Rámcová témata disertačních prací pro akademický rok 2024/2025

Témata budou průběžně doplňována.

Biologie, ekologie a životní prostředí

studijní program Botanika

Mechanizmy evolučních adaptací u sinic
Školitel: doc. Mgr. Petr Dvořák, Ph.D.
Sinice patří k nejvýznamnějším primárním producentům, kterým se daří ve všech prostředích s dostatečnou intenzitou světla. Obývají také extrémní prostředí, jako jsou pouštní půdy, a proto jsou přizpůsobeny širokým teplotním výkyvům, vysokému UV záření a stresu ze sucha. Se změnou klimatu se suché oblasti rozšiřují a význam sinic stoupá. Doktorský projekt bude zaměřen na výzkum změn transkriptomu v reakci na tyto stresy u několika druhů sinic. Transkriptom kmenů bude sekvenován pomocí technologie Illumina. Dále bude využito sekvenování třetí generace (Oxford Nanopore) k rekonstrukci epigenomických profilů. Expresní profily budou spojeny s fenotypem, epigenomem a genomovou diverzitou. Celkově výsledek poskytne důkaz o roli adaptace, selekce a prostředí ve speciaci sinic.

Evoluce genomu a epigenomu sinic
Školitel: doc. Mgr. Petr Dvořák, Ph.D.
Sinice patří k nejvýznamnějším primárním producentům, kterým se daří ve všech prostředích s dostatečnou intenzitou světla na celém světě. Obývají extrémní prostředí, jako jsou pouštní půdy, a proto jsou přizpůsobeny širokým teplotním výkyvům, vysokému UV záření a stresu ze sucha. V projektu bude využito sekvenování třetí generace (PacBio nebo Oxford Nanopore) k rekonstrukci epigenomických profilů u několika příbuzných druhů sinic. V další fázi budou spojeny s expresními profily, fenotypem, stresovou reakcí a podmínkami prostředí. Všechny tyto přístupy společně poskytnou důkaz o úloze epigenetických modifikací při speciaci a adaptaci sinic.

Studium funkce polyfenoloxidázy v osemení
Školitel: prof. Ing. Petr Smýkal, Ph.D.
Vývoj semen je jedním z ústředních momentů života rostlin, mající jak teoretické tak praktické uplatnění. Domestikace zvýšila užitnou hodnotu pro člověka, na druhou stranu ale měla nepříznivý dopad na odolnost semen proti nepříznivým vnějším vlivům. Při domestikaci byla výrazně oslabena funkce enzymu polyfenoloxidázy (PPO) v osemení hrachu. Tento enzym přitom hraje důležitou roli při ochraně semene hrachu i jeho dormanci. Ukázalo se, že exprese několika PPO genů je specifická pro semena a podílí se na zbarvení osemení a jeho propustnosti, což následně ovlivňuje klíčení. Polyfenoloxidázy společně s peroxidázami jsou hlavními enzymy zodpovědnými za enzymatické hnědnutí rostlinných pletiv při poranění. In vivo aktivita PPO je typicky spojena se stárnoucími nebo poškozenými pletivy rostlin, ve kterých dochází k narušení kompartmentace buňky. Nicméně fyziologická role PPO v rostlinách zůstává nejasná. Práce bude kombinovat různé experimentální postupy genetiky, biologie, biochemie a ve spolupráci také analytické chemie.

Klíčení semen a růst klíčních rostlin hrachu v podmínkách limitované dostupnosti vody, Seed germination and early steps in plant life during limited water availibility
Školitel: prof. Ing. Petr Smýkal, Ph.D.
Načasování klíčení semen je jedním z klíčových kroků v životě rostlin. Určuje, kdy se rostliny dostanou do přírodních nebo zemědělských ekosystémů, a je základem pro produkci plodin. Nízká klíčivost semen, nedostatečné vzcházení semenáčků a špatné zakládání porostů patří mezi hlavní problémy, kterým čelí světová produkce plodin. Klíčení semen a vzcházení semenáčků jsou velmi citlivé na nedostatek vody v půdě. Jelikož klíčení začíná imbibicí semene, je dostupnost vody prvořadým limitujícím faktorem. Pomocí fyziologického a biochemického profilování vybraných genotypů planého a především pak primitivních forem (landraces) kulturního hrachu budou studovány komponenty regulačních drah aktivovaných v semenech a mladých semenáčcích v reakci na omezenou dostupnost vody (sucho). Tyto znalosti biologických a molekulárních mechanismů jsou základem obrany plodin proti abiotickému stresu, a mohou být využity pro šlechtění.

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.

Globální změna v rostlinných společenstvech temperátních lesů
Školitel: Mgr. et MgA. Radim Hédl, Ph.D.
Globální změna silně ovlivňuje biotická společenstva, mění jejich druhovou a funkční diverzitu. Mezi hlavní faktory patří klimatická změna, atmosférické depozice a změny v hospodářském využívání. Rostlinná společenstva lesů jsou obzvlášť citlivá na probíhající změny, přičemž silnou roli hraje interakce mezi stromovým nadrostem a bylinným podrostem. Práce se zaměří na dlouhodobé změny lesních rostlinných společenstev na úrovni České republiky a Evropy. K oběma prostorovým úrovním jsou k dispozici vzájemně kompatibilní velké datové soubory. Jejich analýza bude zaměřena na testování hypotéz o vlivu zmíněných hlavních faktorů na trendy v biodiverzitě za poslední desítky let. Výsledky budou využity k modelování vývoje biodiverzity v tomto století. Práce se bude opírat o dlouhodobý výzkum týmu školitele a spolupráci na mezinárodní úrovni, kterou dále rozvine.

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.

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 souvislosti 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.

Životní cyklus komárů v tůních lužního lesa
Školitel: doc. RNDr. Martin Rulík, Ph.D.

Populační dynamika obojživelníků v urbánním prostředí
Školitel: doc. RNDr. Martin Rulík, Ph.D.

studijní program Experimentální biologie

Vliv derivátů purinu na růst a vývoj užitkových rostlin: perspektivy aplikací v zemědělství
Školitel: doc. Mgr. Lucie Plíhalová Ph.D.

Vývoj fluorescenčních molekul purinů pro studium účinků cytokininových derivátů v ochraně kožních buněk
Školitel: doc. Mgr. Lucie Plíhalová Ph.D.

Hormopriming jako možný nástroj pro regulaci stresových odpovědí rostlin
Školitel: RNDr. Ondřej Plíhal, PhD.

Studium nových drah v subcelulární homeostáze fytohormonů
Školitel: Mgr. Aleš Pěnčík, PhD.

Mass spectrometry Imaging-based hormonomics analysis for plant stress  studies
Školitel: Mgr. Karel Doležal, Dr., DSc.

Developing mass spectrometry imaging-based hormonomics methods for  plant tissue imaging
Školitel: Mgr. Karel Doležal, Dr., DSc.

Nekanonické regulační mechanismy cytokininové signální dráhy v Arabidopsis
Školitel: Mgr. David Zalabák, PhD.

Molekulární mechanismy osmoregulace pomocí cukrů v Arabidopsis thaliana
Školitel: Mgr. Jakub Hajný, PhD.

Degradace cyklinu K a její dopad na proliferaci nádorových buněk
Školitel: prof. RNDr. Vladimír Kryštof, Ph.D.

Pyrazolochinolinové inhibitory kináz a jejich charakterizace ve vztahu k nádorovým onemocněním
Školitel: Mgr. Radek Jorda, PhD.

Přírodní látky a jejich deriváty s anthelmintickou aktivitou
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Synergistické a antagonistické efekty malých organických látek přírodního původu na růst rostlin
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Study of methionine metabolism and related compounds in plants
Školitel: Mgr. Michal Karady, PhD.

studijní program Molekulární a buněčná biologie

Efekt teplotního stresu na jadernou organizaci a její epigenetickou regulaci u ječmene setého
Školitel: doc. Mgr. Aleš Pečinka, Ph.D.

Nondisjunkce B chromozomu kukuřice
Školitel: Mgr. Jan Bartoš, Ph.D.

Analýza cis- a trans-regulačních elementů řídících vývoj a reakci na stres u ječmene
Školitel: Ing. Hana Šimková, CSc.

Allosterické modulátory aryl uhlovodíkového receptoru AhR jako nová třída farmakoterapeutik
Školitel: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák DrSc., Ph.D.

Modulace xenoprotektivní signalizace středními mikrobiálními metabolity
Školitel: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák DrSc., Ph.D.

studijní program Zoologie

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

Srovnávací populační genomika herpetofauny: Poznatky z hadů r. Zamenis a středoamerického materiálu
Školitel: Doc. RNDr. Mlan Veselý, Ph.D.

Fyzika

studijní program Aplikovaná fyzika

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 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.

Exkluzivní procesy jako cesta k Nové Fyzice
Školitel: Mgr. Marek Taševský, PhD. DSc.
Konzultant: RNDr. Karel Černý, Ph.D.
Standardní model je nesmírně úspěšný v popisu interakcí elementárních částic, nicméně jsou oblasti, které vysvětlit nedokáže, což nazýváme Novou fyzikou. Signály Nové Fyziky se vyskytují i v tzv. exkluzivních procesech. Ty nastávají zřídka, nicméně pozadí k nim je dobře prozkoumáno. Student se seznámí s dopřednou a difrakční fyzikou ve velkých experimentech na velkých urychlovačích částic a s detekčními technikami a generací umělých (Monte Carlo) případů. Student se bude věnovat zpracování realných dat experimentu ATLAS v CERN a fenomenologickým studiím. Důraz na tu, či onu oblast se určí po dohodě se školitelem. Předpokládají se pobyty v CERN.

Studium fyzikálních procesů v plazmatu při reaktivní depozici tenkých vrstev
Školitel: RNDr. Zdeněk Hubička, Ph.D.
Obsahem tématu je studium fyzikálních procesů v plazmatu pomocí různých vybraných experimentálních fyzikálních metod. Tato měření budou prováděna v reaktivním nízkoteplotním plazmatu, které je určené pro proces depozice různých vybraných typů tenkých vrstev s definovanými fyzikálními vlastnostmi.  Jako hlavní diagnostické systémy pro měření parametrů plazmatu budou zvoleny systémy, které nejsou ovlivněny pokrytím tenkou polovodivou nebo elektricky nevodivou tenkou vrstvou.  Studované reaktivní plazma také nebude časově konstantní, ale bude časově proměnné nebo pulzní. Většinou tedy budou použity vysokofrekvenční metody měření s časovým rozlišením. Snahou bude porozumět fyzikálním procesům v plazmatu pomocí zmíněných experimentálních metod a jejich vliv na parametry výsledných deponovaných tenkých vrstev.

Analýza vlastností parametrické sestupné konverze
Školitel: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.. / prof. RNDr. Jan Peřina 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.

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.

Kvantové korelace ve vícemódových optických polích  generovaných procesem  spontánní sestupné frekveční konverze
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Konzultant: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.
Budeme studovat kvantové korelace v počtech fotonů vícemódových optických polí, které mají původ v procesu spontánní sestupné frekvenční konverze generující fotonové páry a získaných dalšímí úpravami (např. postselekce). Budeme se zabývat kvantifikací kvantovosti těchto korelací, jejich význačnými vlastnostmi z pohledu fyzikálně zajímavých veličin a aplikačním potenciálem. Budeme rozvíjet teoretické modely pro popis takových polí a ten budeme srovnávat s experimentálními daty. To nám umožní stanovit praktický potenciál těchto polí v různých zejména metrologických aplikacích. Téma může být rozšířeno o experimentální část.

Neklasické vlastnosti jednoduchých PT-symetrických kvantových systémů popisovaných metodami kvantové statistické fyziky
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budeme studovat jednoduché kvantové PT-symetrické i zobecněné systémy jako jsou dvou a více-hladinové atomy a více-módové optické bosonové systémy z pohledu jejich neklasických vlastností. Systémy budeme popisovat pomocí odpovídajících Liouviliánů a velkou pozornost budeme věnovat jejich asymptotickému chování. Pro PT-symetrické systémy jsou zásadní výjimečné body, ve kterých dochází ke kvalitativní změně chování systému, která se dá využít, např. pro zvýšení citlivosti kvantového měření. Budeme identifikovat výjimečné body analyzovaných systémů včetně jejich degenerací a zabývat se chováním neklasičnostíi v okolí těchto bodů. Budeme hledat vhodné aplikace pro využití vlastností těchto systémů.

Produkce podivných částic a neutrálních mezonů v reakcích Au+Au s kinetickými energiemi svazku 0,2 - 0,8A GeV
Školitel: Mgr. Ľuboš Krupa, Ph.D.

Studium interakce gama záření s jaderným systémem
Školitel: Doc. Mgr. Vít Procházka, Ph.D.
Asistent: Mgr. Vlastimil Vrba, Ph.D.
Gama záření může interagovat s materiálovým prostředím  řadou mechanizmů, fotoefektem , Comptonovým rozptylem a řadou dalších. Jedním z nich je také rezonanční interakce se systémem jader. Tato interakce může být elestická, neelastická koherentní I nekoherentní. Při interakci gama záření s jaderným systémem dochází ke změnám jak u záření tak v jaderném systému. Tedy jaderného systému je možné využít k modifikaci gama záření. Cílem práce je především studium možností modifikace gama záření prostřednictvým jaderného systému. Především pak s cílem popsat případně I pozorovat  stimulovanou emise a kvantovou provázanost u gama záření.

studijní program Biofyzika

Studium role minoritních antén fotosystému II ve fotosyntéze
Školitel: Prof. RNDr. Petr Ilík, Ph.D.

Detekce poruch kmitání hlasivek z klinických vysokorychlostních videokymografických a elektroglotografických záznamů pomocí strojového učení
Školitel: prof. RNDr. Jan Švec, Ph.D. et Ph.D.
Práce se bude věnovat analýze a klasifikaci klinických záznamů pacientů s poruchami hlasu pomocí strojového učení. Bude vycházet z databáze více než 1000 záznamů zahrnující diagnostické informace společně s videokymografickými a elektroglottografickými záznamy kmitání hlasivek a zvukem. Cílem bude dát do souvislosti různé typy poruch kmitání hlasivek s různými typy poruch hlasu. V rámci analýzy bude třeba oddělit části záznamů, kde dochází k fonaci a k respiraci, rozpoznat místo kymografického záznamu kmitání hlasivek, identifikovat, zdali je obrazový záznam dostatečně zaostřen a klasifikovat typ poruchy kmitání. Práce je koncipována jako základ pro automatickou funkční diagnostiku poruch hlasu.

Studium tvorby hlasu pomocí fyzikálních, matematických a biologických modelů
Školitel: prof. RNDr. Jan Švec, Ph.D. et Ph.D.
Fyzikální, matematické a biologické modely poskytují nejpodrobnější vhled do procesů tvorby hlasu. Práce bude zahrnovat studium biologických modelů preparátů hrtanů, kde budou studovány pohyby slizničních vln hlasivek při kmitání. Tyto pohyby budou poté co nejpřesněji parametrizovány a nasimulovány v rámci umělého silikonového a matematického modelu kmitání hlasivek, tak aby co nejlépe vystihovaly vlastnosti kmitání reálných hlasivek.

Oxidativní stres v nádorových buňkách
Školitel: Prof. RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.
Reaktivní formy kyslíku (ROS) jsou tvořeny jako vedlejší produkty metabolických reakcí v různých částech buňky. V důsledku nepárového elektronu na atomu kyslíku radikálové ROS mohou způsobit oxidaci lipidů a proteinů. Cílem práce bude studovat oxidaci mastných kyselin pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografie a oxidaci aminokyselin pomocí blotovacích technik. Objasnění mechanismů působení ROS na lipidy a proteiny může přispět k pochopení oxidativního stresu v nádorových buňkách

Ultra-slabá emise fotonů v živočišných buňkách
Školitel: Prof. RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.
Živé organismy, jako jsou mikroorganismy, rostliny a zvířata, včetně lidí, tvoří spontánně elektronicky excitované molekuly prostřednictvím oxidačních metabolických procesů. Práce bude zaměřena na studium mechanismů ultra-slabé emise fotonů v živočišných buňkách. Podrobné pochopení mechanismů tvorby elektronicky excitovaných molekul umožňuje použití ultra-slabé emise fotonů jako diagnostického nástroje v základním a klinickém výzkumu.

Světlem aktivovaná metalofarmaka pro cílenou protinádorovou terapii
Školitel: Prof. RNDr. Viktor Brabec, PhDr.
V souladu s aktuální potřebou přípravit nová fotoaktivovatelná agens, vhodná pro cílenou fotodynamickou terapii (PDT) a fotoaktivovanou chemoterapii (PACT) rakoviny, bude prezentována nová generace fotoaktivovatelných, protinádorově účinných chemoterapeutik na bázi kovů. Tato koncepce může otevřít cestu k vývoji účinnější a cílené protinádorové chemoterapie s širším spektrem protinádorové aktivity ve srovnání s konvenčními cytostatiky již využívanými v klinické praxi. Tímto způsobem prezentace těchto nových agens, schopných usmrtit nádorové buňky různými ději působícími synergicky, může být podnětem pro jejich další využití v preklinických a klinických studiích. Očekávané hlavní výstupy: Budou navržena nová protinádorově účinná agens pro PDT a PACT odvozených od komplexů kovů. Popsány budou výsledky studií, zaměřených na mechanismus jejich působení, získaných pomocí metod biochemie, molekulární, buněčné biologie a farmakologie. Tyto výsledky umožní vytvořit teoretickou základnu pro návrhy nových a účinnějších kandidátů na léky proti rakovině pro další preklinické a klinické studie.

Ovlivnění rezistence nádorových buněk k chemoterapii s cílem obnovit jejich citlivost k novým, existujícím a dosud neúspěšným metalofarmakům
Školitel: Prof. RNDr. Viktor Brabec, PhDr.
Budou studovány sloučeniny kovů nebo jejich kombinace s nekovovými látkami vykazujícími imunomodulační aktivity. Výsledky potvrdí platnost koncepce přípravy nových protinádorově účinných, multimodálních agens, která spouštějí v rakovinných buňkách několik různých dějů včetně synergicky působících imunomodulačních aktivit. Tato koncepce může otevřít cestu k vývoji účinnější protinádorové chemoterapie s širším spektrem protinádorové aktivity ve srovnání s konvenčními cytostatiky odvozenými od komplexů kovů již využívanými v klinické praxi. Prezentace těchto nových agens, schopných usmrtit nádorové buňky za současné stimulace imunitní odpovědi, může být podnětem pro jejich další využití v preklinických a klinických studiích. Očekávané hlavní výstupy: Budou navržena nová protinádorově účinná agens odvozená od komplexů kovů. Popsány budou výsledky biochemických a molekulárně biologických experimentů zaměřených na mechanismus jejich působení, které vytvoří teoretickou základnu pro návrhy nových, efektivnější agens pro další preklinické a klinické studie.

Evoluční změny fotosyntetického aparátu organismů při přechodu z vody na souš
Školitel: Prof. RNDr. Petr Ilík, Ph.D.

Biofyzikální charakterizace imbibice a klíčení semen
Školitel: Doc. RNDr. Martina Špundová, Ph.D.

Fylogenéza jasmonátovej signalizácie v mäsožravých rastlinách    
Školitel: Doc. Mgr. Andej Pavlovič, Ph.D.

Strukturní změny fotosyntetického aparátu při optimalizaci konverze světelné energie u rostlin a řas
Školitel: RNDr. Roman Kouřil, Ph.D.

Mechanismy kombinovaného účinku cytostatik na bázi kovů
Školitel: Prof. RNDr. Jana Kašpárková Ph.D.

studijní program Didaktika fyziky

Prostorová představivost ve fyzikálním vzdělávání: Analýza vztahu mezi schopnostmi vizualizace, efektivitou učení a způsobilostí k řešení fyzikálních problémů
Školitel: Doc. Mgr. Vít Procházka, Ph.D.
Asistent: RNDr. Jana Slezáková, Ph.D.
Cílem práce je analyzovat vliv prostorové představivosti na porozumění a modelování fyzikálních jevů a procesů. Dále pak zkoumání různého způsobu vnímání fyzikálních zákonů a jevů v závislosti na jejich formulaci (slovní, matematické, grafické) a schopnosti vizualizace fyzikálních jevů. Za tímto účelem budou využity moderní nástroje a metody, např. Eye-tracking, případně umělá inteligence. V rámci práce bude kladen důraz na zkoumání vztahu prostorové představivosti a vnímání fyzikálního světa a vlivu metakognitivních dovedností (plánování, monitoring, ověřování, flexibilita, sebereflexe a jiné) na metody řešení fyzikálních úloh s ohledem na souvislost s prostorovou představivostí.

Využití demonstračních experimentů a eye-trackingu pro analýzu fyzikálních modelů ve vzdělávání-simulace a diagnostické nástroje ve vzdělávání žáků se speciálními vzdělávacími potřebami
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.
Asistent: RNDr. Jana Slezáková, Ph.D.
Cílem práce bude analýza dostupných demonstračních experimentů ve vzdělávání žáků intaktních a žáků se speciálními vzdělávacími potřebami. K analýze bude využita také technologie eye-trackingu. Budou vytvořeny diagnostické nástroje pro lepší porozumění fyzikálním modelům a jevům, zaměřené na rozvoj klíčových kompetencí, funkčních gramotností, a v souladu s moderními trendy vzdělávání pro 21. století.

Využití virtuální laboratoře a eye-tracking analýzy fyzikálních modelů s důrazem na práci s žáky se speciálními vzdělávacími potřebami
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.

studijní program Nanotechnologie

Kovové nanostruktury v proteinových matricích pro biomedicinské aplikace
Školitel: doc. RNDr. Karolína Šišková Ph.D.
Asistent: Mgr. Radek Ostruszka
Kovové nanostruktury vznikající v albuminu hovězího séra s velikostmi pod 2 nm, a vykazujícími tudíž luminiscenční chování, jsou v naší skupině zkoumané již delší dobu. Dají se aplikovat v zobrazování in vitro a in vivo pomocí fluorescenční spektroskopie a magnetické rezonance, jak jsme již prokázali. Cílem této experimentální disertační práce bude výzkum vzniku kovových nanostruktur v jiných typech vhodně zvolených proteinů. Po patřičné charakterizaci nových typů anorganicko-proteinových nanokompozitů bude ověřena viabilita buněk zdravých i rakovinných. Podle výsledků biokompatibility bude v dalším kroku využito nových typů anorganicko-proteinových nanokompozitů v medicíně.

Plasmonické Au nanostruktury pro environmentální aplikace
Školitel: doc. RNDr. Karolína Šišková Ph.D.
Plasmonické nanočástice zlata s morfologiemi typu nanohvězdiček, nanotyčinek, nanotrojúhelníčků, nanokrychliček lze s úspěchem využít pro detekci látek v nízkých koncentracích díky povrchem-zesílenému Ramanovu rozptylu. Tato experimentální disertační práce má tudíž za cíl vygenerovat vhodné hrotnaté Au nanostruktury pro dosažení maximálního zesílení signálu Ramanova rozptylu modelové látky ve vodném prostředí. Vodné prostředí je záměrně zvoleno s vizí detekovat vybrané znečišťovatele vod, s nimiž si klasické čističky odpadních vod neporadí (např. hormony), a následně vypouštěná "přečištěná" voda tak způsobuje katastrofy v eko-systémech.

Příprava a charakterizace materiálů pro katalytické a fotokatalytické aplikace
Školitel: Doc. Mgr. Vít Procházka, Ph.D.
Asistent: Mgr. Petr Novák Ph.D.
Práce bude zaměřena na přípravu vrstev různých materiálů pomocí metod kontrolovaného růstu. Při přípravě budou preferovány železo obsahující materiály (například šťavelany). Součástí práce bude charakterizace těchto materiálů. Připravované materiály budou optimalizovány pro aplikace v oblasti katalytických a fotokatalytických reakcí.

Studium fyzikálních procesů v plazmatu při reaktivní depozici tenkých vrstev
Školitel: RNDr. Zdeněk Hubička, Ph.D.
Obsahem tématu je studium fyzikálních procesů v plazmatu pomocí různých vybraných experimentálních fyzikálních metod. Tato měření budou prováděna v reaktivním nízkoteplotním plazmatu, které je určené pro proces depozice různých vybraných typů tenkých vrstev s definovanými fyzikálními vlastnostmi.  Jako hlavní diagnostické systémy pro měření parametrů plazmatu budou zvoleny systémy, které nejsou ovlivněny pokrytím tenkou polovodivou nebo elektricky nevodivou tenkou vrstvou.  Studované reaktivní plazma také nebude časově konstantní, ale bude časově proměnné nebo pulzní. Většinou tedy budou použity vysokofrekvenční metody měření s časovým rozlišením. Snahou bude porozumět fyzikálním procesům v plazmatu pomocí zmíněných experimentálních metod a jejich vliv na parametry výsledných deponovaných tenkých vrstev.

Analýza vlastností parametrické sestupné konverze
Školitel: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.. / prof. RNDr. Jan Peřina 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.

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.

Kvantové korelace ve vícemódových optických polích  generovaných procesem  spontánní sestupné frekveční konverze
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Konzultant: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.
Budeme studovat kvantové korelace v počtech fotonů vícemódových optických polí, které mají původ v procesu spontánní sestupné frekvenční konverze generující fotonové páry a získaných dalšímí úpravami (např. postselekce). Budeme se zabývat kvantifikací kvantovosti těchto korelací, jejich význačnými vlastnostmi z pohledu fyzikálně zajímavých veličin a aplikačním potenciálem. Budeme rozvíjet teoretické modely pro popis takových polí a ten budeme srovnávat s experimentálními daty. To nám umožní stanovit praktický potenciál těchto polí v různých zejména metrologických aplikacích. Téma může být rozšířeno o experimentální část.

Neklasické vlastnosti jednoduchých PT-symetrických kvantových systémů popisovaných metodami kvantové statistické fyziky
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budeme studovat jednoduché kvantové PT-symetrické i zobecněné systémy jako jsou dvou a více-hladinové atomy a více-módové optické bosonové systémy z pohledu jejich neklasických vlastností. Systémy budeme popisovat pomocí odpovídajících Liouviliánů a velkou pozornost budeme věnovat jejich asymptotickému chování. Pro PT-symetrické systémy jsou zásadní výjimečné body, ve kterých dochází ke kvalitativní změně chování systému, která se dá využít, např. pro zvýšení citlivosti kvantového měření. Budeme identifikovat výjimečné body analyzovaných systémů včetně jejich degenerací a zabývat se chováním neklasičnostíi v okolí těchto bodů. Budeme hledat vhodné aplikace pro využití vlastností těchto systémů.

Návrh a realizace experimentů pro charakterizaci vlastností a funkcí nanomateriálů
Design and implementation of experiments to characterize the properties and functionality of nanomaterials
Školitel: Doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Petr Novák Ph.D.
Cílem práce je návrh, konstrukce a testování experimentálních sestav pro studium vlastností nanomateriálů s důrazem na jejich funkci a možná využití (především environmentální aplikace). Hlavním zaměřením bude sledovat souvislost mezi vlastnostmi těchto materiálů, jejich funkcí a možnými aplikacemi. Těmito aplikacemi mohou být například katalytické a fotokatalytické aplikace, rozklad vody, CO2 a podobně.

studijní program Optika a optoelektronika

Kvantově termodynamické procesy v nelineárních optických systémech
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.
Nalezení systémů transformujících základní termodynamické veličiny jako práce, teplo a vnitřní energie na úrovni malého množství vzájemně interagujících optických módů, prozkoumání role informace v těchto procesech. Možné aplikace v kvantové informatice a metrologii.

Biomechanika rohovky a nitrooční tlak u vybraných očních chorob
Školitel: doc. RNDr. František Pluháček, Ph.D.
Asistent: Mgr. Eliška Najmanová, Ph.D.
Dostupné neinvazivní optické a optoelektronické metody umožňují efektivní měření biomechanických vlastností lidské oční rohovky. Ty se mohou měnit v závislosti na výskytu některých očních chorob, přičemž biomechanika rohovky podstatně ovlivňuje měření významného diagnostického parametru – nitroočního tlaku. Tyto vzájemné vlivy mohou mít významný dopad v klinické praxi. Cílem disertační práce je sledovat a analyzovat dopad vybraných očních onemocnění a dalších faktorů na biomechaniku rohovky a nitrooční tlak s přihlédnutím k aplikaci výsledků při jejich skríningu, diagnostice, prevenci a léčbě. Plánované dílčí studie budou prováděny ve spolupráci s oftalmologickými pracovišti.

Optimalizace UV Ramanova spektrometru s excitační vlnovou délkou v oblasti 207 - 250 nm
Školitel: RNDr. Josef Kapitán, Ph. D.
Zesílení rezonance je jedním ze způsobů, jak zvýšit citlivost Ramanovy spektroskopie jako analytické techniky používané v mnoha aplikacích, z nichž jednou je studium struktury peptidů a proteinů. Velmi aktivním a otevřeným tématem posledních let je také studium vlastností chirálních molekul pomocí rezonanční Ramanovy optické aktivity. Disertační práce bude zaměřena na optimalizaci Ramanova spektrometru s excitačními vlnovými délkami v rozsahu 207-250 nm, zejména s ohledem na rozšíření spektrometru pro přesná polarizační měření. Vyvinuté zařízení se stane základem pro experimenty v oblasti Ramanovy spektroskopie a Ramanovy optické aktivity, a to jak v aplikovaném (studium konformačního a dynamického chování biomolekul v roztoku), tak i základním výzkumu (studium elektronové a vibrační struktury molekul).

Nelineární interakce mezi mikrovlnnými módy
Školitel: Mgr. Ondřej Černotík, Ph.D.
Supravodivá kvantová zařízení vykazují silnou nelinearitu způsobenou Josephsonovým efektem, což umožňuje řadu aplikací v kvantových technologiích. Zvláště zajímavá je možnost plného kvantové kontroly lineárního mikrovlnného módu řízeného pomocí nelineárního supravodivého obvodu. Současné techniky fungují pouze pro jeden takový mikrovlnný mód, ale pokročilejší kvantové technologie budou vyžadovat nelineární operace na více módech, aby se plně využil jejich potenciál. Cílem této disertační práce je vyvinout takové protokoly pro nelineární řízení a interakce mezi více lineárními mikrovlnnými módy. Nejprve bude student zkoumat možnosti kvantové kontroly pomocí nelineárních jednomódových interakcí a lineární interakce mezi módy jako nejjednodušší strategii pro plnou kvantovou kontrolu více módů. Následně bude studovat nelineární interakce mezi módy jako cestu k urychlení přípravy multimodových negaussovských stavů a ​​kvantových dvoumódových bran. Nakonec bude analyzováno zobecnění těchto schémat na více mikrovlnných módů (tři a více). Práce budou probíhat ve spolupráci s prof. Stevenem M. Girvinem (Yaleova Universita) s možností experimentálního ověření v tamějších laboratořích.

Kvantově ne-Gaussovské emise atomů
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.
Asistent: Mgr. Lukáš Lachman, Ph.D.
V rámci disertační práce bude doktorand zkoumat principiální využití vysoce nelineárních kvantových interakcí dosažitelných v současné době v nelineární optice a kvantové elektrodynamice s atomy a podobnými systémy systémech, jak ve volném prostoru, tak v optických rezonátorech a vlnovodech. Cílem práce bude navrhnout metodologii generace kvantově ne-Gaussovských stavů a jejich prvních vhodných experimentálních testů. Tento nový směr bude plně kombinovat teoretické a experimentální znalosti výzkumného týmů na Univerzitě Palackého v Olomouci a zahraničních partnerů.

Hybridní kvantová technologie
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.
Asistent: Andrey Rakhubovskiy, Ph.D.
V rámci disertační práce bude doktorand zkoumat principiální využití hybridních kvantových interakcí dosažitelných v současné době při propojení atomových, molekulárních, nanoskopických a supravodivých systémech pro konstrukci nových robustních metod v kvantové senzorice, kvantových komunikacích, simulacích a kvantovém počítání s využitím optických a mikrovlných kanálů. Cílem práce bude navrhnout metodologii konstrukce hybridních obvodů a jejich prvních vhodných experimentálních testů. Tento nový směr bude plně kombinovat teoretické a experimentální znalosti výzkumného týmů na Univerzitě Palackého v Olomouci a zahraničních partnerů.

Dynamika otevřených systémů generující kvantovou koherenci
Školitel: Mgr. Michal Kolář, Ph.D.
Asistent: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.
Cílem práce je numericky modelovat a analyzovat dynamiku otevřených kvantových systémů konečné dimenze. Tato dynamika má směřovat k získání stacionárních nebo přechodových stavů systémů vykazujících kvantovou koherenci pro možné aplikace v kvantových technologiích. Zmíněná analýza by měla dále umožňovat návrh tepelného stroje produkujícího systémy ve stavech s nenulovou koherencí. Tyto stroje budou analyzovány z hlediska jejich termodynamických vlastností. Budou navrženy experimentální testy umožňující realizaci takových strojů na atomových, molekulárních nebo pevnolátkových systémech.

Nekonvenční komplementární proměnné a jejich použití
Školitel: doc. Mgr. Ladislav Mišta, Ph.D.
Cílem dizertační práce je vytvoření základních teoretických nástrojů kvantových technologií pro systémy využívající jiné komplementární proměnné než jsou poloha a hybnost. Práce se bude soustředit ale ne omezovat na dvojici komplementárních proměnných kvantového rotátoru tvořenou operátorem momentu hybnosti a úhlové proměnné. Pro ně budou studovány míry neurčitosti, kritéria provázanosti, optimální současné měření, metody ve fázovém prostoru a aplikace těchto proměnných v kvantově-informačních protokolech. Paraleleně se práce bude zabývat otázkou implementace těchto komplementárních proměnných na různých fyzikálních platformách.

Chemie

studijní program Analytická chemie

Vývoj mikroanalytických technik pro analýzu archeologických vzorků
Školitel: RNDr. Lukáš Kučera, Ph.D.

Multimodální přístup při hodnocení zatížení životního prostředí v historii lidstva
Školitel: RNDr. Lukáš Kučera, Ph.D.
Studium vztahu životního prostředí a lidské společnosti v prehistorii a protohistorii je nejčastěji studováno pomocí paleekologie a archeobotaniky. Novým přístupem může být spojení těchto dat s pokročilou analytickou instrumentací zaměřenou na kvalitativní a kvantitativní analýzu charakteristických látek (markerů). V rámci studia se student zaměří na vývoj nových postupů pro extrakcí a následnou analýzu vzorků životního prostředí pomocí spektrálních a spektroskopických technik.

Diagnostika infekčních nemocí centrální nervové soustavy
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.
Infekce centrálního nervového systému způsobují akutní změny psychických a fyzických funkcí mozku, které vedou k chronickému poškození kognitivních, paměťových a motorických schopností. Tyto změny souvisejí se změnami v mozkové neuronální signalizaci ve vnímavých oblastech mozku. Cílem postgraduálního studia je využít zobrazování pomocí matricové laserové desorpce/ionizace s hmotnostní spektrometrií a vysoce multiplexním zobrazováním pomocí hmotnostní spektrometrie založené na imunohistochemii k analýze a kvantifikaci molekulárních interakcí mezi hostitelem a patogenem v případech neuroaspergilózy způsobené druhem Aspergillus fumigatus a pneumokokové meningitidy způsobené Streptococcus pneumoniae. Doktorand(ka) určí optimální mechanismus přenosu mikrobiálních sekundárních metabolitů, jako jsou toxiny a molekuly quorum sensing, přes hematoencefalickou bariéru.
Ve studii bude analyzovat vliv mikrobiálních metabolitů na neurotransmiterovou signalizaci, konkrétně prostřednictvím dopaminergní a glutamátergní dráhy, v kriticky postižených oblastech mozku. Kandidátními biomarkery bude úspěšně diagnostikovat infekce CNS ve vzorcích lidského mozkomíšního moku na základě molekulárního otisku hostitel-patogen. Tato disertační práce poskytne nový pohled na molekulární interakci mezi patogeny a hostiteli u plísňových a bakteriálních infekcí centrálního nervového systému a nabídne přesnější alternativy k současným nespecifickým diagnostickým metodám.

Hostitel a mikrob: přetahovaná o živiny
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

Molekulární mechanismy interakce hostitel-patogen u Lymeské borreliozy a postborreliového syndromu
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

Neurochemie mozku v bakteriálních infekcích centrálního nervového systému
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

"Svätožiara" v kapilárnej elektroforeze
Školitel: prof. RNDr. Juraj Ševčík, Ph.D.
Kapilární elektroforéza umožňuje charakterizovat nanočástice v prostředí koncentrovaných roztoků, čímž umožňuje částečně napodobovat prostředí buněk nebo situaci ve složkách životního prostředí. Disertační práce bude věnována studiu jak obecných zákonitostí migrace různých typů nanočástic (modifikovaných -NH2 nebo -COOH skupinami), tak charakterizaci chování těchto částic, zejména jejich interakce, v prostředí malých i velkých molekul, např. základních iontů typu Na+, Ca2+, La3+, ale i proteinů nebo fragmentů DNA. Studium bude věnováno i možnosti ovlivnění interakcí např. teplotou, pH prostředí nebo vlnovou délkou s cílem pochopit chování nanočástic z pohledu možností jejich využití pro cílenou terapii závažných onemocnění.

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.

Iontová mobilita isomerů biologicky aktivních látek
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Změny vnitřní energie iontů v průběhu iontově mobilitní separace
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, 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.

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

Využití ICP-MS při prvkové analýze biologických a klinických materiálů
Školitel: doc. Ing. David Milde, Ph.D.

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.

Analýza biologicky aktivních látek pomocí kapilární elektroforézy
Školitel: doc. RNDr. Jan Petr, Ph.D.
Kapilární elektroforéza jakožto separační technika založená na rozdílech v rychlosti látek v elektrickém poli umožňuje analyzovat širokou škálu různých látek od malých anorganických iontů po velké molekuly typu proteinů nebo fragmentů DNA. V rámci této disertační práce bude věnován prostor vývoji nových metod analýzy vybraných biologicky aktivních látek. Práce bude rovněž zaměřena na studium možností ovlivnění selektivity separace, zejména v případě optických izomerů, pomocí chirálních rozpouštědel, případně chirálních nano- a mikro-objektů. Dále bude studována možnost použití spojení kapilární elektroforézy s hmotnostní spektrometrií, případně využití dalších detektorů, např. vodivostního nebo amperometrického. Práce by měla vést k publikačním výstupům.

Nové postupy pro mikroanalýzu rostlinného materiálu
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.
Moderní analytická chemie stojí před řadou výzev, mezi které patří zmenšování velikosti vzorku, který je k dispozici pro analýzu. Příprava rostlinného vzorku je potom obtížná a vyžaduje vývoj nových postupů, které zahrnující jeho definovanou mikropreparaci z materiálu, fyzikální nebo chemickou úpravu, přenesení vzorku k mikoranalýze často pod mikroskopickou kontrolou. Použitá analytická technika musí potom disponovat dostatečnou citlivostí a selektivitou. Téma disertační práce je zaměřeno na vývoj nových komplexních postupů analýzy rostlinného materiálu na mikroskopické úrovni od odběru a úpravy vzorku, přes jeho zpracování, měření technikami hmotnostní spektrometrie, Ramanovou a infračervenou mikroskopií až po zpracování dat. Vyvinuté postupy budou aplikovány na metabolomickou analýzu různých typů rostlinného materiálu.

Moderní chemická mikroanalýza v materiálovém průzkumu hmotného kulturního dědictví
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.
Chemická analýza archeologických nálezů a objektů hmotného kulturního dědictví se v posledním desetiletí stala nedílnou součástí komplexního výzkumu naší minulosti i památkové péče. V řadě případů je vyžadována neinvazivní analýza. Pokud tato neposkytne dostatečnou informaci, je nutno přistoupit k mikroodběru vzorku s plným respektem k hodnotě zkoumaného objektu. V obou případech je velká poptávka po nových analytických postupech dovolujících chemický průzkum v mikroměřítku. Na vývoj a aplikaci těchto postupů v prostředí archeologie a památkové péče je zaměřeno toto téma. Metodicky bude zaměřeno zejména na chemickou mikroanalýzu s využitím hmotnostní spektrometrie, Ramanovy a infračervené mikroskopie a možnosti integrace získaných dat do širšího kontextu archeologie a památkové péče.

Iontová chromatografie ve studiu rostlinného metabolismu
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.
Iontová chromatografie je vhodnou technikou pro citlivou analýzu směsi anorganických a organických iontů v celé řadě výzkumných oblastí i kontrolní praxe. Téma disertační práce se zabývá vývojem nových analytických postupů pro studium složení rostlinného materiálu od odběru vzorků, přes jeho úpravu, analýzu přítomných metabolitů pomocí moderní iontové chromatografie a integrací získaných dat do širšího průzkumu metabolismu rostlin. Budou sledovány možnosti ovlivnění selektivity separace, citlivosti vodivostní detekce a možnosti propojení s hmotnostní spektrometrií i porovnán potenciál iontové chromatografie s  vybranými dalšími technikami využívajícími principy separací v kapalné fázi.

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 oblasti teranostiky
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.

Koordinační sloučeniny f-prvků s radikálovými ligandy
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 a stříbra
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

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

Vývoj hybridních fotokatalyzátorů pro konverzi oxidu uhličitého na chemikálie s přidanou hodnotou
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Vývoj chemicky funkcionalizovaných grafenových jedno atomových katalyzátorů pro produkci vodíku elektrolýzou vody
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Multikomponentní koordinační sloučeniny platinových kovů pro biologické aplikace
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Liposomální formulace bioaktivních koordinačních sloučenin pro polyfarmakologii
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

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

Protinádorově aktivní heterometalické koordinační sloučeniny
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Heterogenizace komplexů přechodných kovů pro konverzi CO2 na průmyslově významné chemikálie
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Design a syntéza nanokatalyzátorů pro transformaci biomasy na chemikálie s přidanou hodnotou
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Chiralní molekulové nanomagnety pro magneto-optické jevy
Školitel: doc. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Kamil Kotrle, Ph.D.

studijní program Biochemie

Molekulární principy odolnosti včely medonosné vůči stresovým faktorům
Školitel: Mgr. Jiří Danihlík, Ph.D.
Konzultant: Prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.
Téma disertační práce se zabývá molekulárními mechanismy odolnosti včely medonosné k biotickým stresovým faktorům, především vlivu parazita kleštíka včelího (Varroa destructor) a přidružených viróz či bakterióz. V rámci tématu budou studovány negativní vlivy patogenů a parazitů na metabolismus látek podílejících se na dlouhověkosti zimní populace včel, která je zásadní pro přežití včelstev v zimním období. Téma se dále zaměří na molekulární analýzy reprodukční schopnosti včelích trubců, kteří jsou vystaveni různým stresovým podmínkám a jejichž reprodukční potenciál může být stresovými faktory narušen. Téma se bude zabývat vlivem účinných látek v léčivech používaných ve včelařství s cílem zjistit rizika jejich aplikace pro fyziologické funkce, imunitu a stresovou odolnost včely medonosné.
Cíle práce:
- Studium vlivu patogenů a parazitů na molekulární mechanismy dlouhověkosti včel
- Studium fyziologických změn u trubců vystavených biotickému stresu způsobeného patogeny a parazity
- Studium vlivu účinných látek používaných proti varroóze na včelu medonosnou a její metabolismus

Funkce vitellogeninu a vitellogenin-like proteinů ve vývoji, reprodukci a stresových odpovědích včely medonosné
Školitel: Prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.
Konzultant: Mgr. Silva Dostálková, Ph.D.
Vitellogeniny (Vg) byly původně popsány jako proteiny vaječných žloutků s významnou úlohou v rámci reprodukce a embryonálního vývoje vejcorodých živočichů i hmyzu. Aktuální poznatky ukazují na zapojení Vg do mechanismů imunity a antioxidační ochrany v rámci odpovědí hmyzu na stresové podmínky. Téma práce je zaměřeno na studium molekulárních mechanismů biologických funkcí Vg v různých vývojových stádiích včely medonosné. Budou studovány mechanismy regulující genovou expresi, hladinu a lokalizaci Vg a Vg-like proteinů ve fyziologických procesech i v rámci odpovědí vývojových stádií včel a kast na mikrobiální infekce. Současně budou studovány funkce Vg a Vg-like proteinů v podmínkách zvýšené produkce reaktivních forem kyslíku a aktivace antioxidační obrany včel.

Mechanismy tkáňově-specifické produkce a funkcí antimikrobiálních peptidů v imunitních odpovědích včely medonosné
Školitel: Prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.
Konzultant: Mgr. Martina Janků, Ph.D.
Antimikrobiální peptidy (AMP) jsou stěžejní humorální složkou mechanismů vrozené imunity hmyzu.  Regulace exprese různých typů hmyzích AMP je regulována v reakci na rozpoznání patogenů signálními drahami Toll a Imd. Mechanismy regulace exprese AMP jsou detailně popsány u modelových hmyzích druhů jako Drosophila a Anopheles spp., zatímco u včely medonosné byly dosud jednotlivé složky signálních drah a jejich funkční propojení popsány velmi omezeně. Tématem práce bude studium regulace genové exprese a produkce aktivních forem včelích AMP na úrovni epiteliální i systémové imunity. Budou vyvíjeny nové metody tkáňově-specifické lokalizace a kvantifikace AMP moderními biochemickými, imunochemickými a mikroskopickými přístupy. V další části práce pak budou tyto metody využity pro studium regulace exprese, produkce a funkcí AMP v odpovědi včel na infekce významnými mikrobiálními patogeny.

Vývojové a stresové funkce vegetativních annexinů u rostlin
Školitel: prof. RNDr. Jozef Šamaj, DrSc.
Náplní disertační práce bude studium vývojových (vývoj kořene, kořenových vlásků, hypokotylu, stonků, listů a květů) a stresových (různé abiotické a biotické stresy) funkcí vegetativných annexinů ANN1, ANN2, ANN3 a ANN4 u modelového rostlinného druhu Arabidopsis thaliana. V průběhu tohoto studia budou využity různé genetické (mutace, dvojité a případně trojité mutanty, CRISPR/Cas9, nadexprese, fenotypizace), molekulárně biologické (příprava konstruktů a vektorů pro studium funkce a lokalizace vegetativních annexinů, PCR, qRT-PCR, sekvenování, rekombinantní GFP technologie), biochemické (imunoblot, proteomika, interakce annexinů s jinými proteiny, split-YFP, yeast two hybrid), buněčně biologické (subcelulární a pletivově specifická lokalizace), biotechnologické (transientní transformace Nicotiana benthamiana a stabilní transformace Arabidopsis thaliana) a mikroskopické (pokročilá mikroskopie) metody dostupné na katedře biotechnologií.

Role a lokalizace generativních annexinů u rostlin
Školitel: prof. RNDr. Jozef Šamaj, DrSc.
Disertační práce bude zaměřená na studium vývojových (vývoj stonku a květů, květní meristém, gametogeneze, vývoj pestíků a prašníků) a stresových (různé abiotické a biotické stresy) funkcí generativných annexinů ANN5, ANN6 a ANN7 u modelového rostlinného druhu Arabidopsis thaliana. V rámci řešení disertační práce budou použity různé genetické (mutace, CRISPR/Cas9, nadexprese, fenotypizace), molekulárně biologické (příprava konstruktů a vektorů pro studium funkce a lokalizace generativních annexinů, PCR, qRT-PCR, sekvenování, rekombinantní GFP technologie), biochemické (imunoblot, proteomika), buněčně biologické (subcelulární a pletivově specifická lokalizace), biotechnologické (transientní transformace Nicotiana benthamiana a stabilní transformace Arabidopsis thaliana) a mikroskopické (pokročilá mikroskopie) metody zavedené a rutinně používané na katedře biotechnologií.

Role superoxiddismutas ve vývoji a odpovědi na stres u huseníčku (Arabidopsis thaliana) a vojtěšky (Medicago sativa L.)
Školitel: Doc. Ing. Tomáš Takáč, PhD
Konzultant: Mgr. Petr Dvořák, Ph.D.
Rostliny, jakožto aerobní organismy, produkují činností svého bazálního metabolismu značné množství reaktivních forem kyslíku (ROS). Zvýšená koncentrace ROS je v rostlinách přítomna během působení a/biotického stresu, což může mít za následek poškození významných buněčných komponent. Zároveň však ROS hrají zcela esenciální roli v buněčné signalizaci a řídí řadu vývojových procesů. Proto je zcela nezbytné udržování fyziologických koncentrací ROS, za což je zodpovědná široká škála obranných mechanismů souhrnně nazývaných jako antioxidační obrana. Jedním z hlavních zástupců jsou metaloenzymy označované jako superoxiddismutasy (SOD), které katalyzují dismutaci superoxidu na méně toxický a stabilní peroxid vodíku. Jejich aktivita tak cíleně ovlivňuje koncentrace jedné z nejdůležitějších signálních molekul, čímž modulují celou řadu signálních kaskád a vývojových procesů. Ačkoli jsou antioxidační aktivity těchto enzymů známy, jejich regulace a obranné role nebyly doposud podrobně prostudovány. Tato práce má za cíl objasnit nové vývojové, signalizační a obranné úlohy vybraných SOD u modelové rostliny Arabidopsis thaliana. Využitím nejmodernějších molekulárně-biologických metod jako je CRISPR/Cas9, místně specifická mutageneze SOD a dalších budou připraveny nové transgenní linie, které budou detailně fenotypovány. V návaznosti na to budou využity biochemické a pokročilé omické přístupy k přesné charakterizaci získaných linií. Pomocí nejnovějších mikroskopických technik, jako je light-sheet a superrezoluční konfokální mikroskopie, bude objasněna subcelulární a pletivově specifická lokalizace SOD během vývojových a stresových podmínek. Cílem je také in silico mapování SOD isoforem u pícniny Medicago sativa L., která patří mezi celosvětově nejvýznamnější hospodářské plodiny. Bude experimentálně analyzována jejich vývojová regulace a závislost na dostupnosti mědi v růstovém médiu. Pomocí GFP technologie v kombinaci s pokročilou fluorescenční mikroskopií bude studováno možné zapojení vybrané SOD v ustanovení symbiotického vztahu mezi bakterií Sinorhizobium. meliloti a rostlinou M. sativa, vedoucí k tvorbě kořenových hlízek. Výsledky práce významně přispějí k pochopení role SOD u rostlin a dají základ pro jejich možné zapojení do biotechnologických aplikací v zemědělství.

Studium proteolytické aktivity v potravinách a nápojích pomocí hmotnostní spektrometrie
Školitel: prof. Mgr. Marek Šebela Dr.
Proteolytické enzymy obsažené v ovocných a zeleninových šťávách, houbách a jiných potravinách budou chromatograficky přečištěny a bude zkoumán jejich účinek při štěpení standardů i přirozených proteinových složek potravin. Pro sledování štěpení se využijí spektrofotometrické metody a hmotnostní spektrometrie MALDI-TOF. Cílem je popsat dosud málo známé enzymy a jejich účinek.

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. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Iveta Bártová, Ph.D.

Transfer nových chemických poznatků do chemického vzdělávání
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.
konzultant: Mgr. Jana Prášilová, PhD.

Metody ověřování přírodovědné gramotnosti žáků
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Iveta Bártová, Ph.D.

Vybrané pokročilé experimentální metody využitelné ve středoškolském vzdělávání
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.

Didaktika přírodních věd v kontextu neformálního vzdělávání
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
konzultanti: Mgr. Jana Prášilová, PhD., doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.

studijní program Fyzikální chemie

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 (MolMeDB, ChannelsDB, či Pokusnice), 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. Znalost programovacího jazyku (aktivní HTML, Python, atd.) a práce s databázemi (SQL, SPARQL) vítána, ale nepožadována.

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.

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.

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.

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.

studijní program Nanomateriálová chemie

Studium a vývoj termosetických kompozitních materiálů pro využití v elektrotechnickém a automobilovém průmyslu
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Konzultant: doc. Mgr. Jiří Tuček, Ph.D.
Termosetové polymery, často nazývané termosety, existují již více než 50 let a jsou jednou z nejúspěšnějších rodin plastů. Termosety jsou typem plastu vytvořeného trvalým vytvrzením měkkého pevného nebo kapalného prepolymeru (pryskyřice) procesem nazývaným vytvrzování. Vytvrzování je iniciováno teplem, zářením, vysokým tlakem nebo přidáním katalyzátoru. V dnešní době je aplikační portfolio termosetů velmi rozmanité. Často se používají v automobilovém, stavebním, elektronickém a leteckém průmyslu. Kompozitní polymerní materiály na bázi termosetů se sestávají z několika složek. Obecně lze tyto složky klasifikovat do 4 skupin, tj., pojivo (matrice – pryskyřičné systémy), aditiva (iniciátory, akcelerátory, inhibitory, separátory, protismršťující činidla, zahušťovače), plnivo a výztuž. Komerčně jsou tyto směsi známy pod názvy bulk moulding compound (BMC) a sheet moulding compound (SMC).
Předmětem disertační práce bude studium BMC a SMC směsí a pochopení rolí a synergií jednotlivých komponent na jejich fyzikálně-chemické vlastnosti pomocí experimentálních technik případně simulačních modelů. Zejména se bude jednat o optimalizaci směsí a řízení jejich vlastností s následným využitím v automobilovém a elektrotechnickém průmyslu. Pozornost bude věnována vlivu aditiv na výsledné vlastnosti výlisků (zejména jejich stabilita, zamezení uvolňování těkavých organických sloučenin, snadné odformování, povrchová homogenita, zpomalování hoření, atd.). Rovněž bude sledována zpracovatelnost BMC a SMC směsí s ohledem na jejich zrání a stárnutí. BMC a SMC směsi budou připravovány jak v laboratorním tak v poloprovozním měřítku s cílem převodu jejich výroby do plného průmyslového provozu. Výsledkem práce tedy budou optimalizované BMC a SMC směsi s fyzikálně-chemickým vlastnostmi příhodnými pro široké praktické využití. Dizertační práce bude řešena ve výhradní spolupráci s firmou HVM Plasma, s.r.o.

Katalytická aktivita nanočástic kovů a jejich kompozitů pro aplikace v energetice
Školitel: prof. 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.

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.

Nanokatalýza oxidativní a neoxidativní hydrogenace alkanů
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Katalyzátory jsou připravovány několika způsoby z (i) subnanometrických klastrů o přesné atomové velikosti a složení nesených na nosičích na bázi oxidů kovů nebo uhlíku, deponovaných pomocí molekulového paprsku ve vakuu a (ii) nanočásticových katalyzátorů připravených konvenčními chemickými metodami přípravy z roztoku. Účinnost katalyzátorů je testována na experimentálním reaktoru s využitím hmotnostního spektrometru a plynové chromatografie pro analýzu produktů. Katalyzátory jsou charakterizovány za využití elektronové mikroskopie a dalších Technik studia pevné faze. Vice informací o výzkumných aktivitách naleznete na www.heyrovsky-chair.eu

Nanokatalýza oxidů uhlíku
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Katalyzátory jsou připravovány několika způsoby z (i) subnanometrických klastrů o přesné atomové velikosti a složení nesených na nosičích na bázi oxidů kovů nebo uhlíku, deponovaných pomocí molekulového paprsku ve vakuu a (ii) nanočásticových katalyzátorů připravených konvenčními chemickými metodami přípravy z roztoku. Účinnost katalyzátorů je testována na experimentálním reaktoru s využitím hmotnostního spektrometru a plynové chromatografie pro analýzu produktů. Katalyzátory jsou charakterizovány za využití elektronové mikroskopie a dalších Technik studia pevné faze. Vice informací o výzkumných aktivitách naleznete na www.heyrovsky-chair.eu

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.

studijní program Organická a bioorganická chemie

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.

Laditelné organokatalyzátory založené na nekovalentních interakcí pro stereoselektivní reakce iminiových a oxoniových intermediátů
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Iontově specifická katalýza patří k rychle se rozvíjejícím oblastem organické asymetrické syntézy. Princip takové transformace je poměrně jednoduchý: chirální katalyzátor vychytává/rozpoznává aniont (obvykle chloridový aniont) a poté vykonává přesnou geometrickou kontrolu nad prochirálním reakčním místem avšak bez toho aby selektivita přeměny nezávisela na interakcích s proměnnými substituenty na substrátu. Kritéria se zdají být jednoduchá, ale jsou obtížně splnitelná, a tak není divu, že je splňuje jen několik takzvaných "privilegovaných" struktur. V našem návrhu představujeme nový typ struktury, jež v kontextu asymetrické katalýzy prozatím nebyla testována, 1,2-diazetidin-3-on (DAZDO), a předpokládáme, že se z ní stane další privilegovaná struktura pro asymetrickou katalýzu. Abychom prokázali náš koncept, vyvineme DAZDO katalyzátory tak, aby byly schopny generovat oxoniové a iminiové intermediáty in situ a za daných podmínek jim umožnili reagovat s různými C-nukleofily s vysokou stereoselektivitou. Vyvinuté metody pak budou aplikovány při syntéze vybraných přírodních látek. Cíl projektu: (1) vyvinout novou generaci aniont-selektivních organokatalyzátorů na bázi diazetidinonového molekulárního skeletu (DAZDO); (2) demonstrovat použití katalyzátorů DAZDO v kontextu syntézy přírodních produktů (stereoselektivní adice C-nukleofilů na iminiové a oxoniové cyklické intermediáty).

Dynamický "lego" přístup při in situ přípravě (organo)katalyzátorů
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Organokatalýza patří k dobře zavedeným oblastem organické asymetrické syntézy. Za posledních 25 let prošla rychlým vývojem a její základní principy jsou dobře zavedené. Jako v každé oblasti asymetrické katalýzy je však návrh katalytických systémů silně závislý na substrátu a reakčním mechanismu, a proto když je třeba, aby konkrétní transformace probíhala s vysokou stereoselektivitou, často to vyžaduje časově náročný vývoj katalytického systému. Cílem našeho projektu je překonat tyto obtíže vytvořením katalyzátoru, který vychází z dobře definovaných ligandů obsahujících organokatalytické motivy, in situ. Ligandy budou předem uspořádány do katalytické kapsy prostřednictvým vybraného kovu. Takovýto přístup "organokatalýzy v převleku" by nám měl umožnit rychle a jednoduše navrhnout různé organokatalytické systémy, které by nám umožnily kombinovat nukleofilní a H-vazebný aktivační systém (cíl 1) nebo iontově specifickou katalýzu s nukleofilní katalýzou (cíl 2).

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.

Design a syntéza nových heterocyklických sloučenin s potenciální antimikrobiální aktivitou
Školitel: Doc. RNDr. Lucie Brulíková, Ph.D.
Zvyšující se prevalence mikrobiálních infekcí spolu se strmě stoupající rezistencí na současná antimikrobiální léčiva vyžaduje neustálý vývoj nových látek, které by působily zcela jiným mechanismem než doposud používaná léčiva. Hlavním cílem této disertační práce bude design, syntéza a studium biologické aktivity nových antibakteriálních a antiparazitárních látek. Zadané téma bude pokrývat návrh nových látek na základě molekulárního dokování, jejich syntézu a optimalizaci jednotlivých syntetických kroků. Připravené látky budou testovány na jejich biologickou aktivitu, zvláště pak na aktivitu antibakteriální a antiparazitární. Biologické experimenty budou u nejzajímavějších látek doplněny enzymatickými esejemi. 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.

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.

Kognitivní psychologie v analýze dat
Cognitive psychology in data analysis
Školitel: prof. RNDr. Radim Bělohlávek, DSc.
Cílem práce je vyvinout nové metody analýzy dat, zejména relačních dat, které zohledňují výsledky kognitivní psychologie. Součástí práce bude formalizace relevantních pojmů z kognitivní psychologie a studium těchto formalizovaných pojmů, a to jak teoretické, tak experimentální s využitím Psychologických dat.

Verifikační problémy: algoritmy, složitost, experimenty
Verification problems: algorithms, complexity, experiments
Školitel: prof. 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.

Algebraické metody v teorii automatů
Algebraic methods in automata theory
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Masopust, DSc.
Požadavky kladené na systémy jsou často specifikovány pomocí matematických formalizmů, jejichž popisná síla je ekvivalentní jistým podtřídám regulárních jazyků. Cílem práce je studium vlastností takových podtříd regulárních jazyků pomocí algebraických metod, návrh odpovídajících výpočetních modelů a studium výpočetní, stavové a algoritmické složitosti problémů navržených modelů.

Matematika

studijní program Algebra a geometrie

Agregační teorie na svazech a uspořádaných množinách
Školitel: Prof. Mgr. Radomír Halaš Dr.
Obsahem práce bude studium některých specifických vlastností agregačních funkcí na svazech a uspořádaných množinách.

Variační úlohy v diferenciální geometrii
Školitel: Prof. RNDr. Josef Mikeš DrSc.
Obsahem práce bude studium některých variačních úloh na diferencovatelných  varietách s geometrickými strukturami.

Geodetická zobrazení a jejich zobecnění
Školitel: Prof. RNDr. Josef Mikeš DrSc.
Obsahem práce bude studium vlastností geodetických zobrazení a jejich zobecnění diferencovatelných  variet s geometrickými strukturami.

F-planární zobrazení a fyzikální aplikace
Školitel: RNDr. Patrik Peška, PhD.
Obsahem práce bude studium vlastností geodetických zobrazení a jejich zobecnění diferencovatelných  variet s geometrickými strukturami.

Reprezentace reziduovaných struktur
Školitel: Doc. Mgr. Michal Botur Ph.D.
Cílem práce bude charakterizace některých významných tříd reziduovaných svazů (nebo odvozených struktur) pomocí nových konstrukcí, jakými mohou být nové typy strukturálních součinů, či nové konstrukce inspirované takzvanými "Kites" konstrukcemi a formulace odpovídajících reprezentačních teorií.

Inovace v pregraduální přípravě učitelů matematiky
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.
Obsahem práce bude výzkum zaměřený na vybrané inovativní postupy v pregraduální přípravě učitelů matematiky.

Analýza učebnic pro výuku analytické geometrie na středních školách
Školitel: Doc. RNDr. Marek Jukl Ph.D.
Obsahem práce bude výzkum zaměřený na analýzu vybraných partií učiva geometrie ve středoškolských učebnicích matematiky.

Postavení geometrie v současné školské matematice
Školitel: prof. RNDr. Josef Molnár, CSc,
Cílem práce bude zjistit postavení geometrie v současné školské matematice. Metody výzkumu: analýza, komparace, dotazník, případně experiment.

studijní program Aplikovaná matematika

Matematické modelování proudění tekutin a kavitace
Školitel: Mgr. Jana Burkotová, Ph.D.
Cílem práce je modelování proudění tekutin a kavitačních jevů pomocí diferenciálních rovnic a studium souvisejících metod matematické a numerické analýzy. Součástí práce budou numerické výpočty a simulace.

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.

Analýza hustot rozdělení pravděpodobnosti užitím Bayesových prostorů
Školitel:  Prof. RNDr. Karel Hron, Ph.D.
Analýza hustot rozdělení pravděpodobnosti musí odrážet specifické vlastnosti těchto objektů, které nesou relativní informaci. Za tímto účelem byla vyvinuta metodika Bayesových prostorů, která poskytuje flexibilní rámec pro statistické zpracování hustot. V mnohorozměrném případě navíc existuje ortogonální rozklad hustot na jejich nezávislou a interakční část, který umožňuje hlubší vhled do struktury závislosti proměnných. Cílem disertační práce je vyvinout metody pro analýzu jednorozměrných a mnohorozměrných hustot rozdělení pravděpodobností se zvláštním zřetelem na analýzu závislostí proměnných.

Modely pro analýzu přežívání a úskalí jejich použití
Školitel: Doc. Mgr. Ondřej Vencálek Ph.D.
V rámci medicínského výzkumu vzniká potřeba analýzy doby přežití od diagnózy určité nemoci a závislosti této doby na různých socio-demografických a biologických charakteristikách pacienta. Specifikem analýzy rozdělení délky přežití je přítomnost tzv. cenzorování, tedy pouze částečná informace o hodnotě studované veličiny u některých jedinců. Nejběžněji používané regresní modely pro tento typ dat zahrnují Coxův model, známý také jako model proporcionálních rizik, či accelerated time failure model, v některých aplikacích je potřeba modelů konkurujících si rizik. Při analýze vyvstávají některé problémy, které vedou k obtížím s interpretací modelu, ale i s odhadem jeho parametrů. První výzvou je sešikmenost rozdělení biologických charakteristik s občasným výskytem nulových hodnot. Další výzvou je situace, kdy měřených charakteristik je více než pozorování. Třetí výzvou je netriviální (hierarchická) provázanost těchto měřených charakteristik. Cílem práce je nalézt řešení těchto problémů a uplatnění těchto řešení při praktické analýze týkající se prognózy přežívání pacientů se zhoubným nádorem v oblasti hlavy a krku.

studijní program Didaktika matematiky

Inovace v pregraduální přípravě učitelů matematiky
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.
Obsahem práce bude výzkum zaměřený na vybrané inovativní postupy v pregraduální přípravě učitelů matematiky.

Analýza učebnic pro výuku analytické geometrie na středních školách
Školitel: Doc. RNDr. Marek Jukl Ph.D.
Obsahem práce bude výzkum zaměřený na analýzu vybraných partií učiva geometrie ve středoškolských učebnicích matematiky.

Postavení geometrie v současné školské matematice
Školitel: prof. RNDr. Josef Molnár, CSc,
Cílem práce bude zjistit postavení geometrie v současné školské matematice. Metody výzkumu: analýza, komparace, dotazník, případně experiment.

Inovace pregraduální přípravy učitelů matematiky
Školitel: prof. RNDr. Josef Molnár, CSc,
Konzultant: Mgr. Vladimír Vaněk Ph.D.
Disertační práce se bude zabývat problematikou pregraduální přípravy učitelů matematiky. Cílem disertační práce je analýza současného stavu, zejména obsahu a rozsahu odborné přípravy studentů na fakultách připravující učitele matematiky a využití jednotlivých oblastí matematiky při výuce na středních školách, a návrh revize sytému přípravy budoucích učitelů na základě kvantitativního výzkumného šetření, které bude realizováno se studenty vysokých škol a učiteli  matematiky zejména regionálních středních škol.

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

Prostorová gramotnost založená na užívání map
Školitel: Prof. RNDr. Vít Voženílek, CSc.
Cílem práce je ověřit metody propojení metod map use a sociologických metod pro zjištění prostoroové gramotnosti vybraných skupin obyvatel. Student(ka) připraví, realizuje a vyhodnotí uživatelské experimenty  na dostatečně široké skupině respondentů. Zaměří se na více druhů map i rozlišné skupiny respondentů.

Interactivní atlas v reálném čase v dashboard konceptu pro online geovizualizaci dynamických jevů
Školitel: Prof. RNDr. Vít Voženílek, CSc.
Cílem práce je navrhnout, realizovat, implementovat a ověřit koncept dashboard pro tvorbu interaktivních atlasů. Student(ka) se zaměří na geovizualizaci vybrané skupiny dynamických jevů a zpracuje teoretické základy i praktické návody na efektivní tvorbu a využívání nového typu webových tematických atlasů. K tomu nutně rozvine spolupráci s vybranými subjekty generující časové řady geodat. Zaměří se na vizualizační i analytické nástroje atlasů.

Dynamické digitální dvojče krajiny s analytickými funkcemi
Školitel: Doc. RNDr. Vilém Pechanec, Ph.D.
Cílem práce je rozvoj konceptu digitálního dvojčete krajiny v prostředí GIS, které bude disponovat analytickými funkcemi pro modelování vybraných krajinných funkcí. Dvojče bude realizováno na krajinné úrovni. Výchozí vlastnosti dvojčete budou průběžně aktualizovány na základě senzorových dat a v (polo)automatickém režimu vyvolají přepočítání funkcí.

Rozvoj metod strojového učení v procesu klasifikace fotogrammetrických, lidarových a DPZ dat
Školitel: Doc. RNDr. Vilém Pechanec, Ph.D.
Asistent školitele: RNDr. Jakub Miřijovský Ph.D.
Cílem disertační práce je rozvíjet metody strojového učení pro zpracování fotogrammetrických, lidarových a DPZ dat v procesu klasifikace. Student bude aktivně pracovat klasifikačními metodami, které jsou založené na strojovém učení a metodách Deep Learning. Na základě definovaných kritérií a řadě dílčích experimentů  provede analýzy testovaných metod a algoritmů a stanoví vhodnost použití z několika hledisek (dostupnost, přesnost, přenositelnost, typ dat, …). Vhodné metody a algoritmy bude dále rozvíjet v podobě budování a rozšiřování znalostní báze algoritmů aplikací na vlastních případových studiích.

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.

studijní program Geologické vědy

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.

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. Vzniká tak složité předivo provenienčních, paleoklimatologických a paleoenvironmentálních signálů, které jsou skryté ve struktuře a minerálním a chemickém složení sprašo-půdních sekvencí.
Cílem práce je rozlišení těchto různorodých signálů, což je předpokladem pro správnou interpretaci sprašo-půdních sekvencí. Pro jejich rozlišení 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. V rámci práce budou zkoumány sprašo-půdní sekvence v České republice. Lokality budou vytipovány s ohledem na řešení stratigrafických i prostorových rozdílů.
Výsledky budou prezentovány na odborných konferencích a v mezinárodních i domácích odborných periodikách.

studijní program Environmentální a rozvojová studia

Analysis of sustainable development metrics used at national and global scales
Supervisor: doc. Mgr. Miroslav Syrovátka Ph.D.
The topic responds to the Sustainable Development Goals’ target “to develop measurements of progress on sustainable development that complement gross domestic product”. The dissertation will analyze and evaluate selected aspects of sustainable development metrics and their institutionalization (van den Bergh, 2022) and develop new approaches or improve metrics. The conceptual framework includes the Sustainable Development Goals (see, e.g., van Vuuren et al., 2022; Hametner, 2022), the Safe and Just Space (see, e.g., Fanning et al., 2022; Aleissa & Bakshi, 2023), and their relationship with Earth System Justice (see, e.g., Gupta et al., 2023; Ryberg et al., 2020). The methodology includes quantitative analysis of metrics and other methods, given the interdisciplinary nature of the topic. After consultation with the potential supervisor, the candidates prepare a research draft with specific research questions and methods within this framework. The dissertation shall consist of at least three academic papers linked by a commentary.

Analyzing the Relationships between Social Progress, Pro-poor Growth, and the Environment as Key Dimensions of Sustainable Development
Supervisor: doc. Ing. Mgr. Jaromír Harmáček Ph.D.

Kvalifikovaná migrace do České republiky
Školitel: Lucie Macková, M.A., Ph.D.
Mezinárodní migrace je jedním z nejviditelnějších a nejvýznamnějších aspektů moderního světa. Jedná se o proces, který se vyvíjí v prostoru a čase a zahrnuje neustálé přetváření místa, jak se lidé pohybují mezi zdrojovými a cílovými zeměmi. Proto jsou migrace a mobilita důležitou součástí sociální geografie, která zkoumá vztahy a prostorové vazby. Skupinu osob, která je velmi žádaná v rámci programů mezinárodní migrace, tvoří kvalifikovaní migranti. Tato skupina migrantů je ale obecně méně prozkoumaná. Disertační práce tak bude zkoumat fenomén kvalifikované migrace na případové studii Česka. Cílem práce je zjistit motivace vysoce kvalifikovaných migrantů a jejich strategie, jak se vyrovnávají s překážkami. Dále bude zkoumána mobilita těchto osob v rámci Česka a mimo něj. V rámci disertační práce budou využity polostrukturované rozhovory a dotazníkové šetření. Výsledky mohou být publikovány v různých časopisech zaměřených na geografii a mezinárodní migraci, např. Geografie, Central and East European Migration Studies, Journal of Immigrant and Refugee Studies, Global Networks, Journal of Ethnic and Migration Studies.

studijní program Regionální geografie

Dopady hazardního hraní na místní a regionální rozvoj území
Školitel: doc. Mgr. David Fiedor, Ph.D.

Malé vodní nádrže v historické a současné krajině
Školitel: doc. Mgr. Jindřich Frajer, Ph.D.

Dostupnost základního a středního vzdělávání ve vybraných regionech
Školitel: prof. RNDr. Marián Halás, Ph.D.

Percepce a placemaking městského prostoru: příklad parků a zelené infrastruktury
Školitel: prof. RNDr. Marián Halás, Ph.D.

Změny v letecké dopravě v covidové a post-covidové éře
Školitel: prof. RNDr. Marián Halás, Ph.D.

Aplikace regionálně taxonomických procedur ve výzkumu zelené infrastruktury
Školitel: doc. Mgr. Pavel Klapka, Ph.D.
Asistent: Mgr. Martin Erlebach, Ph.D.

Dynamika prostorových struktur a sítí funkčních urbánních regionů
Školitel: doc. Mgr. Pavel Klapka, Ph.D.

Metody a přístupy obrazově založeného výzkumu urbánní zeleně
Školitel: doc. Mgr. Pavel Klapka, Ph.D.

Specifika teplotních projevů místního klimatu během horkých a chladných vln
Školitel: doc. Mgr. Michal Lehnert, Ph.D.

Vliv změn land use/land cover na klima malých oblastí
Školitel: doc. Mgr. Michal Lehnert, Ph.D.

Energetické chování českých domácností v kontextu energetické transformace
Školitel: RNDr. Bohumil Frantál, 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.)