikovaných analytických technologií. Použitelnost těchto tenkých vrstev bude dále studována s ohledem na jejich použitelnost jako senzoru na mechanicky flexibilním substrátu.

Vícefotonové experimenty pro kvantovou komunikaci
Školitel: doc. Mgr. Karel Lemr, Ph.D.
Téma zahrnuje převážně experimentální výzkum v oblasti kvantového zpracování informace na platformě lineární optiky. Budou hledány nové možnosti a aplikace vícefotonových stavů, včetně multipartitní kvantové provázanosti, v oblasti kvantové komunikace.

Optické sestavy pro řešení kvantově informačních úloh
Školitel: Mgr. Antonín Černoch, Ph.D.
Téma zahrnuje návrh optických sestav pro pozorování různých kvantových jevů. Následně budou vybrané návrhy experimentálně realizovány na platformě lineární optiky.

Výzkum depozic tenkých vrstev pomocí plazmatických systémů na bázi reaktivního naprašování a plazmatického ALD
Školitel: Mgr. Martin Čada, Ph.D.
Ph.D. student se bude podílet na výzkumu plazmatických metod depozic tenkých vrstev. Bude se jednat o depozice polovodivých a dielektrických optických vrstev pomocí různých konfigurací reaktivního naprašování.   To bude zahrnovat reaktivní naprašování pomocí planárních magnetronů a systému dutých katod.  Tyto metody budou kombinovány s depozicí ultratenkých vrstev pomocí plazmatického ALD a tak budou vytvářeny komplikovanější tenkovrstvé struktury. Takto vytvořené struktury budou studovány pro různé fotonické aplikace jako jsou optické senzory nebo fotoelektrochemické prvky.

Uhlíkové a kovové fólie používané v experimentech syntézy supertěžkých prvků
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pechoušek, Ph.D.

Bimetalické nanostruktury obsahující ušlechtilé kovy
Školitel: doc. RNDr. Karolína Šišková Ph.D.
Pojmem bimetalické nanostruktury je míněn systém, který obsahuje dva různé ušlechtilé kovy (např. Au a Ag, či Au a Cu), jejichž rozměr nepřekračuje 100 nm. Mohou být připraveny různými metodami a buď vykazovat povrchové plasmonové rezonance (SPR) anebo fluorescenční vlastnosti, to podle jejich rozměru (plasmonické nanočástice či fluorescentní nanoklastry). Cílem této experimentální práce bude prověřit podmínky vzniku kombinovaných typů bimetalických struktur, provést jejich fyzikálně-chemickou charakterizaci a vyzkoušet jejich potenciální aplikace.

Nanokompozitní materiály pro theranostiku
Školitel: doc. RNDr. Karolína Šišková Ph.D.
Materiály obsahující organické a anorganické složky v nanorozměrech lze považovat za nanokompozity, jejichž potenciální uplatnění v praxi záleží na jejich složení, podmínkách přípravy, čištění atd. Theranostika je pojem, který vznikl poměrně nedávno a vychází ze spojení slov diagnostika a terapie. Je tudíž důležité, aby příslušný materiál mohl být použit jako sonda a zároveň jako terapeutické činidlo. Zatím byly laboratorně připraveny nejrůznější kombinace materiálů. V příslušné experimentální práci se zaměříme na takové nanokompozity, které obsahují dva různé kovové prvky tvořící nanostruktury v kombinaci s jistou matricí. Kromě základní a pokročilé fyzikálně-chemické charakterizace zkusíme ve spolupráci s IKEM v Praze a TU v Liberci vliv vybraných námi připravených perspektivních nanokompozitů na viabilitu buněk a též in-vitro, ex-vivo a in-vivo zobrazování.

Příprava, charakterizace a aplikace železo obsahujících MOF materiálů
Školitel: Mgr. Petr Novák, Ph.D.

Vysokoteplotní syntéza sloučenin s vyšším valenčním stavem železa, jejich charakterizace a aplikace při odbourávání vybraných polutantů
Školitel: Doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.

Fázové přechody v ocelích indukované zářením
Školitel: Prof. RNDr. Miroslav Mašláň, CSc.
Budou studovány fázové přechody v povrchových vrstvách ocelových dílů indukované zářením. Ke zhotovení ocelových dílů bude využita nerezavějící a nástrojová ocel a díly budou vyrobeny selektivním laserovým tavením. K vyvolání fázových změn bude využito vysokoenergetické laserové záření, vysokoenergetické záření gama, ozařování vysokoenergetickými těžkými ionty. K experimentálnímu studiu budou dominantně využity rentgenová difrakce, Mössbauerova spektroskopie, skenovací elektronová mikroskopie, rentgenová fluorescenční analýza.

Konstrukce koincidečních a antikoincidenčních měřících sestav pro optické a gamaoptické experimenty
Školitel: Doc. Ing. Luděk Bartoněk, Ph.D.
V současnosti je v oblasti optiky a gama optiky věnována nemalá pozornost jevům jako kvantová provázanost a kvantová teleportace. Pozornost je také věnována zpomalování světla kvantovým pamětím a kvantovému počítání. Další vývoj v této oblasti je ale podmíněn dostupností vhodných nástrojů pro stavbu experimentů v této oblasti. Důležitým typem experimentů jsou koincidenční experimenty, které v čase korelují příchozí signály z optických a jaderných detektorů. Cílem práce je navrhnout a zkonstruovat zařízení umožňující tento typ experimentů. Tedy zařízení schopné analyzovat, třídit a analyzovat vstupní signály, vzájemně je korelovat a výsledná data pak ukládat k dalšímu zpracování.

Příprava a charakterizace kovových tenkých vrstev – nanášení, vlastnosti, stabilizace
Školitel: Doc. Ing. Luděk Bartoněk, Ph.D.

studijní program Optika a optoelektronika

Kvantové ne-Gaussovské koherence
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip Ph.D.

Hybridní kvantová nelineární fyzika
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip Ph.D.

Vysoce nelineární kvantová optika
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip Ph.D.

Kvantově ne-Gaussovská optická spojení
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip Ph.D.

Rabiho kvantové obvody
Školitel: Kimin Park Ph.D.

Kvantová nelineární optomechanika
Školitel: Andrey Rakhubovskiy Ph.D.

Nelineární interakce mezi mikrovlnnými módy
Školitel: Ondřej Černotík Ph.D.

Dynamika otevřených systémů generující kvantovou koherenci
Školitel: Mgr. Michal Kolář Ph.D.

Optimální řízení kvantových systémů a vyčítání kvantových senzorů
Školitel: prof. Mgr. Jaromír Fiurášek Ph.D.

Řízení vlnoplochy a adaptivní zobrazování jednotonových signálů
Školitel: Prof. RNDr. Zdeněk Hradil CSc.

Pevnolátkové zdroje jednotlivých fotonů a jejich charakterizace
Školitel: Prof. RNDr. Zdeněk Hradil CSc.

Kvantová komunikace v optických sítích      
Školitel: Vladyslav Usenko Ph.D.

Optimalizace UV Ramanova spektrometru s excitační vlnovou délkou v oblasti 207 – 250 nm
Školitel: RNDr. Josef Kapitán, Ph. D.
Resonance enhancement is one way to increase sensitivity of Raman spectroscopy as an analytical technique used in many applications, one of which is the study of the structure of peptides and proteins. A very active and open topic in recent years is also the study of the properties of chiral molecules using resonance Raman optical activity. The dissertation thesis will focus on the optimization of the Raman spectrometer with excitation wavelengths in the range of 207-250 nm, especially with regard to the expansion of the spectrometer for precise polarization measurements. The developed equipment will become the basis for experiments in the field of Raman spectroscopy and Raman optical activity, both in applied (study of conformational and dynamic behavior of biomolecules in solution) and fundamental research (study of electron and vibrational molecular structure). Our recent work has shown that there is a significant interaction between circularly polarized Raman scattering and circular dichroism, that is always present in UV spectral range. The dissertation will have one of the main tasks of obtaining pure spectra of Raman optical activity by correcting this interaction.

Chemie

studijní program Analytická chemie

Metrologické aspekty analýzy mikroplastů
Školitel: doc. Ing. David Milde, Ph.D.

Identifikace složek uměleckých maleb desorpční ionizací a hmotnostní spektrometrií s iontovou mobilitou
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Mechanismus desorpce a ionizace v desorpčním nanoelektrospreji
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

"Svatoziara" v kapilárnej elektroforeze
Školitel: prof. RNDr. Juraj Ševčík, Ph.D.

Analýza opticky aktívnych látok kapilárnou elektroforézou
Školitel: prof. RNDr. Juraj Ševčík, Ph.D.

Glycerol formal v kapilárnej elektroforéze
Školitel: prof. RNDr. Juraj Ševčík, Ph.D.

Moderní diagnostika infekčních chorob
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

Jaderná magnetická rezonance v metabolomice
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

Prostorová metabolomika infekcí centrální nervové soustavy
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

Analytická derivatizace látek
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Analýza markerů pro charakterizaci potravin
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Mikroanalýza v plynové chromatografii
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Využití GC/MS při analýze aktivních látek a produktů jejich přeměn
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Mikroanalýza lignolů
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Možnosti mikroobrábění a mikromanipulace pro přípravu vzorku k chemické analýze
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Vývoj nových analytických postupů pro studium dormance semen
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Nové postupy pro chemickou analýzu v archeologii a výzkumu kulturního dědictví
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Chirální separace pomocí kapilární elektroforézy
Školitel: doc. RNDr. Jan Petr, Ph.D.

Mikrofluidní zařízení pro manipulaci a analýzu mikroobjektů
Školitel: doc. RNDr. Petr Fryčák, Ph.D.

Nové postupy analýzy pryskyřic a živic v historických materiálech
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

studijní program Anorganická chemie

Koordinační sloučeniny lanthanoidů s velkou mírou magnetické anizotropie a pomalou relaxací magnetizace
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.

Komplexní sloučeniny přechodných kovů a lanthanoidů s makrocyklickými ligandy jako významné stavební bloky při přípravě jednomolekulových magnetů
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.

Koordinační sloučeniny makrocyklických ligandů využitelné v diagnostických zobrazovacích metodách
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.

Využití výpočetní chemie pro studium strukturních a magnetických vlastností koordinačních sloučenin
Školitel: doc. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.

Koordinační sloučeniny f-prvků s radikálovými ligandy
Školitel: doc. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.

Sloučeniny lanthanoidů jako zobrazovací sondy pro biologické systémy
Školitel: doc. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.

Příprava biologicky aktivních benzimidazolů a benzazolů a jejich komplexů s rutheniem
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Antibakteriální vlastnosti komplexů a nanočástic zlata
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Nanotransportéry potenciálních léčiv na bázi koordinačních sloučenin
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Koordinační sloučeniny s magnetickou bi- anebo multistabilitou - materiály pro novou generaci paměťových zařízení
Školitel: doc. Ing. Ivan Šalitroš, PhD.

Rozvoj konceptu multi-cílových koordinačních sloučenin platinových kovů
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Tantal jako nový centrální atom biologicky aktivních komplexů
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Polosendvičové komplexy vybraných platinových kovů pro medicinální chemii a katalýzu
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

studijní program Biochemie

Význam modulace biosyntetické dráhy aminokyselin s větveným řetězcem ve zvyšování obsahu proteinu v semenech sóji
Školitel: Mgr. Mária Škrabišová, Ph.D.
Vysoký obsah proteinu v semenech je exklusivní vlastností sóji v porovnání s ostatními luštěninami. V průběhu šlechtění elitních kultivarů však oproti výchozím obsah proteinu v semenech klesá. Obsah proteinu v semenech je polygenní kvantitativní znak. Ačkoli v poslední době byly identifikovány některé z genů podmiňující obsah proteinu v semenech, naše analýzy poukazují na zapojení dalších genů z genomických oblastí asociovaných s klasickými morfologickými znaky jako je například barva lusku. Jeden z těchto kandidátních genů kóduje isopropylmalátsynthasu – enzym biosyntézy větvených aminokyselin. Náplní této disertační práce bude objasnění a význam isopropylmalátsynthasy v modulaci obsahu proteinu v semenech sóji.
Cíle práce:
- Genomická analýza fenotypových projevů spojených s obsahem proteinu
- Příprava rekombinantních proteinů isoforem isopropylmalátsynthasy a jejich biochemická charakterizace
- Zavedení metodiky pro analýzu metabolických meziproduktů biosyntetické dráhy aminokyselin s krátkým větveným řetězcem
- Příprava a charakterizace mutantních linií s modulovanou expresí genů pro isopropylmalátsynthasu

Měření enzymové aktivity v buněčných extraktech pomocí MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie
Školitel: Prof. Mgr. Marek Šebela, Dr.
Hmotnostní spektrometrie (MS) představuje vhodnou alternativu běžných měření enzymové aktivity jako je např. spektrofotometrie. Umožňuje detegovat i nepatrné hmotnostní změny, ke kterým dochází během enzymových reakcí s přírodními i syntetickými substráty. MALDI-TOF MS (hmotnostní spektrometrie s laserovou desorpcí a ionizací za účasti matrice a  průletovým analyzátorem) nabízí kromě vysoké citlivosti a přesnosti i jednoduchost, robustnost a rychlost. Ve srovnání s elektrosprejovou (ESI)-MS je tolerantnější vůči solím a pufrům, které se objevují v enzymových reakčních směsích. Přímé kvantitativní analýze pomocí MALDI-TOF MS brání typická nehomogenní distribuce analytu a matrice, což vede ke špatné reprodukovatelnosti pro jednotlivé zásahy laserového paprsku ve vzorku a pro více opakování stejného vzorku. Nejběžnějším způsobem řešení problému je použití vnitřního standardu, např. izotopově značeného analogu analytu.

Transkripční kontrola pluripotence rostlin
Školitel: Yoshihisa Ikeda, Dr.
Ve srovnání s většinou zvířat, která užívají předem stanovou organogenezi, je vývoj suchozemských rostlin plastičtější a probíhá post-embryonálně produkcí nových orgánů po celou dobu jejich života. Této jedinečné vlastnosti je dosaženo zachováním kmenových buněk (pluripotence) a kontinuálním formováním laterálních orgánů.  K odhalení základních mechanismů pluripotence v rostlinných buňkách, použijeme metody molekulární genetiky, včetně metodiky CRISPR / Cas9 v modelové rostlině, Arabidopsis. Ke studiu transkripční regulace pluripotence pomocí vzájemné interference mezi transkripčními aktivátory a represory použijeme dva odlišné systémy – de novo organogenezi a apikální meristém v semenáčku.

Funkce aldoketoreduktas v regulaci signálních drah oxidu dusnatého v rostlinách
Školitel: prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.
K významným mechanismům v signálních drahách oxidu dusnatého (NO) patří posttranslační modifikace proteinů, zahrnující zejména S-nitrosace cysteinů, nitrace tyrosinů a nitrosylace iontů kovů v metaloproteinech. Za klíčový regulační prvek S-nitrosace proteinů je považován enzym S-nitrosoglutathionreduktasa, která katalyzuje NADH-dependentní degradaci S-nitrosoglutathionu a nepřímo snižuje hladina proteinových S-nitrosothiolů. Nedávné proteomické studie mutantů Arabidopsis thaliana odhalily zapojení specifických izoenzymů rodiny aldoketoreduktas (AKR) v NADPH-dependentní regulaci hladiny S-nitrosothiolů a homestázy NO v rostlinách. Cílem práce je studiu funkce AKR ve vývoji a stresových odpovědích rostlin se zaměřením na hospodářsky významné plodiny a jejich infekci patogeny. Součástí práce bude vývoj nových metod kvantifikace genové exprese AKR, stanovení enzymové aktivit a mikroskopické lokalizace jednotlivých izoenzymů AKR. V rámci práce budou také připraveny rekombinantní proteiny vybraných isoforem AKR z rajčete (Solanum spp.) a provedena jejich detailní molekulární charakterizace.

Metabolismus a signální dráhy oxidu dusnatého v imunitním systému hmyzu
Školitel: prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.
Oxid dusnatý (NO) je významnou signální molekulou zapojenou do regulace řady klíčových vývojových a fyziologických procesů napříč všemi typy organismů. NO a z něj odvozené reaktivní formy dusíku představují také důležité signální a efektorové složky mechanismů vrozené imunity živočichů. Cílem práce je studium a charakterizace enzymových a neenzymových mechanismů produkce NO u hmyzu se zaměřením na včelu medonosnou (Apis mellifera), a regulace těchto mechanismů na úrovni genové exprese, posttranslačních modifikací proteinů a jejich tkáňové a subcelulární lokalizace. Součástí práce budou studie regulačních mechanismů produkce NO v střevním epitelu a hemocytech hemolymfy a jejich funkce v aktivaci buněčné a humorální imunity včel při infekci parazitárními a mikrobiálními nákazami.

studijní program Didaktika chemie

Role interaktivních center v neformálním chemickém vzdělávání
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.
Konzultant: doc. RNDr. Marta Klečková, CSc

Integrace přírodovědného vzdělávání
Školitel: doc. RNDr. Marta Klečková, CSc
Konzultant: Mgr. Iveta Bártová, Ph.D.

Transfer nových chemických poznatků do chemického vzdělávání
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.

Metody ověřování přírodovědné gramotnosti žáků
Školitel: doc. RNDr. Marta Klečková, CSc
Konzultant: Mgr. Iveta Bártová, Ph.D.

Vybrané pokročilé experimentální metody využitelné ve středoškolském vzdělávání
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.
Konzultant: doc. RNDr. Marta Klečková, CSc

Teorie a praxe tvorby a hodnocení učebnic chemie
Školitel: doc. RNDr. Marta Klečková, CSc

Nové přístupy k výuce základních pojmů z obecné chemie (anorganické chemie) na SŠ
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: doc. RNDr. Marta Klečková, CSc

Využití elektronických didaktických testů ve výuce chemie
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Veronika Švandová, PhD.

Multimediální vzdělávání v chemii
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

studijní program Fyzikální chemie

Popis strukturních vlastností fotokatalyticky aktivních nanomateriálů pokročilými mikroskopickými technikami
Description of structural properties of photocatalytically active nanomaterials by advanced microscopy techniques
Školitel: Ing. Štěpán Kment Ph.D.

Pokročilé nanomateriály pro heterogenní katalýzu, fotokatalýzu a elektrokatalýzu
Advanced nanomaterials for heterogeneous catalysis, photocatalysis and electrocatalysis
Školitel: Ing. Štěpán Kment Ph.D.

Chemické databáze
Školitel: doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.
V dnešním věku informačních technologií přicházejí na řadu také technologie na správu a vytěžení dostupných chemických dat. V rámci skupiny jsme již vyvinuli několik databází (www.molmedb.upol.cz, či www.pokusnice.upol.cz), které specifická chemická data ukládají a umožňují s nimi základní manipulace a vytěžování. Cílem práce je databáze rozšiřovat, zautomatizovat jejich plnění, zvýšit jejich interoperabilitu (např. pomocí napojení na Wikidata), zlepšit stávající data management, ale především využívat jejich výstupy k řešení výzkumných otázek. Předpokládané znalosti: znalost programovacího jazyku (aktivní HTML, Python, atd.) a práce s databázemi (SQL, SPARQL) vítána

Teoretické studium biomembránových systémů
Školitel: doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.
Cílem tohoto výzkumného tématu je porozumět chování a povaze interakce malých molekul i biomakromolekul s biologickými membránami. K pochopení a kvantifikaci interakcí molekul s biologickými membránami bude použita kombinace simulačních technik (např. molekulově dynamické simulace nebo kvantově chemické výpočty) a bioinformatických a cheminformatických přístupů - např. identifikace látek vhodných pro enkapsulaci do liposomů (např. bioRxiv, 05(11), 087742, 2020.) a uložení těchto informací do veřejně dostupné databáze (např. molmedb.upol.cz Database, 2019, baz078, 2019); způsob působení membránově vázaných proteinů společně s vývojem nezbytných strukturálních bioinformatických nástrojů (např. mole.upol.cz - Nucleic Acids Res, 46(W1), W368–W373, 2018., či SecStrAnnotator - bioRxiv, 04(15), 042531, 2020.). Očekáváme úzkou spolupráci s kolegy z evropské bioinformatické infrastruktury ELIXIR, Masarykovy univerzity v Brně, ČR; Université de Limoges, FR; Uppsala Universitet, SE a Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, ČR.

Počítačový návrh nových léků založený na kvantově-chemických výpočtech
Školitel: doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.
Moderní počítačový návrh léků představuje atraktivní vědní obor na pomezí fyzikální chemie, strukturní biologie a informatiky. Jde o nalezení a vylepšení chemických látek, ligandů, které by se pevně navázaly na molekulový cíl, určitou bílkovinu, a tím umožnily vyléčit nemoc. Teoretické metody toto dokáží efektivněji než experiment, je však potřeba zvýšit jejich přesnost. Toho jsme dosáhli vývojem nových postupů výpočtů Gibbsovy volné energie interakce ligandů s proteiny založený na kvantově-chemických metodách, který svou přesností překonává dříve používané metody, a úspěšně ho aplikovali na desítky systémů (ChemPlusChem, 2013. 78(9): p. 921-931; ChemPlusChem, 2020. 85(11): p. 2361.). Tématem práce bude ověření univerzálnosti metody na databázích dalších systémů a take zlepšování metodiky. Školitel-konzultant: RNDr. Martin Lepšík, Ph.D.(ÚOCHB AV ČR)

Teoretické studium přenosu náboje v nanostrukturách
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Možnost aktivně kontrolovat přenos náboje na atomární úrovni v nanostruktur otevírá nové možnosti v oblasti nanoelektroniky. Hlubší pochopení procesů spojených s přenosem náboje na atomární úrovni vyžaduje nové postupy v oblasti teoretických simulací. Cílem práce je osvojení si teorie funkcionálu hustoty a její aplikaci na vybrané problémy přenosu náboje v nanostrukturách. Teoretické výpočty budou prováděny v úzké spolupráci s experimentálními měřeními. V rámci doktorského studia je předpokládán další vývoj počítačových simulací.
Předpokládané znalosti:
●          základní znalost kvantové mechaniky a teorie pevných látek, popř. kvantové chemie
●          znalost programovacího jazyku (Fortran, C, atd.) vítána

Mezimolekulové interakce v biomolekulách
Školitel: doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.
Struktura ribozomální RNA je sice známa relativně dobře, ale interakce, které ji určují a stabilizují jsou prozkoumány méně. S rychlým rozvojem počítačů se kvantově chemické a molekulově dynamické výpočty stávají stále populárnějšími metodami pro analýzu mezimolekulových interakcí v biomolekulách. V naší práci se soustředíme na interakce v takových biomolekulách, jako jsou ribozomální RNA nebo protein-DNA komplexy a snažíme se nalézat důležité strukturní stabilizační prvky těchto unikátních molekulových architektur.

Vývoj empirických potenciálů pro modelování biomolekul
Školitel: doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.
Vývoj empirických potenciálů pro molekulovou dynamiku je nezbytnou podmínkou rozvoje celého oboru molekulového modelování. Na katedře fyzikální chemie UP Olomouc jsme před několika lety vyvinuli slibnou metodu pro získávání vysoce kvalitních empirických parametrů. Nově vyvinuté parametry jsou určeny hlavně pro modelování biomolekul, jako jsou RNA a DNA a pod zkratkou „OL“ (Olomouc) jsou dnes celosvětově používány v nejpopulárnějším simulačním balíku AMBER. Naši metodu budeme aplikovat a testovat na desítkách biologicky zajímavých systémů, jako jsou struktury DNA, protein-DNA komplexy a fragmenty ribozomální RNA.

Studium přírodních antioxidantů pro terapeutické aplikace
Školitel: prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D.
Přírodní antioxidanty hrají významnou roli v ochraně organismu před vznikem nádorových onemocnění. Jedná se zejména o využití jejich antioxidačních vlastností v lidském organismu. Cílem práce bude porovnání antioxidantů získaných z vybraných typů přírodních rostlinných produktů, zejména vzhledem k jejich schopnosti jako radikálových lapačů. Budou určeny základní kinetické parametry zhášení těchto radikálů účinkem antioxidantů, jejich identifikace a termická případně chemická stabilita v různých prostředích
Požadavky na uchazeče: Absolvent vysokoškolského studia přírodovědného nebo technického směru v oboru chemie, fyzikální chemie, materiálové chemie a technologie.
Literatura:
Simunkova, M., Alwasel, S.H., Alhazza, I.M., Jomova, K., Kollar, V., Rusko, M., Valko, M. Management of oxidative stress and other pathologies in Alzheimer’s disease (2019) Archives of Toxicology, 93 (9), pp. 2491-2513.
Lawson, M., Jomova, K., Poprac, P., Kuca, K., Musílek, K., Valko, M. Free radicals and antioxidants in human disease (2018) Nutritional Antioxidant Therapies: Treatments and Perspectives, pp. 283-305.

Rychlé a přesné kvantově-mechanické výpočetní metody pro počítačový návrh léčiv

 

Školitel: doc. RNDr. Jan Řezáč, Ph.D.
Aplikace výpočetní chemie v řešení biochemických problémů, jako je například studium interakce léků s enzymy, vyžaduje metody které jsou přesné a zároveň dostatečně rychlé. Tyto protichůdné požadavky splňují aproximativní kvantově-mechanické metody parametrizované pro daný problém, v tomto případě popis nekovalentních interakcí v biomolekulách. V nedávné době jsme vyvinuli korekce pro semiempirické metody, které umožňují dosáhnout požadované přesnosti i pro systémy s tisíci atomů, jako například celé proteiny. Tyto metody úspěšně aplikujeme v počítačovém vývoji léků kde výrazně překonávají běžně používané přístupy. Cílem této práce bude pokračovat ve vývoji semiempirických kvantově-mechanických metod s cílem zpřesnit popis nekovalentních interakcí a struktury biomolekul. Tento projekt vyžaduje základní znalost programování.

Přesné kvantově-chemické výpočty nekovalentních interakcí
Školitel: doc. RNDr. Jan Řezáč, Ph.D.
Výsledky přesných kvantově mechanických výpočtů se často používají jako referenční data pro vývoj jednodušších metod a pro ověřování jejich přesnosti. Naše skupina má dlouhou tradici v přípravě a publikování databází přesných výpočtů nekovalentních interakcí a naše databáze jako např. S66 se staly de facto standardem v oboru. Nové datasety které publikujeme v projektu Non-Covalent Interactions Atlas (www.nciatlas.org) jsou světovou špičkou jak v přesnosti, tak v množství dat. Cílem této práce bude rozšířit stávající referenční databáze o nové molekulární komplexy tak, aby bylo dosaženo co nejširšího pokrytí dalších typů nekovalentních interakcí zejména organických molekul a biomolekul. Součástí práce bude i zhodnocení stávajících výpočetních metod na nových systémech, případně jejich parametrizace na nová data.

Struktura a dynamika RNA
Školitel: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.
Předmětem disertace bude studium vybraných molekul RNA (ribosomální motivy, protein-RNA komplexy, ribozymy, riboswitche, vybraných z aktuálních systémů studovaných v naší laboratoři i na spolupracujících pracovištích) pomocí počítačových simulací, bioinformatiky, a kvantové chemie. RNA patří v současné době k nejintenzivněji studovaným biomolekulám. Funkční molekuly RNA formují fascinující 3D architektury a počítačové simulace patří k základním nástrojům studia vlivu molekulových interakcí na strukturu a funkci RNA, jak lze dokumentovat i našimi předchozími výsledky (viz. např. publikace uvedené ve WOS databázi). Počítačovými simulacemi lze získat nové informace například o úloze nekanonických interakcí bází nukleových kyselin, hydrataci a dalších vlastnostech, a podstatným způsobem doplnit informace zjištěné rentgenovou krystalografií, NMR, bioinformatikou, a dalšími metodami. Disertace může zahrnovat jak studium specifických biochemicky zajímavých systémů, tak práce orientované více na testování a vývoj metodiky. Úzce spolupracujeme se zahraničními laboratořemi, například F.H.T. Allain, G. Bussi, N.B. Leontis, N.G. Walter, M. Nowotny a další.

Teorie původu života - studium prebiotických reakcí

Školitel: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.
Předmětem disertace bude práce v oblasti "origin of life theory", což je dnes obsáhlá oblast výzkumu, sahající od evoluce planetárních systémů přes prebiotickou syntézu základních stavebních komponent živé hmoty až po jednoduché buněčné modely. Teoretické kvantově-chemické metody mohou být velmi efektivně aplikovány na studium prebiotických chemických procesů. Velkou výhodou těchto metod je jejich schopnost popsat procesy, jež v řadě případů nelze uspokojivě či úplně studovat experimentálně. V současné době pracujeme na řadě projektů týkajících se například tzv. formamidové cesty vzniku života, netemplátové syntézy prvních molekul RNA z cyklických nukleotidů, role fotochemických reakcí v prebiotické chemii, kvantově-dynamických simulací, high-energy impact chemii, a některých dalších problémech. Disertace je vhodná zejména pro studenty, kteří mají zájem o použití moderních kvantově-chemických přístupů a mají cit pro chemické reakce. Vzhledem k tomu, že se jedná o náročné téma, konkrétní náplň práce může být stanovena až na základě posouzení schopnosti uchazeče. Úzce spolupracujeme s experimentálními i teoretickými laboratořemi, například E. Di Mauro, R. Salladino, M. Ferus, M. Saitta, J.D. Sutherland and některými dalšími.

Pokročilé techniky molekulární spektroskopie jako nástroje pro studium interakcí neurotransmiterů s nanomateriály
Školitel: doc. RNDr. Václav Ranc, Ph.D.
Ramanova mikroskopie je významným nástrojem v analytické chemii používaným pro analýzu distribuce biologicky aktivních látek v buňkách či tkáních. Díky využití povrchem zesíleného Ramanova efektu lze analyzovat i sloučeniny na velmi nízkých koncentračních úrovních, což dále zvyšuje aplikační této potenciál techniky. Studium signálních drah neurotransmiterů a jejich ovlivňování je bezesporu důležitým úkolem neurověd. Cílem práce bude vývoj metod založených na Ramanově mikroskopii, jež budou sloužit:
1. ke studiu distribucí neurotransmitterů napříč mozkovou tkání. Analytický proces bude dále aplikován na tkáně s různými stupni gliomů
2. ke studiu interakce neurotransmitterů s deriváty grafenu. Tato část práce bude cílit především na vývoj metod pro cílené ovlivňování signálních drah.

Nanokatalýza v plynné fázi
Nanocatalysis in the gas phase
Školitel: doc. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Konzultant: RNDr.Štefan Vajda CSc., Dr. habil.

Chemie na površích zkoumána pomocí mikroskopie skenovací sondy
On-surface chemistry investigated by means of scanning probe microscopy
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Chemie na površích je rychle se rozvíjející obor syntetické chemie, který umožňuje syntetizovat nové molekulární struktury, kterých nelze dosáhnout tradičními postupy organické chemie v roztoku. Navíc současný vývoj mikroskopů se skenovací sondou umožňuje dosáhnout chemického rozlišení prekurzorů, meziproduktů a konečných produktů, což poskytuje bezprecedentní pohled na reakční procesy na površích. Tato technika navíc umožňuje charakterizaci chemických a fyzikálních vlastností včetně zobrazování hraničních orbitalů jednotlivých molekul.
Cílem této disertační práce je zkoumat nové chemické reakce na površích v podmínkách ultravysokého vakua (UHV) s cílem vytvořit kovalentně vázané komplexní molekulární systémy na površích pevných látek. Student zvládne práci s UHV mikroskopem atomárních síl a skenovacím tunelovým mikroskopem. To umožní charakterizovat chemické a fyzikální vlastnosti konečných produktů se submolekulárním rozlišením.

studijní program Nanomateriálová chemie

Teoretické studium přenosu náboje v nanostrukturách
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Možnost aktivně kontrolovat přenos náboje na atomární úrovni v nanostruktur otevírá nové možnosti v oblasti nanoelektroniky. Hlubší pochopení procesů spojených s přenosem náboje na atomární úrovni vyžaduje nové postupy v oblasti teoretických simulací. Cílem práce je osvojení si teorie funkcionálu hustoty a její aplikaci na vybrané problémy přenosu náboje v nanostrukturách. Teoretické výpočty budou prováděny v úzké spolupráci s experimentálními měřeními. V rámci doktorského studia je předpokládán další vývoj počítačových simulací.
Předpokládané znalosti - základní znalost kvantové mechaniky a teorie pevných látek, popř. kvantové chemie, znalost programovacího jazyku (Fortran, C, atd.) vítána

Chemické a fyzikální vlastnosti molekulárních nanostruktur na površích studované pomocí rastrovacích mikroskopů
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Současný rozvoj rastrovacích mikroskopů pracujících v ultra-vysokém vakuu umožňuje provádět měření s vysokým rozlišením atomárních sil a tunelovacích proudů na jednotlivých atomech či molekulách na povrchu pevné látky. Možnost současného měření atomárních sil a tunelovacího proudu otvírá zcela nové možnosti pro charakterizaci jednotlivých molekul nebo molekulárních nanostruktur na povrchu pevné látky. Cílem této práce je osvojení si práce s mikroskopem atomárních sil a rastrovacím tunelovacím mikroskopem pracujícím ve vysokém vakuu. V rámci studia bude provádět měření atomární a elektronové struktury vybraných molekulárních komplexů na povrchu pevných látek s vysokým rozlišení. Hlavním cílem práce je studium vybraných chemických a fyzikálních vlastností molekulárních systémů.
Předpokládané znalosti: základní znalost kvantové mechaniky a teorie pevných látek, znalost základních principů rastrovacích mikroskopů vítána

Studium tvorby nanočástic a jejich souborů organizovaných na povrchu či v objemu tuhé fáze
Školitel: doc. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Současný vývoj v oblasti nanotechnologií směřuje od přípravy a využití izolovaných nanočástic k sofistikovanějším systémům organizovaných souborů nanočástic, které jsou pevně zakotveny na pevných površích ať už makroskopického tak i mikroskopického (zakřivení povrchu řádu jednotek až desítek mikrometrů) charakteru. Takové systémy vykazují unikátní fyzikálně chemické vlastnosti, nepozorovatelné u izolovaných nanočástic. Mimo zvýšené agregátní stability i chemické odolnosti nanočástic dochází v takových případech mnohdy k synergickému efektu součtu pozitivních vlastností kombinovaných systémů. Nanočástice zakotvené na povrchu tuhé fáze ovlivňují typicky její fyzikálně chemické vlastnosti (povrchová energie a s ní spojená smáčivost, korozivzdornost, biokompatibilita, odolnost proti kolonizaci mikroorganismy apod.) a naopak nanočástice samotné jsou výrazně ovlivněny přítomností tuhé fáze, na jejímž povrchu jsou zakotveny (stabilita agregátní i chemická, katalytická aktivita, optické vlastnosti apod.). V základním principu lze rozdělit metody přípravy takových souborů na dva hlavní směry, podle velikostního měřítka tuhé fáze, s níž jsou nanočástice kombinovány. V případě makroskopických objektů v měřítku 10-3 m a větších se v principu jedná o tvorbu povrchových filmů s obsahem nanočástic resp. o zapracování nanočástic přímo do objemu tuhé fáze. Pro tvorbu povrchových filmů je využívána řada fyzikálně chemických technik, v tomto případě se jedná zejména o metody typu dip-coating, spin-coating a metodu Langmuir-Blodgettové filmů. Pro zapracování nanočástic do objemu tuhé fáze lze pak využít buď přímo metodu syntézy tuhé fáze v systému obsahujícím příslušné nanočástice nebo lze nanočástice mechanicky zamíchat (kompaundace) do objemu již existující tuhé fáze (typicky se jedná o polymerní látky). V případě mikroskopických rozměrů tuhé fáze (typicky jednotky až stovky mikrometrů) se nejčastěji používají metody založené na adsorpci nanočástic na povrchu tuhé fáze ať již přímo, tak i prostřednictvím vhodných modifikátorů (polymery, povrchově aktivní látky, nízkomolekulární látky s vhodnými funkčními skupinami). Nanočástice se do systému s mikročásticemi tuhé fáze mohou přidat až po předchozí přípravě v jiném systému nebo (a to mnohdy efektivněji) přímo syntetizovat v přítomnosti mikročástic tuhé fáze.
Připravené kompozitní materiály mají, jak již bylo zmíněno, mnohdy výrazně odlišné fyzikálně chemické vlastnosti oproti výchozím systémům. Typicky dochází ke změnám povrchové energie, bioaktivity povrchů, katalytické aktivity zúčastněných systémů či ke změně optických vlastností. Tyto nové vlastnosti lze využít v řadě aplikací, jako jsou velmi špatně smáčivé či naopak velmi dobře smáčivé povrchy (průmysl nátěrových hmot včetně technologie jejich nanášení, samočistící povrchy, nezamlžující se povrchy), dále se mění interakce povrchu s živými systémy (biokompatibilní povrchy či antibakteriální povrchy pro aplikace v medicíně i běžné praxi) a rovněž dochází ke změnám katalytické aktivity původních systémů (elektrochemické aplikace, katalýza v kapalné i plynné fázi, optické senzory na bázi povrchem zesíleného Ramanova rozptylu).

Fázové přechody a možnost jejich ovlivnění za pomoci nanotechnologií
Školitel: doc. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Fázové přechody mezi skupenskými stavy u čistých látek (fázové přechody 1. řádu) jsou jednoznačně určeny teplotou a tlakem okolí, s nímž je studovaný systém v rovnováze. Slovo rovnováha zde ovšem hraje velmi důležitou roli, protože pokud je studovaný systém mimo rovnováhu (vyvolanou například velmi rychlým ochlazováním), nedochází k fázovému přechodu za podmínek určených pro rovnovážný stav a soustava může po určitou dobu existovat v jiném skupenství, než by tomu bylo za rovnovážných podmínek (metastabilní stavy, např. voda podchlazená pod 0°C). Podobné situace lze ovšem dosáhnout i tak, že původní čistou látku smícháme s jinou látkou a vzniklá směs se pak chová z hlediska skupenského stavu odlišně od původní čisté látky (např. přídavek ethanolu do vody snižuje teplotu tuhnutí vzniklé směsi oproti čisté vodě, jak popisuje Raoultův zákon v podobě kryoskopické rovnice). Přechody mezi skupenskými stavy se ale v reálném světě řídí velmi složitými zákony, souvisejícími s problematikou tvorby nové fáze. Vznik nové fáze v objemu fáze původní vyžaduje vynaložení určité práce nutné na vytvoření fázového rozhraní – homogenní nukleace. Tato práce souvisí s již výše zmíněným vychýlením soustavy z rovnovážného stavu (u kapalin je to typicky podchlazení). Přítomností heterogenních příměsí (typicky nečistoty) v původní fázi lze ale tuto práci na vytvoření nového fázového rozhraní výrazně snížit za situace, kdy nově vznikající fáze smáčí povrch heterogenní příměsi (např. krystalizační centra). Mnohé oblasti běžné lidské praxe ovšem narážejí na limity dané ať už potřebou dodání velkého množství práce pro uskutečnění fázového přechodu (např. výroba umělého sněhu pomocí sněhových děl) nebo naopak související s příliš rychlým průběhem fázového přechodu díky přítomnosti vhodného povrchu pro vznik nové fáze (např. rosení skel v chladném počasí). Ovlivnění fázových přechodů oběma směry tak představuje důležitou oblast fyzikálně chemického výzkumu, kde mohou nalézt své uplatnění i nanotechnologie. Nanočástice díky vysokému poměru počtu povrchových atomů vůči počtu atomů v objemu částice oplývají přebytkem povrchové energie a jsou tak ideálním nástrojem pro modifikaci průběhu fázových přechodů čistých látek. I velmi malé množství hmoty rozptýlené do nanorozměrů může zásadně ovlivnit nejen technologické procesy, ale i procesy probíhající přirozeně v přírodě. Lidé už dlouho využívají rozprašování velmi malých částic AgI do atmosféry pro vyvolání deště, protože na těchto malých částicích dochází ke kondenzaci vodních par za vzniku mraků a tedy deště. Rovněž výroba umělého sněhu pomocí sněhových děl probíhá snadněji po přídavku disperze velmi malých částic do rozstřikované vody, protože na nich dochází snadněji ke tvorbě krystalků ledu oproti situaci, kdy by krystalky ledu musely vznikat homogenní nukleací. Ale existují i nepříznivé situace vyvolané člověkem v přírodě (i když neúmyslně), které zhoršují poměry v životním prostředí. Aerosoly produkované lidskou činností (doprava, průmyslové exhalace i exhalace z domácností) způsobují kondenzaci vodních par v hustě obydlených aglomeracích za tvorby velmi nízké oblačnosti, která omezuje další proudění škodlivin v ovzduší do větších vzdáleností a jejich zvýšené koncentrace se tak projevují jako zdraví škodlivý smog, což je směs mikrokapiček vody, tuhých částeček a řady toxických plynných látek produkovaných jak člověkem tak i účinkem slunečního záření na tento chemický kotel dusící zejména v zimním období mnohá světová velkoměsta.

Katalytická aktivita nanočástic kovů a jejich kompozitů pro aplikace v energetice
Školitel: doc. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Nanomateriály na bázi kovů a jejich sloučenin oplývají řadou unikátních vlastností z pohledu řady přírodovědných oborů. Z hlediska chemie se jedná zejména o jejich katalytickou aktivitu, která je v prvé řadě spojena s vysokým poměrem mezi atomy či molekulami na povrchu částice oproti jejímu objemu. Současný vývoj v oblasti nanotechnologií pro energetické aplikace souvisí právě s touto vysokou katalytickou aktivitou nanomateriálů. Mimo výzkum směřující k vývoji nových systémů získávání energie ať již chemickou cestou (elektrochemické články) či cestou konverze sluneční energie je pozornost řady výzkumných týmů zaměřena i do oblasti uchování energie v energeticky bohatých sloučeninách. Jednu z takových reakcí, která umožňuje uchování získané energie pro pozdější použití a současně eliminuje i část nepříznivých emisí oxidu uhličitého je redukce tohoto produktu spalování fosilních paliv za vzniku řady organických sloučenin pro zpětné použití v energetice, ale i s další využitelností pro chemický průmysl či dopravu. Jedná se o reakci redukce oxidu uhličitého vodíkem za vzniku řady uhlovodíků a dalších organických sloučenin, typicky methanolu. Tato reakce, obdobná Fischer-Tropschově syntéze uhlovodíků z oxidu uhelnatého, probíhá efektivně jen s pomocí katalytických systémů na bázi kovů či jejich sloučenin (nejčastěji oxidů). Dlouhodobé zkušenosti z oblasti výzkumu katalytické aktivity kovových nanomateriálů na půdě PřF UPOL vedly v poslední době k vývoji efektivního kompozitního nanokatalyzátoru pro tuto reakci na bázi nanočástic mědi navázaných na nanostrukturovaném oxidu železitém. První testy tohoto katalyzátoru ve spolupráci s katalytickou skupinou Dr. Vajdy z Argonne National Laboratory (Chicago, USA) ukázaly vysokou aktivitu tohoto katalyzátoru vzhledem k produkci uhlovodíků. Další výzkum bude prováděn za pomoci mikroreaktoru firmy PID pro studium heterogenní katalýzy v plynných reakčních systémech s propojením s analytickým systémem na bázi GC/MS. Hlavním cílem tohoto tematického zaměření doktorské práce tak bude výzkum a vývoj katalytického systému na bázi nanočástic ušlechtilých kovů kombinovaných s nanočásticemi oxidů železa s vysokou katalytickou aktivitou pro nízkoteplotní (do cca 300 °C) hydrogenaci oxidu uhličitého za vzniku dále využitelných sloučenin nejen pro energetiku, ale i další oblasti lidské činnosti.

Nanomateriály pro biologické aplikace

 

Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanostrukturní materiály jsou unikátní díky specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem, které se odráží i ve specifické interakci s živými organismy, díky čemuž nanomateriály vykazují ojedinělé biologické vlastnosti. Užitné vlastnosti nanomateriálů s biologickými vlastnostmi jsou široké a lze je využít např. v medicíně k léčbě či diagnostice onemocnění, biologicky aktivní nanomateriály mohou být uplatněny v průmyslových odvětvích či v environmentálních aplikacích pro odstranění nežádoucích biologických, především mikrobiálních, kontaminací. Typickým příkladem jsou nanočástice stříbra, které vykazují vysokou antimikrobiální aktivitu, které lze využít v léčbě mikrobiálních infekcí včetně těch, které jsou způsobeny vysoce rezistentními bakteriálními kmeny, u nichž selhává léčba pomocí klasických antibiotik. Na druhou stranu je potřeba brát zřetel na případné nežádoucí biologické účinky nanomateriálů při interakci s biologickými systémy, které se mohou vyskytovat právě díky jejich unikátním a neobvyklým biologickým vlastnostem. Studium mechanismu interakce nanomateriálů s biologickými systémy na různé buněčné úrovni a jejich využití pro biologické a medicínské aplikace tak představuje velice zajímavou a pestrou vědecko-výzkumnou oblast.

Nanomateriály pro katalytické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanočástice ušlechtilých kovů vykazují díky svým specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem vysokou chemickou aktivitu, konkrétně vysokou katalytickou aktivitu. Katalytické účinky jsou dány jednak samotnou chemickou povahu uvedených kovů, a navíc mohou být zvýšeny nanorozměry a morfologií částic těchto kovů, které vedou k obrovskému nárůstu plochy povrchu daného kovu nutnému pro efektivní průběh heterogenní katalýzy. Nanočástice kovů skupiny I. B vykazují vysokou katalytickou aktivitu zejména v redox reakcích, kovy skupiny platiny a kovy příbuzné jsou pak vysoce efektivní v reakcích za účasti vodíku, což se týká zejména syntézy jednoduchých uhlovodíků a jejich derivátů (např. Fischer-Tropschova syntéza). V oblasti katalytických aplikací lze výzkum a vývoj zaměřit zejména na syntézu a vývoj vysoce katalyticky efektivních nanomateriálů na bázi kovů a jejich sloučenin aplikovatelných např. pro environmentální technologie (např. redoxní reakce a likvidace polutantů ve vodách), nebo v oblasti průmyslové chemie v řadě chemických procesů (výroba ethylenoxidu, Fisher-Tropschova syntéza) či v oblasti technologií pro energetiku (reformace CO2 na metanol, vysoce aktivní elektrody pro palivové články). Praktické aplikace nanomateriálů jsou však často doprovázeny agregátní nestabilitou nanočástic kovů či omezenou možností separace po provedení reakce v reálných aplikačních systémech. Jednou z možností, jak předcházet těmto nežádoucím jevům, je ukotvení nanočástic kovů na zvolené inertní substráty. Jako příklad lze uvést přírodní hlinitokřemičitanové materiály, oxidy kovů či magnetické materiály, jako jsou oxidy železa, které dále usnadňují magnetickou separaci katalyzátoru po provedení reakce.

Příprava nanočástic a nanokompozitů pro katalytické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Současný vývoj v oblasti nanotechnologií směřuje od přípravy a využití izolovaných nanočástic k systémům, kdy jsou pevně zachyceny na vhodném podkladu (koloidní částice, mikročástice či makrosystémy). Takovéto kompozity vykazují jedinečné fyzikálně chemické vlastnosti, odlišné od samotných nanočástic. Mimo zvýšené agregátní stability nanočástic dochází často k synergickému efektu zlepšení fyzikálně chemických vlastností zmíněných materiálů (např. katalytická aktivita, optické vlastnosti, separace, agregátní stabilita, atd.).
Cílem této práce bude výzkum a vývoj v oblasti přípravy, charakterizace a aplikace nanočástic ušlechtilých kovů (měď, stříbro, zlato, platina, paladium, atd.) případně jejich sloučenin. Oblast přípravy bude výzkum zacílen na vývoj a optimalizaci metod přípravy nanočástic a nanokompozitů na bázi uvedených kovů a případně jejich sloučenin (ve formě vodných disperzí, samoorganizovaných vrstev či imobilizovaných částic na nosičích typu: SiO2, Al2O3, ZrO2, FexOy, sklo, křemen, aj.) včetně jejich charakterizace (velikost, morfologie, stabilita, atd.). Zmíněné materiály budou následně studovány a testovány z hlediska jejich efektivity pro účely heterogenní katalýzy či spektroskopických aplikací (povrchem zesílená Ramanova spektroskopie).
V oblasti katalýzy jsou mikro či nanočástice, případně nanokompozity používány ve velmi velkém měřítku v oblasti organické syntézy (Ullmannova syntéza, Fischer-Tropsch syntéza, příprava amoniaku (Haber-Bosch reakce), hydrogenační či dehydrogenační reakce, Suzukiho reakce, atd.), dále v oblasti velmi intenzivně se rozvíjejících oblastech jakými jsou palivové články, fotovoltaika, fotokatalýza, fotochemické štěpení vody, katalyzátory v automobilech pro oxidaci nespálených uhlovodíků, oxidu uhelnatého a redukci oxidů dusíku. Další významnou aplikací zmíněných materiálů je jejich použití v pokročilých oxidačních procesech využívaných pro sanační technologie používaných pro čištění odpadních vod a starých ekologických zátěží. Společným a často se vyskytujícím požadavkem podmiňujícím průmyslovou aplikaci je jejich schopnost odbourávat toxické a často také perzistentní organické polutanty, které vzdorují nebo přímo deaktivují tradičně používaný biologický stupeň, tvořící nedílnou součást většiny čističek odpadních vod.

Příprava nanočástic a nanokompozitů pro spektroskopické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie se řadí mezi moderní analytické techniky umožňující detekovat velmi nízké koncentrace látek. Neustálý vývoj Ramanovských spektrometrů má za následek, že tyto instrumenty se stávají cenově dostupnější a díky tomu se stále více rozšiřuje počet těchto přístrojů nejen na vědeckých pracovištích, ale zejména se tyto přístroje stávají běžnou součástí komerčních laboratoří. Velmi důležitou oblastí, kde lze tyto přístroje nalézt, ať již ve formě klasických či zejména mobilních verzích, jsou vybrané složky policie, hasičského záchranného sboru či armády, kde jsou tyto instrumenty využívány pro identifikaci hořlavin, drog, výbušnin, apod. Jelikož má povrchem zesílená Ramanova spektroskopie velmi značný potenciál, který ji předurčuje k budoucímu rozšíření do mnoha oblastí lidské činnosti (rychlá a citlivá detekce výbušnin, drog, či detekce markerů pro stanovení chorob, toxikologie, forenzní analýza atd.), tak cílem dané problematiky bude reprodukovatelná příprava efektivních, spolehlivých, a jednoduše použitelných substrátů založených na bázi stříbra a zlata.

Příprava vrstev nanočástic kovů, nanostrukturovaných povrchů kovů a nanokompozitů pro účely jejich použití v oblasti povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.

Pokročilé techniky molekulární spektroskopie jako nástroje pro studium interakcí neurotransmiterů s nanomateriály
Školitel: doc. RNDr. Václav Ranc, Ph.D.
Ramanova mikroskopie je významným nástrojem v analytické chemii používaným pro analýzu distribuce biologicky aktivních látek v buňkách či tkáních. Díky využití povrchem zesíleného Ramanova efektu lze analyzovat i sloučeniny na velmi nízkých koncentračních úrovních, což dále zvyšuje aplikační této potenciál techniky. Studium signálních drah neurotransmiterů a jejich ovlivňování je bezesporu důležitým úkolem neurověd. Cílem práce bude vývoj metod založených na Ramanově mikroskopii, jež budou sloužit:
1. ke studiu distribucí neurotransmitterů napříč mozkovou tkání. Analytický proces bude dále aplikován na tkáně s různými stupni gliomů
2. ke studiu interakce neurotransmitterů s deriváty grafenu. Tato část práce bude cílit především na vývoj metod pro cílené ovlivňování signálních drah.

Nanokatalýza v plynné fázi
Nanocatalysis in the gas phase
Školitel: doc. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Konzultant: RNDr.Štefan Vajda CSc., Dr. habil.

studijní program Organická a bioorganická chemie

Výzkum nových fluorescenčních systémů pro aplikace v chemické biologii
Školitel: prof. RNDr. Jan Hlaváč, Ph.D.
Přesto, že jsou fluorescenční systémy ve studiu biologických procesů hojně využívány, nepokrývají zdaleka všechny aplikační potřeby. Rovněž jejich vlastnosti vždy nevyhovují specifickému způsobu použití, a proto je potřeba vyvíjet nové systémy, které tyto problémy řeší. Velká pozornost je v současném vývoji nových fluorescenčních látek věnována tzv. multifunkčním sondám, tj. systémům, které jsou schopny detekovat případně i stanovit více sledovaných analytů za pomoci jednoho derivátu, případně disponují možností detekovat přítomnost daného analytu a na základě pozitivní odezvy uvolnit léčivo.
V rámci tohoto tématu se budou studenti zabývat přípravou multifunkčních fluorescenčních sond pro detekci různých enzymů v jejich směsi a dále v kombinaci s určením pH, redoxního potenciálu, přítomnosti vybraných markerů, apod. Pozornost bude zaměřena rovněž na vývoj fluorescenčních systémů zaměřených na specifický transport léčiv. Tyto systémy budou reflektovat přítomnost selektivního markeru, který se navíc stane spouštěčem uvolnění léčiva z celého systému. Tento typ výzkumu bude směrován do oblasti tzv. theranostik, kde se spojuje terapie a diagnostika do jednoho molekulového systému.
Funkčnost těchto systémů budou studenti sami ověřovat na modelových médiích. Úspěšné sondy pak budou testovány ve spolupráci s dalšími pracovišti na vybraných buněčných liniích.

Design a syntéza nových heterocyklických sloučenin s potenciální antimikrobiální aktivitou
Školitel: RNDr. Lucie Brulíková, Ph.D.
Cílem této disertační práce bude design a syntéza nových heterocyklických sloučenin s potenciální biologickou aktivitou, zejména pak antimikrobiální. Pomocí klasické roztokové syntézy či syntézy na pevné fázi budou připravovány série nových derivátů a následně testovány na řadu jak gram-pozitivních tak gram-negativních bakterií. Dle výsledků biologického testování budou struktury dále upravovány, případně hledán zcela nový farmakofor.

Axiálně chirální heterocyklické sloučeniny s potenciální aplikací v oblasti organokatalýzy, chirálních derivatizačních činidel a inhibice proteinkinas
Školitel: doc. RNDr. Petr Cankař, Ph.D.
Axiální chiralita organických sloučenin je nejčastěji popsána na ortho-substituovaných biarylových sloučeninách, kde dochází k omezení volné otáčivosti kolem jednoduché vazby spojující oba aryly. Vazbou s omezenou otáčivostí prochází osa chirality. Pokud je energetická bariéra volné otáčivosti dostatečně velká, je možné připravit a izolovat atropoizomery, které mohou mít značné praktické využití. Z počátku nebyla atropoizomerii věnována dostatečná pozornost, protože první izolované atropoizomery nebyly dostatečně stabilní pro praktické použití. V posledních 20 letech však dochází k velké renesanci ve využití axiální chirality u organických sloučenin, a to zejména v oblasti organokatalýzy a v poslední dekádě také v medicinální chemii. Hlavním důvodem jsou nové možnosti v prostorovém uspořádání molekul.
Cílem disertační práce bude syntéza a studium axiálně chirálních heterocyklických sloučenin, které umožňují nové prostorové interakce různé povahy dle přítomných funkčních skupin a heterocyklických systémů při stereoselektivní organokatalýze či inhibici proteinkinas. Další oblastí výzkumu může být využití axiálně chirálních sloučenin v roli derivatizačních činidel pro analýzu stereoizomerů a jejich směsí.

Asymetrická syntéza katalyzována pomocí chirálních Brønstedtových kyselin
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
V posledních dvou dekádách zaznamenal obor organické syntézy značný odklon od využívání toxických tranzitních kovů jako efektivních katalyzátorů pro mnohé organické transformace. Tento krok, jak již sám osobě velmi obtížný, se zdál být přímo nemožný, pakliže došlo na enantioselektivní transformace katalyzované tranzitními kovy. Aby tato vzrušující a důležitá otázka mohla být patřičně adresována, nový typ katalyzátorů neobsahující tranzitní kovy musel být vyvinut. Tak se zrodil obor nazvaný organokatalýza. V tzv. organokatalytických reakcích dochází ke katalýze organických transformací pomocí malých chirálních organických molekul. Tento typ katalýzy prodělalza posledních 20 let obrovský rozkvět a zejména v posledních 10-ti letech se stal nedílnou součástí organických katalytických transformací běžně prováděných v laboratořích syntetických a medicinálních chemiků. Mnoho z těchto reakcí je katalyzovaných pomocí Brønstedtových kyselin. Z pohledu pKa kyselin standardně využívaných při organokatalytických reakcích by se tyto kyseliny dali rozdělit do dvou hlavních skupin: slabě kyselé (pKa = >10), kterým se také říká katalyzátory pomocí vodíkové vazby, a silnější Brønstedtovy kyseliny (typicky pKa = <3). Překvapivě transformace katalyzované pomocí kyselin s pKa v intervalu od 3 do 10 až do nedávna unikali zájmu syntetických chemiků. Je to překvapivé zejména proto, že tento interval pokrývá všechny karboxylové kyseliny. V posledních 5 letech však tato oblast bouřlivě rozvíjí, bohužel však zatím se spíše rozpačitými výsledky. Jedním z důvodů je těchto výsledků je poněkud obtížnější prostorová kontrola (a s tím spojená enantioselektivita reakcí) umístění karboxylových vodíků. Tento projekt se tedy bude zabývat vývojem nových chirálních Brønstedtových kyselin s pKa karboxylových kyselin, ale neobsahujících karboxyl, a s tím spojených organokatalytických procesů.

Vývoj nových syntetických metod založených na chemii heterocyklických sulfidů, sulfoxidů a sulfonů
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Hledání nových biologicky aktivních látek, které by byly využitelné v roli molekulárních sond pro studium biologických procesů je jedním z hlavních témat chemické biologie. Najít ale takovou molekulární sondu – malou organickou molekulu – která by nám umožnila pochopit studované biologické procesy, je velice obtížné a ukazuje se být skutečnou výzvou I teď na počátku 21. století. Toto hledání se totiž podobá známému „hledání jehly v kupce sena“. Jednou z odpovědí chemiků a biologů na tuto výzvu je příprava strukturně různorodých knihoven organických molekul. Snadná, krátká a stereo a regioselektivní syntéza strukturně různorodých molekul vycházejících ideálně z jedné nejlépe komerčně dostupné organické molekuly, patří k jednomu z prioritních cílů moderní syntetické chemie. Cílem tohoto tématu je vyvinout nové syntetické postupy a metody založené na chemii sulfidů, sulfoxidů a sulfonů, které by nám umožnily vytvořit rychle (2-4 kroky) a selektivně rozsáhlé chemické knihovny obsahující strukturně značně rozličné molekuly.

Syntéza a studium dusíkatých heterocyklů jako ligandů pro různé biologické cíle
Školitel: doc. RNDr. Miroslav Soural Ph.D.
Dusíkaté heterocykly představují velmi důležitou skupinu organických sloučenin. Tvoří běžný strukturní motiv v řadě přírodních či syntetických, biologicky aktivních látek. Přibližně 60% léčiv, která byla do dnešního dne schválena pro klinické použití, obsahuje ve své struktuře dusíkatý heterocyklus. Z tohoto důvodu jsou dusíkaté heterocykly atraktivním chemotypem v oblasti medicinální chemie. K dnešnímu dni bylo připraveno množství derivátů vykazujících rozmanité biologické účinky, např. antibiotické, antibakteriální, antifungální, protinádorové, antivirové, analgetické atd. V literatuře dostupné informace o vztazích mezi strukturou a aktivitou konkrétních derivátů proto umožňují (s pomocí molekulárního modelování, je-li znám molekulární cíl) racionální návrh struktury nových analogů s potenciálně výhodnějšími farmakologickými vlastnostmi, např. vyšší aktivitou, selektivitou a metabolickou stabilitou. Cílem disertační práce spadající do této oblasti je hledání nových heterocyklických léčiv na bázi standardního postupu: 1) výběr biologického cíle a strukturní design potenciálního ligandu (typicky s použitím metody scaffold hopping nebo molekulárního modelování), 2) vývoj a optimalizace syntetické metody umožňující přípravu cílové struktury, 3) příprava série substituovaných derivátů za účelem studia mezi strukturou a aktivitou (SAR) látek, 4) primární testování a vyhodnocení SAR, 5) další racionální modifikace struktury s použitím dosažených informací vedoucí k pokročilým derivátů a jejich farmakologické hodnocení. Konkrétní strukturní motiv bude určen na bázi aktuálních výsledků výzkumné skupiny. V současné době je pozornost věnována zejména cytotoxickým sloučeninám působícím proti nádorovým buňkám a derivátům orientovaným na biologické cíle nacházející se v centrální nervové soustavě. Biologické hodnocení probíhá ve spolupráci s Katedrou experimentální biologie, Ústavem molekulární a translační medicíny a Jagellonskou Univerzitou v Krakowě.

Modifikace molekul pentacyklických triterpenů v oblasti kruhu E a A a studium jejich protinádorové a neuroprotektivní aktivity.
Školitel: doc. RNDr. Milan Urban, Ph.D.
Triterpeny jsou přírodní sloučeniny disponující řadou biologických aktivit,na našem pracovišti se zabýváme zejména sloučeninami s aktivitou cytotoxickou a s tím související protinádorovou. Nejaktivnější deriváty mají IC50 v hodnotách nízko mikromolárních až submikromolárních což v souvislosti s nízkou toxicitou by tyto molekuly předurčovalo k tomu stát se protinádorovými terapeutiky. Vysokou cytotoxickou aktivitou disponují zejména deriváty lupanu (Obr. 1) a proto jim je věnována zvláště vysoká pozornost. Druhou oblastí zájmu jsou triterpeny s neuroprotektivní aktivitou, které vykazují významné ochranné účinky na buněčných modelech Parkinsonovy a Alzheimerovy nemoci. Hlavním problémem aktivních triterpenů je vysoká lipofilita, nízká rozpustnost ve vodě a s tím spojená nedostatečná biodostupnost při perorálním podání. U některých neuroprotektivních sloučenin je pak negativem jejich přílišná cytotoxicita. Jednou z možností, jak tyto nevhodné vlastnosti upravit, je příprava prodrugs. Přes velké úsilí o nalezení optimálních prodrug jsou výsledky tohoto výzkumu dosud spíše dílčí.
V rámci této práce budou připravovány nové sloučeniny zejména sledem různých oxidačních reakcí, halogenací, cross-couplingů, cykloadičních reakcí apod. s hlavním cílem nalézt molekuly s lepší selektivní cytotoxickou aktivitou nebo neuroprotektivní aktivitou než dříve připravené deriváty.  U všech nových derivátů proběhne změření hodnot obou sledovaných biologických aktivit a na základě výsledků dojde k selekci vhodných kandidátů pro další vývoj v jedné či druhé kategorii aktivit, ze kterých budou syntetizovány další deriváty s ohledem na farmakologické parametry, zejména rozpustnost, toxicitu a biodostupnost. Za tímto účelem budou využity dříve vyvinuté postupy přípravy prodrugs, ale budou hledány i nové alternativy. Předpokládá se, že v rámci práce bude připraveno několik sérií derivátů, které budou plně charakterizovány a testovány na jejich biologické aktivity. Z výsledků by mělo být patrné, jaký vliv mají jednotlivé modifikace a prodrug skupiny na aktivitu a farmakologické vlastnosti, zejména biodostupnost a metabolismus. Práce by měla vést k formulaci vztahů mezi strukturou a biologickou aktivitou. Všechny syntézy půjdou ruku v ruce s biologickým skríningem a zpětná vazba z tohoto testování bude určovat směr syntéz k optimalizovaným molekulám vhodným pro vývoj protinádorového léčiva.

Informatika

studijní program Informatika

Analýza relačních dat
Relational data analysis
Školitel: prof. RNDr. Radim Bělohlávek, DSc.
Cílem práce je vyvinout nové metody a algoritmy pro analýzu relačních dat, zejména pro hledání shluků a pojmů v datech, závislostí v datech, faktorizace a snižování dimenzionality dat. Součástíí práce bude zkoumání časové složitosti vybraných problémů a navrhovaných algoritmů a testování metod a algoritmů na datech.

Verifikační problémy: algoritmy, složitost, experimenty
Verification problems: algorithms, complexity, experiments
Školitel: doc. RNDr. Petr Jančar, CSc.
V oblasti automatizované verifikace žádoucích vlastností softwarových a hardwarových systémů se objevují mnohé problémy, jejichž výpočetní složitost dosud nebyla uspokojivě objasněna. Cílem návrhu této práce je přitáhnout k tomuto tématu studenta, jehož výzkumné úsilí může být zaměřeno na teoretické a/nebo experimentální výsledky.

Zjednodušování axiomatických systémů
Simplification of axiomatic systems
Školitel: doc. RNDr. Miroslav Kolařík, Ph.D.
Hlavním cílem je vyřešit některé konkrétní otevřené problémy z oblasti zjednodušování axiomatických systémů. Očekává se, že se student seznámí s nejnovějšími poznatky v oblasti, včetně souvisejících softwarových nástrojů, a poté navrhne vlastní algoritmy a implementuje vlastní softwarový nástroj. Aplikace by měla být schopna odvodit nové identity z daného axiomatického systému (pokud to čas a paměť dovolí). Aplikace bude dále umět ověřovat nezávislost daných axiomů hledáním modelů splňujících všechny axiomy daného axiomatického systému kromě jednoho.

Analýza a řízení odolnosti diskrétních systémů
školitel: doc. RNDr. Tomáš Masopust, DSc.
Odolnost systému je schopnost snést velké narušení v rámci akceptovatelného snížení výkonu a obnovit se v přípustném čase. Cílem práce je vyvinout nové metody a algoritmy pro analýzu a zajištění odolnosti systémů modelovaných pomocí konečných automatů či Petriho sítí vzhledem k narušení důvěrnosti, dostupnosti či integrity.

Matematika

studijní program Algebra a geometrie

Konstrukce a reprezentace reziduovaných struktur
Školitel: Doc. Mgr. Michal Botur Ph.D.

Teorie agregačních funkcí
Školitel: Prof. Mgr. Radomír Halaš Dr.

Variety svazově uspořádaných efektových algeber
Školitel: Doc. RNDr. Jan Kühr Ph.D.

Speciální difeomorfismy variet se strukturami
Školitel: Prof. RNDr. Josef Mikeš DrSc.

studijní program Aplikovaná matematika

Funkcionální regresní modely se složitou strukturou
Školitel: Doc. RNDr. Eva Fišerová, Ph.D.
Funkcionální analýza dat je soubor metodologií vhodných pro analýzu vysoce dimenzionálních měření, jako jsou křivky nebo povrchy, které data neuvažují jako posloupnost jednotlivých měření za sebou, ale jako celé funkce. Regresní modely jsou považovány za funkcionální, pokud lze s vysvětlující proměnnou, závislou proměnnou nebo s vysvětlující i závislou proměnnou zacházet jako s funkcemi. Cílem disertační práce je rozvoj vhodných statistických metod a algoritmů zaměřených na statistické modelování zejména v situacích, kdy náhodné chyby mají složitou varianční a korelační strukturu, existují restrikce na regresní parametry nebo pozorování jsou neúplná. Důraz bude kladen jak na teoretické aspekty týkající se odhadů, nejistoty a statistické indukce, tak i na praktickou implementaci a výpočetní proveditelnost.

Aproximace funkcionálních dat
Školitelka: doc. RNDr. Jitka Machalová, Ph.D.
Konzultant: prof. RNDr. Karel Hron, Ph.D.
V rámci analýzy funkcionálních dat se často setkáváme s daty, které představují hustoty rozdělení pravděpodobností. K aproximaci takovýchto dat lze efektivně použít splinové funkce.  Práce se bude zabývat jak aproximací jednorozměrných, tak i dvourozměrných hustot pomocí vyhlazujících splinů. Bude řešena optimální volba a uzlů a volba penalizačního parametru.

Bayeovská statistika užitím Bayesových prostorů
Školitel: prof. RNDr. Karel Hron, Ph.D.
Bayesovská statistika má ohromný aplikační potenciál prakticky ve všech vědních oblastech. Přitom se často setkáváme s tím, že jsou pomocí ní zpracovávána data relativní povahy, ať již v diskrétní podobě (kompoziční data) nebo ve spojité podobě (hustoty rozdělení pravděpodobností), což je zapotřebí zohlednit jejich vhodnou logpodílovou reprezentací. Nadto i v rámci samotných bayesovských odhadů je třeba reflektovat specifickou geometrickou strukturu klíčových komponent Bayesovy věty: apriorního rozdělení, věrohodnostní funkce a aposteriorního rozdělení. V rámci disertační práce se budeme věnovat všem těmto tématům užitím metodiky Bayesových prostorů, která umožňuje elegentní přístup k relevantnímu zpracování dat pomocí bayesovských metod jakož i k rozvoji samotné bayesovské statistiky.

studijní program Didaktika matematiky

Problem posing a problem solving ve výuce matematiky
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.

Využití formální analýzy konceptů ve školském vzdělávání
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.

Matematická self-efficacy a výkon v matematice
Školitel: prof. RNDr. Josef Molnár CSc.

Vliv on-line výuky na úroveň matematických znalostí studentů
Školitel: Mgr. Vladimír Vaněk Ph.D.

Analogie ve školské matematice
Školitel: RNDr. Jaroslav Švrček CSc.

studijní program Matematická analýza

Analýza rovnovážných stavů
Analysis of equilibria
Školitel: Prof. RNDr. dr hab. Jan Andres CSC.,DSc.
Nonlinear and multivalued analysis of equilibria will be considered to dynamical systems and differential inclusions. Standard well known equilibria are, for instance those of Nash in the frame of the game theory. Using the fractional and topological methods (degree arguments, or so), the existence, localization, multiplicity and stability results will be of an interest.

Mnohoznačné okrajové úlohy
Multivalued boundary value problems
Školitel: Prof. RNDr. dr hab. Jan Andres CSC.,DSc.
Boundary value problems for the second-order differential inclusions with Neumann boundary conditions will be under consideration. The applied technique will be based on a combination of topological (e.g. degree) arguments and Lyapunov-type bounding functions. The existence, localization and multiplicity results will be of an interest.

Skoroperiodické posloupnosti
Almost-periodic sequences
Školitel: Prof. RNDr. dr hab. Jan Andres CSC.,DSc.
The hierarchy of almost-periodic sequences will be investigated in various metrics. The existence of almost-periodic solutions will be then considered. In the particular case of limit-periodic solutions, the difference equations will be preferably explored in the absence of global lipschitzianity imposed on the right-hand sides.

.

Vědy o Zemi

studijní program Geoinformatika a kartografie

Stanovení vybraných ekosystémových funkcí krajiny pomocí DPZ
Školitel: Doc. RNDr. Vilém Pechanec, Ph.D.
Cílem práce je nalezení vhodných dat, algoritmů a postupů v oblasti DPZ, jež budou využitelné pro identifikaci a kvantifikaci ekosystémových funkcí a služeb krajiny. 

Predikce vývoje landcover / landuse v ČR
Školitel: Doc. RNDr. Vilém Pechanec, Ph.D.
Cílem práce je namodelovat predikovaný stav landuse pro rok 2090. Hlavní model bude vytvořen pro celé území ČR v rozlišení 100m/px a zvažovat bude scénář bussines as ussualy (BAU).

Prostorové vyhodnocování obyvatelnosti měst
Školitel: Doc. Ing. Zdena Dobešová, Ph.D.
Cílem práce je vyzkoumat možnosti přístupu hodnocení obyvatelnosti měst pomocí GIS. Struktura, uspořádání a vybavenost městského prostředí výrazně ovlivňuje úroveň obyvatelnost (livability) jejich obyvatel. Jedním z parametrů je výpočet chodeckosti (jako podpora pěšího dopravy) ve městech. Automatické zpracování prostorových dat v GIS umožňuje navrhnout různé vyhodnocení míry obyvatelnosti měst obyvatel. Různé pohledy a možnosti automatického zpracování prostorových dat bude cílem disertačního výzkumu.

Vizuální programování pro zpracování prostorových dat
Školitel: Doc. Ing. Zdena Dobešová, Ph.D.
Vizuální programování v GIS je metoda navrhování pracovních postupů zpracování dat (workflow) v grafické podobě. Cílem práce je výzkum kognitivních a funkčních aspektů vizuálních jazyků v GIS. Vylepšení grafické notace a funkčnosti vizuálních jazyků mají potenciál pro širší využitelnosti workflow v GIS.

Multikriteriální analýzy územního potenciálu v prostorovém plánování
Školitel: Doc. RNDr. Jaroslav Burian, Ph.D.
Cílem práce je rozšířit současné metody multikriteriálních analýz územního potenciálu v prostorovém plánování o nově dostupné datové sady (např. pasport zeleně, pasport dopravy, pocitová bezpečnost, kriminalita, demografické ukazatele, místa pracovišť, mapy zranitelnosti) a nové metody výpočtů (např. analýzy dostupností, analýzy bezpečnosti, metody vyhledání vnitřních rozvojových ploch). Celý postup MCA bude dále doplněn také o identifikaci vhodných ploch pro rozvoj města, a to jak uvnitř zastavěného území (proluky), tak na volných plochách (nově zastavitelné plochy). Jednotlivé fáze zpracování budou dle potřeby v prostředí GIS zautomatizovány. Součástí práce bude zhodnocení dostupných datových sad včetně doporučení na jejich doplnění a dále také návrh vhodné formy vizualizace vytvořených výstupů.

Aplikace agregačních a disagregačních metod na zpracování statistických dat ze SLDB 2021
Školitel: Doc. RNDr. Jaroslav Burian, Ph.D.
Cílem práce je aplikovat agregační a disagregační metody na vybraná data ze SLDB 2021 a v případě dostupných vhodných dat ze starších SLDB (1991, 2001, 2011) provést srovnání v čase. V práci budou nejprve z dat SLDB 2021 identifikovány datové sady, které je vhodné agregovat/disagregovat pro území celého Česka. Následně budou otestovány nejvhodnější postupy zpracování, které budou zpracovány do podoby nástroje umožňujícího automatizované zpracování dat. Dále budou identifikována témata, která je možné hodnotit napříč všemi SLDB. Výsledná data budou publikována formou otevřených datových sad. Data budou zpracována jak za územní jednotky, tak za gridové sítě.

Analýza preferencí uživatelů webových map
Školitel: Prof. RNDr. Vít Voženílek, CSc.
Výzkum se zaměřuje na specifické geovizuální vzory práce na internetu, které lze identifikovat při používání webových map. Systematicky bude zkoumáno a vizualizováno chování geobrowsingu. Více případových studií bude zahrnovat různé přístupy k navigačnímu chování na obrazovce s ohledem na navigační pomůcky a poskytované multimediální informace. Výzkum také zahrnuje uživatelské preference satelitních pohledů. Zvláštní pozornost bude věnována technickému řešení získání softwarové aplikace pro analýzu zaznamenaných datových sekvencí.

Analýza konceptů, obsahů a užívání školních atlasů z pohledu Bloomovy taxonomie
Školitel: Prof. RNDr. Vít Voženílek, CSc.
Cílem výzkumu je navrhnout, provést a vyhodnotit analýzu konceptů, obsahu a využití školních atlasů podle Bloomovy taxonomie. Práce zahrnuje teoretické rozpracování současných aspektů atlasové tvorby i praktické testování řešení úloh nad mapami školních atlasů žákem. Série testu bude navržena podle Bloomovy taxonomie. Jedním z výstupů bude návod a vzorový soubor úloh podle Blooma nad mapami z vybraného školního atlasu.

Modelování a vizuální analýza 3D klimatických dat
Školitel: Prof. RNDr. Vít Voženílek, CSc.
Cílem disertačního výzkumu je docílit společné vizualizace 3D terénních klimatických dat získaných ze simulací s městskými 3D modely. Zkoumány budou způsoby vizualizace a navigace simulovaných klimatických dat v městských 3D modelech pomocí řady horizontálních 2D rovin a 3D mračen bodů. Současně budou prozkoumány parametry vyjadřovacích prostředků týkající se průhlednosti, 3D sémiologických pravidel, funkcí filtrování a animace s cílem zlepšit vizuální analýzu 3D distribuce klimatických dat. Výzkum se zaměří na sémiologii klimatických dat, grafické znázornění klimatických dat, vč. využití barev ke zlepšení vizualizace klimatických dat, ve 2D i 3D reprezentaci a 3D vizualizační prostředí pro vizuální analýzu klimatických dat. Doktorand bude úzce spolupracovat s modeláři Českého hydrometeorologického ústavu a jejich datovými sadami.

Kognitivní hodnocení dynamických kartografických experimentů
Školitel: RNDr. Stanislav Popelka, Ph.D.

studijní program Geologické vědy

Geochemie a mobilita kontaminantů na odkališti Kanye v jihovýchodní Botswaně
Školitel: Prof. Ing. Ondřej Šráček Ph.D.,M.Sc.
Odkaliště důlních odpadů představují zdroj kontaminantů a riziko pro životní prostředí. Většina studovaných odkalištˇ flotačních odpadů je se sulfidickými minerály jako je pyrit ale mnohem méně je pak známo o odkalištích s minerály manganu. Geochemie manganu je poměrně komplikovaná a závisí značně na Eh a pH podmínkách. Řada minerálů je amorfních nebo špatně krystalických a to komplikuje jejich určení. Odkaliště v Kanye se nalézá v jihovýchodní Botswaně a jsou zde uloženy flotační odpady z ložiska oxidických manganových rud, které se nalézá v jejich těsné blízkosti. Cílem práce je určit chování manganu, železa a dalších prvků jako jsou arzen a olovo, jejich mobilitu a environmentální dopady. V roce 2019 byly odebrány vzorky pevné fáze z odkaliště na dvou profilech a vzorky dnových sedimentů v potoce, který teče z odkaliště. Vzorkování proběhlo v suchém, zimním období a nebyla tak získána žádná voda.
Metodika bude založena na stanovení celkových obsahů prvků ve vzorcích a budou stanoveny minerály za použití RTG difrakce. Pro vybrané vzorky budou provedeny sekvenční extrakce a vodné výluhy. Vybrané vzorky budou studovány elektronovou mikrosondou (EMP) s EDAX a VDX detektory a budou určeny kontaminanty vázané na minerály manganu a další minerály v matrici důlních odpadů. Výsledky vodných výluhů budou interpretovány na základě geochemického modelování za použití programů Phreeqc a Geochemist Workbench.

Původ a vývoj anastomózy řeky Moravy: geofyzikální a geomorfologická analýza
Školitel: Prof. Mgr. Ondřej Bábek Dr.
Anastomóza je specifickým případem říčního stylu, ve kterém se řeka větví do několika paralelních ramen oddělených povodňovými plošinami. Anastomozující řeky mají kromě specifické morfologie i charakteristický styl ukládání sedimentu a jejich sedimentární architektura se významně liší od meandrujících nebo divočících řek. V České republice je jediným případem anastomózy řeka Morava v několika úsecích hornomoravského úvalu, např. v Litovelském Pomoraví. Větvená koryta Moravy však často a rychle meandrují a Morava tak představuje unikátní typ anastomozující řeky s bočně nestálými koryty. Vznik anastomózy může být ovlivněn několika zásadními faktory, ke kterým patří pokles spádu řeky, zpomalení toku a zaplňování koryt sedimentem nebo přísun jemnozrnného sedimentu. Tyto faktory mohou být vyvolány klimaticky nebo tektonicky. Cílem projektu bude vytvoření geomorfologického modelu a modelu sedimentární architektury řeky Moravy v Litovelském Pomoraví a dalších úsecích s vyvinutou anastomózou a interpretovat řídící faktory vzniku anastomózy.
Metodicky se projekt bude opírat o vytvoření a analýzu digitálního modelu reliéfu z laserových skenovacích dat, odběr mělkých sond v nivě Moravy a geofyzikální průzkum metodami dipólového elektromagnetického profilování (DEMP) a elektrické odporové tomografie (ERT). Rychlosti sedimentace ze sond a odkryvů budou stanoveny metodami 137Cs a radiokarbonového datování (AMS 14C). Výsledky budou prezentovány na odborných konferencích a publikovány v mezinárodních odborných časopisech

Původ a paleoklimatický význam červeného zbarvení kontinentálních klastik
Školitel: Prof. Mgr. Ondřej Bábek Dr.
Červené zbarvení kontinentálních sedimentů je podmíněno oxickými podmínkami v atmosféře. Jeho původ je vysvětlován pedogenní dehydratací hydroxidů trojmocného železa, vázané na pouštní prostředí nebo tropické oblasti s převahou lateritického zvětrávání a střídání suchých a vlhkých sezón v teplém klimatu. Výskyt červených facií je časově specifický; červeně zbarvené pískovce jsou typické pro aridní kontinentální klima permokarbonu, spodního devonu, jury a dalších období.
V českém masívu se červené klastické sedimenty nacházejí typicky v permokarbonských pánvích, kde se střídají s šedě barvenými klastiky s uhelnými slojemi. Červené zbarvení se může ojediněle vyskytovat i v pliocenních kontinentálních sedimentech hornomoravského úvalu (pestrá pliocenní série) nebo v v bazálních devonských klastických sedimentech moravskoslezské oblasti. V nedávné doby byly červená klastika pozorována i v holocenních sedimentech v nivě řeky Moravy, jejichž vznik je vázán na bakteriální aktivitu a redoxní gradient podzemní vody.
Cílem projektu je pochopit genezi červeného zbarvení klastických kontinentálních sedimentů a jeho vztah ke klimatickým podmínkám (aridita/humidita, režim zvětrávání, vztah k hladině podzemní vody) a bakteriální aktivitě, na základě detailního petrologického, petrofyzikálního a geochemického studia (difúzní spektrální odraznost, optická a elektronová mikroskopie, ICP-MS s laserovou ablací, Ramanovská spektroskopie, Mossbauerova spektroskopie, prvková geochemie a analýza biomarkerů). V rámci projektu budou zkoumány červeně zbarvená klastika permokarbonských pánví českého masívu a pliocenní a holocenní klastika hornomoravského úvalu. Výsledky budou prezentovány na odborných konferencích a publikovány v mezinárodních odborných časopisech.

Faktory řídící vznik sprašo-půdních sekvencí: implikace pro paleoklimatologickou a paleoenvironmentální interpretaci
Školitel: Mgr. Daniel Šimíček, Ph.D.
Spraše představují plošně nejrozšířenější kvartérní sediment. Větrem navátý prachový materiál je krátce po svém uložení vystaven souboru diagenetických procesů, označovaných jako „zesprašnění“, které vedou k strukturním, minerálním i chemickým změnám, jež jsou zodpovědné za specifické vlastnosti spraší. Ve středoevropských podmínkách je vznik spraší spojen s chladnými a aridními obdobími kvartérního klimatického cyklu. Naopak, v humidnějších a teplejších obdobích se spraš stává ideálním půdotvorným substrátem, což s sebou nese další změny původního minerálního a chemického složení i zrnitostní distribuce. Tímto způsobem vznikají sprašo-půdní sekvence, které představují nejkompletnější archiv kvartérních klimatických změn v terestrických podmínkách. Jejich studium je důležité také s ohledem na klimatické změny probíhající v současnosti. Česká republika reprezentuje relativně suchou oblast evropského sprašového pásma s komplexními makroklimatickými vlivy a velmi pestrou geologii ve zdrojové oblasti. Tyto faktory jsou dále modulovány mikroklimaticky. Díky tomu mohou sprašo-půdní sekvence v různých oblastech České republiky vykazovat rozdíly v zrnitostní distribuci i minerálním a chemickém složení. Pro správnou interpretaci provenienčních nebo zvětrávacích proxy-dat je rozlišení lokálních a globálních vlivů na evoluci sprašo-půdních sekvencí zásadní.
Hlavními výzkumnými otázkami na sprašo-půdních sekvencích, situovaných v různých oblastech České republiky, budou: 1. Jak se na jejich vzniku podílejí globální vlivy, které souvisejí s kvartérním klimatickým cyklem (tj. variabilita v rámci lokality) a 2. Do jaké míry jsou důležité lokální vlivy, které se projevují v rozdílných úhrnech srážek, průměrných ročních teplotách, či směru větrného proudění (tj. variabilita mezi lokalitami). Studium bude zaměřeno především na poslední klimatický cyklus (eem–visla). K tomuto účelu lze využít řadu analytických metod, které umožňují rychlý sběr velkého množství dat. Zrnitostní distribuce spraší a půd bude studována laserovou granulometrií. Minerální složení spraší a půd, odrážející provenienci prachového materiálu i post-depoziční změny, budou studovány optickou i elektronovou mikroskopií výbrusových preparátů, analýzou těžkých minerálních asociací a analýzou povrchové morfologie křemenných zrn. Minerální složení velmi jemných frakcí bude zkoumáno rentgenovou práškovou difrakcí. Chemické složení bude stanoveno energiově-disperzní rentgenovou fluorescenční metodou a vybrané vzorky také pomocí ICP-MS. Kompoziční, texturní a strukturní charakteristiky spraší a půd se odrážejí v jejich fyzikálních vlastnostech. Z toho důvodu budou použity také petrofyzikální metody, jako je magnetická susceptibilita, difuzní spektrální odraznost, případně laboratorní gamaspektrometrie. Výsledky budou prezentovány na odborných konferencích a v mezinárodních i domácích odborných periodikách.

Platnost Schürmannova pravidla v terciérních uhelných slojích České republiky
Školitel: doc. Ing. Jakub Jirásek, Ph.D.
Německý geolog H.M.E. Schürmann publikoval v roce 1927 v časopisu Braunkohle přelomovou práci týkající se obsahu vody v uhelných slojích východního Bornea. Vypozoroval a publikoval tezi, že v  uhelných slojích dochází s rostoucí hloubkou pohřbení k pravidelnému úbytku obsahu vody. Tento jev se podařilo prokázat a zobecnit a je nyní mezi uhelnými geology znám jako Schürmannovo pravidlo.
Obsah vody, nejčastěji vyjádřený jako veškerá voda původního vzorku (Wtr), patří k důležitým chemicko-technologickým vlastnostem uhlí. Z důvodu jeho významného vlivu na výhřevnost jde o parametr běžně sledovaný těžebními organizacemi.
Ačkoliv existuje velké množství údajů týkajících se závislosti obsahu vody v uhlí na hloubku pohřbení (stupeň prouhelnění), s výjimkou české části hornoslezské pánve nebyly na našem území publikovány žádné souhrnné práce na toto téma. S ohledem na blížící se útlum těžby uhlí na našem území se nabízí možnost využít databáze údajů o vlastnostech uhlí těžebních organizací v severočeské a sokolovské pánvi a o syntézu tohoto typu se pokusit.
Cílem práce by kromě rešeršní části týkající se již publikovaných dat potvrzujících (či nepotvrzujících) platnost Schürmannova pravidla bylo po dohodě s těžebními organizacemi v západních a severních Čechách využít již změřené hodnoty obsahu vody v těžených slojích, novým vzorkováním a měřením (ve spolupráci s Oddělením geochemie Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR) je potvrdit, s použitím matematicko-statistických metod interpretovat získaná data. Získané výsledky uvést do kontextu s geologickou stavbou daných uhelných pánví pak připravit pro publikování v tematicky zaměřených časopisech, např. International Journal of Coal Geology.

Přehradní a jezerní sedimenty jako archívy antropogenní kontaminace v městských aglomeracích horního Slezska (Česká republika, Polsko)
Školitel: Prof. Mgr. Ondřej Bábek Dr.
Sedimentary infills of dammed reservoirs represent an important environmental and economic issue due to the limited life time of reservoirs, costs related to dredging and further management of contaminated reservoir sediments. Simple prediction models of reservoir infill are difficult to achieve due to a high number of factors that influence the sediment accumulation rates. Site-specific data such as erosion rates in the river catchment, grain size characteristics of the sediment load and the bottom morphology are usually needed in such an effort while, in general, little is known about the depositional architecture of reservoir lakes sediments.
Dam reservoirs and historical ponds in the urban agglomeration of Ostrava and surrounding cities in Upper Silesia in the Odra River catchment offer a unique case to study the long-term effects of pollutant accumulation in a highly industrial landscape subject to long-term anthropogenic pollution. This project will focus on quantitative stratigraphic analysis and inorganic and organic geochemistry of sediment cores from water reservoirs along the Odra River in Czechia (Bezruč, Kukla, Heřmanický r., Vrbické j., Kališovo j.) and Poland (Roszków, Staw Syrinski, Babiczak). The project´s aim will be deciphering history of anthropogenic contamination, separating of background geochemical signals from anthropogenic signals and deciphering the spatial dispersal of pollutants in the lakes and on the catchment scale.
The project will rely on bathymetric mapping of reservoir bottom, geophysical imaging of sediment architecture using ground penetrating radar (GPR) a sub-bottom profiler, drilling of sediment cores and analysis of sediment grain size, inorganic and organic geochemistry and analysis of sediment accumulation rates using 137Cs dating. Results will be published in peer-reviewed journals (WoS).
Suitable candidates typically have a MSc. degree in geology / physical geography with excellent results and previous experience with work in the field (Bc., MSc. thesis in sedimentary geology or geomorphology). Good written and spoken English is required. Previous experience with scientific publishing is an advantage.

Mikrofacie, geochemie a paleoklimatologický význam fanerozoických červených mořských sedimentů
Školitel: Prof. Mgr. Ondřej Bábek Dr.
Červené pelagické vápence, jílovce a silicity (marine red beds, MRB) jsou důležitými mořskými faciemi, které typicky sedimentují v oligotrofních podmínkách ve vodním sloupci a při dobrém prokysličení na mořském dně, případně díky aktivitě Fe-oxidujících baktérií. Mechanismus jeji depozice však není dobře znám. Vzhledem k jejich častému výskytu v skleníkových podmínkách globálního klimatu (devon, jura, křída) je lze považovat za “časově specifické” facie svázané s redoxními podmnkami ve vodním sloupci nebo pórových vodách.
Cílem projektu je prozkoumat mechanismy tvorby červených mořských sedimentů na příkladech z ordoviku, pozdního devonu a jury z výchozů situovaných ve východní a západní Evropě (Montagne Noire, Karnské Alpy, pražská pánev) a jižní Číny. Pokud to financování a logistika umožní (spolupráce s VNIIOkeanologia Institute Saint Petersburg, Rusko), project bude studovat i vzorky sediment z recentních oceánů. Projekt bude metodicky založen na mikroskopickém studiu výbrusů (mikrofacie, diagenetické znaky), studio mineralogie a geochemie oxyhydroxidů Fe a Mn (CL mikroskopie, EDX-SEM, ICP-MS s laserovou ablací), celkového chemismu horniny (EDXRF, WDXRF, ICP-MS) a netradičních stabilních izotopů (Mo a U. Studium bude zacíleno na interpretaci redoxních podmínek ve vodním sloupci pod povrchem sedimentu, trofických podmínek ve vodním sloupci, a znaky mikrobiální aktivity v sedimentu, jako možných řídících faktorů červeného zbarvení. Projekt přispěje k poznání paleoklimatologického a paleoceanografického vývoje v dávné minulosti

studijní program Environmentální a rozvojová studia

Měření udržitelného rozvoje
Školitel: doc. Mgr. Miroslav Syrovátka Ph.D.
Téma reaguje na cíle udržitelného rozvoje, konkrétně na cíl „rozvinout měření pokroku v udržitelném rozvoji, které doplní hrubý domácí produkt“. Zahrnuje otázky konceptualizace a měření různých aspektů udržitelného rozvoje a využití ukazatelů. Disertační práce se může zaměřit na analýzu například některého z těchto témat: měření cílů udržitelného rozvoje (např. Miola a Schiltz, 2019), složené ukazatele rozvoje, operacionalizace rámce „safe and just space“ (např. O'Neill et al., 2018; Fanning et al., 2022), institucionalizace ukazatelů udržitelného rozvoje (např. van den Bergh, 2022), využití ukazatelů subjektivního blahobytu, nerovnost a sdílená prosperita, environmentální nerovnosti a sdílení klimatické zátěže (např. Fleurbaey et al., 2014; Hickel, 2020), přeshraniční dopady (např. Ino et al., 2021; CGDEV, 2021). Téma může také spadat do oblasti ekonomické dimenze udržitelného rozvoje, například degrowth/post-growth (např. Wiedmann et al., 2020) a cirkulární ekonomika. Metodologie bude přizpůsobena konkrétnímu tématu; většina témat předpokládá využití kvantitativních metod, avšak i jiné metody mohou být vhodné.

studijní program Regionální geografie

Využívání obnovitelných zdrojů energie a energetické chování
Školitel: RNDr. Bohumil Frantál, Ph.D.

Analýza tepelného komfortu a jeho vnímání občany ve městech České republiky
Školitel: Mgr. Michal Lehnert, Ph.D.

Rytmicita městského prostoru
Školitel: prof. RNDr. Marián Halás, Ph.D.

Publikační strategie v geografii
Školitel: prof. RNDr. Marián Halás, Ph.D.

Zelená infrastruktura urbánního prostoru: typologie, hodnocení, plánování
Školitel: doc. Mgr. Pavel Klapka, Ph.D.

Prostorové vývojové tendence v systému osídlení: struktury a vztahy
Školitel: doc. Mgr. Pavel Klapka, Ph.D.

Geografická realita české e-commerce
Školitel: doc. RNDr. Zdeněk Szczyrba, Ph.D.

Antropogenní ovlivnění malých vodních toků a s tím související rizikové procesy na příkladu vybraných vodních toků povodí Vnějších Západních Karpat
Školitel: doc. RNDr. Irena Smolová, Ph.D.

Rozšíření, význam a dopady sufoze v České republice
Školitel: doc. RNDr. Michal Bíl, Ph.D.

Geografická podmíněnost atraktivity území k bydlení
Školitel: Mgr. Petr Šimáček, Ph.D.

Zaplňování palimpsestu: možnosti využití méně frekventovaných historických pramenů ve výzkumu změn v krajině
Školitel: Mgr. Jindřich Frajer, Ph.D.

Nastavení cookies a ochrany soukromí

Na našich webových stránkách používáme soubory cookies a případné další síťové identifikátory, které mohou obsahovat osobní údaje (např. jak procházíte naše stránky). My a někteří poskytovatelé námi využívaných služeb, máme k těmto údajům ve Vašem zařízení přístup nebo je ukládáme. Tyto údaje nám pomáhají provozovat a zlepšovat naše služby. Pro některé účely zpracování takto získaných údajů je vyžadován Váš souhlas. Svůj souhlas můžete kdykoliv změnit nebo odvolat (odkaz najdete v patě stránek).

(Technické cookies nezbytné pro fungování stránek. Neobsahují žádné identifikační údaje.)
(Slouží ke statistickým účelům - měření a analýze návštěvnosti. Sbírají pouze anonymní data.)
(Jsou určeny pro propagační účely, měření úspěšnosti propagačních kampaní apod.)