Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.

Předseda :
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.
Člen interní :
prof. Ing. Martina Klučáková, Ph.D.
doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D.
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D.
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D.
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.
Člen externí :
prof. Mgr. Marek Koutný, Ph.D.
prof. RNDr. Zbyněk Zdráhal, Dr.
Ing. Lukáš Nejdl, Ph.D.
prof. RNDr. Dalibor Štys, CSc.
prof. RNDr. Jaroslav Turánek, CSc.

Hlavním cílem studia je výchova vysoce vzdělaných odborníků v oboru biofyzikální chemie, určených pro samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost. Cílem biofyzikální chemie jako vědního oboru je poskytovat fyzikálně-chemická a biochemická vysvětlení funkcí a fungování biologických systémů. Student je učen samostatně formulovat vědecký problém, navrhnout hypotézy a postupy k jeho řešení a provést experimentální či teoretické pokusy k jejímu potvrzení. Nedílnou součástí je výcvik schopnosti kritického posouzení publikovaných vědeckých informací a schopnosti vyjadřovat se písemně i slovně v anglickém odborném jazyce.
Studijní program je zaměřen na samostatnou tvůrčí činnost v oblasti biofyzikální chemie, zahrnuje jak teoretickou práci, tak práci experimentální a připravuje absolventy pro vědeckou a výzkumnou činnost. Stěžejní oblasti studia budou fyzikálně-chemické a biochemické základy biologických procesů a biomateriálů. Ty budou dále rozvíjeny podle volby tématu disertace v oblasti biokoloidní chemie, nanobiotechnologie, biofyzikálních instrumentálních technik, imunochemie, technologie biomateriálů. Předměty, aktivity teoretické a laboratorní si budou studenti zapisovat tak, aby splnily požadavky FCH VUT.
Zaměření doktorských studijních programů poskytuje absolventům získání teoretických poznatků a experimentální erudice v oborech základní a aplikované chemie (fyzikální chemie, chemie a technologie materiálů, makromolekulární chemie, potravinářská chemie a biotechnologie a chemie a technologie životního prostředí). Kvalifikační práce studentů jsou pak orientovány do oblastí, které jsou na fakultě řešeny akademickými a vědecko-výzkumnými pracovníky a to především s podporou výzkumných projektů. Fakulta disponuje moderním přístrojovým vybavením pořízeným mimo jiné v rámci rozvojových a dotačních projektů (např. projekt OP VaVpI Centrum materiálového výzkumu), jehož využívání je zajištěno klíčovými akademickými pracovníky jednotlivých ústavů. Tímto vytvořeny základní předpoklady pro odbornou činnost doktorandů.

Absolventem programu je odborník s vysokými kompetencemi, schopný podílet se na vysoce kvalifikované vědecko-výzkumné činnosti založené na fyzikálně-chemických a biochemických principech a postupech, a to zejména na vysokoškolských pracovištích, pracovištích Akademie věd, ve výzkumných ústavech ale i v průmyslovém výzkumu. Absolvent je schopen samostatné tvůrčí práce v oboru biofyzikální chemie. Absolventi se mohou vzhledem k širokému spektru využití biofyzikální chemie výborně uplatnit nejen v přímo oblastech biofyzikálně-chemického výzkumu, ale v dalších oborech z oblasti péče o zdraví nebo studia živých systémů. Vzhledem k povinné praxi v zahraničí a povinnosti prezentovat získané výsledky v zahraničních časopisech, se v těchto pozicích bez problémů uplatňují i v zahraničí.
Hlavním cílem studia je výchova vysoce vzdělaných odborníků v oboru biofyzikální chemie, s dostatečnou zahraniční zkušeností, určených pro samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost. Absolvent je schopen samostatně formulovat vědecký problém, navrhnout hypotézy a postupy k jeho řešení a provést experimentální či teoretické pokusy k jejímu potvrzení. Nedílnou součástí je výcvik schopnosti kritického posouzení publikovaných vědeckých informací, schopnosti vyjadřovat se písemně i slovně v anglickém odborném i běžném jazyce, pracovat v mezinárodním týmu.
Dle Evropského kvalifikačního rámce výstupy studia v doktorském studijním programu Biofyzikální chemie odpovídají nejvyšší úrovni – tedy úrovni EQF 8, což charakterizuje absolventy jako špičkově vzdělané jedince v oboru, případně v mezioborové problematice, ovládající specializované a vysoce pokročilé techniky, schopné samostatně řešit problémy, vykazovat autoritu, inovační potenciál a akademickou i odbornou integritu, vyvíjet nové postupy při práci v oboru, při studiu nebo ve výzkumu.

Hlavním cílem studia programu Biofyzikální chemie je výchova vysoce vzdělaných odborníků v oboru biofyzikální chemie, určených pro samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost. Cílem biofyzikální chemie jako vědního oboru je poskytovat fyzikálně-chemická a biochemická vysvětlení funkcí a fungování biologických systémů. Student je učen samostatně formulovat vědecký problém, navrhnout hypotézy a postupy k jeho řešení a provést experimentální či teoretické pokusy k jejímu potvrzení. Nedílnou součástí je výcvik schopnosti kritického posouzení publikovaných vědeckých informací a schopnosti vyjadřovat se písemně i slovně v anglickém odborném jazyce.
V rámci tohoto programu budou připravováni odborníci s vysokými kompetencemi, kteří se budou schopni podílet na vysoce kvalifikované vědecko-výzkumné činnosti založené na fyzikálně-chemických a biochemických principech a postupech, a to zejména na vysokoškolských pracovištích, pracovištích Akademie věd, ve výzkumných ústavech ale i v průmyslovém výzkumu. Absolvent je schopen samostatné tvůrčí práce v oboru biofyzikální chemie a má dostatečné zahraniční zkušenosti. Absolventi se mohou vzhledem k širokému spektru využití biofyzikální chemie výborně uplatnit nejen v přímo oblastech biofyzikálně-chemického výzkumu, ale v dalších oborech z oblasti péče o zdraví nebo studia živých systémů, v podmínkách České republiky i v mezinárodních týmech.
Absolventi doktorského studia mají předpoklady uplatnit se ve vědecko-výzkumných institucích aplikovaného i základního charakteru a to jak ve vědecko-pedagogických tak i řídících funkcích. Naleznou také uplatnění v průmyslové praxi na vysoce specializovaných technologických pozicích, získané znalosti a kompetence umožňují absolventům zastávat manažerské a řídící funkce. Ve všech oblastech se bez problémů uplatňují jak v ČR, tak v zahraničí.

Studijní povinnosti jsou obecně stanoveny ve třetí části Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně. Specifické studijní povinnosti jsou určeny individuálním studijním plánem.
Student zapsaný do studia na Fakultě chemické VUT si zapíše a vykoná zkoušky v jednom povinném a minimálně ve dvou povinně volitelných předmětech s ohledem na zaměření jeho disertační práce. Ke státní doktorské zkoušce se může student přihlásit až po vykonání všech zkoušek předepsaných jeho individuálním studijním plánem. Před státní doktorskou zkouškou student vypracuje pojednání k disertační práci, v níž detailně popíše cíle práce, důkladné zhodnocení stavu poznání v oblasti řešené disertace, případně charakteristiku metod, které hodlá při řešení uplatňovat. Obhajoba pojednání, které je oponováno, je součástí státní doktorské zkoušky. V další části zkoušky musí student prokázat hluboké teoretické znalosti v oboru. Státní doktorská zkouška probíhá ústní formou a je složena z tematických okruhů týkajících se povinného teoretického předmětu Biofyzikální chemie/Biophysical Chemistry a povinně volitelných předmětů.
K obhajobě disertační práce se student hlásí až po vykonání státní doktorské zkoušky a po splnění podmínek pro ukončení, jakými jsou účast na výuce, minimálně šesti měsíční studijní nebo pracovní stáž v zahraničí, alespoň jedna ústní prezentace práce v anglickém jazyce (konference, workshopy…) a splnění níže uvedených podmínek v oblasti tvůrčí činnosti.

Pravidla a podmínky vytváření individuálních studijních plánů a všechny studijní povinnosti jsou stanoveny Studijním a zkušebním řádem VUT, čl. 32 a blíže specifikovány odpovídající směrnicí fakulty. Při nástupu do studia je stanoveno obsahové zaměření studia a související tvůrčí činnosti, určeny minimálně tři studijní předměty, které je student povinen absolvovat (povinným předmětem pro všechny studenty je předmět Biofyzikální chemie/Biophysical Chemistry), související činnosti (zahraniční případně i domácí stáže, účast na konferencích) a pedagogická praxe. Zároveň je určen časový plán všech aktivit pro první ročník s výhledem na další roky studia. Plnění individuálního studijního plánu je každoročně vyhodnocováno a aktualizováno studentem a školitelem, následně je projednán oborovou radou, která jej schvaluje.
Během prvních pěti semestrů skládá doktorand zkoušky z jednoho povinného a dvou povinně volitelných předmětů a intenzivně se zabývá studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a jejich publikováním. Do konce třetího roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, jíž prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. Ve třetím a čtvrtém ročníku svého studia pokračuje doktorand ve výzkumné činnosti, publikuje dosažené cíle a zpracovává svoji disertační práci. Doktorandi ve čtvrtém roku studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci. Hotovou disertační práci doktorand odevzdá do konce 4. ročníku studia. Součástí dizertační práce jsou výsledky publikované v mezinárodních impaktovaných časopisech, přičemž minimálně u jedné publikace je student prvním autorem.

Program obecně navazuje na magisterské studijní programy v oblasti chemie, biochemie, biotechnologie, případně biologie nebo medicíny. Z hlediska programů realizovaných na Fakultě chemické program navazuje na magisterské studijní programy Chemie pro medicínské aplikace, Fyzikální a spotřební chemie a Potravinářská chemie a biotechnologie.

1. Biokoloidní hydrogely pro studium mobility reaktivních částic

   Na základě literární rešerše budou vybrány vhodné biokoloidy jako aktivní složky pro přípravu hydrogelů. Budou stanoveny reologické charakteristiky hydrogelů, studován transport rektivních částic v těchto hydrogelech a jejich interakce s biokoloidy.

   Školitel: Klučáková Martina, prof. Ing., Ph.D.

2. FCS studium strukturních a transportních vlastností hydrogelů

   Hydrogely jsou velkou skupinou materiálů se širokým využitím v biomedicínských aplikacích, environmentálních aplikacích nebo agrochemii a dalších oborech. V těchto aplikacích se výzkum zaměřuje zejména na rezervoárový aspekt těchto materiálů, který zahrnuje korelaci mezi vnitřní porézní strukturou a transportními vlastnostmi hydrogelů. Díky velmi vysokému obsahu vody a nízkému obsahu pevného podílu není snadné tyto systémy studovat v nativním, hydratovaném, stavu. Jako velmi vhodná metoda pro studium strukturních a transportních vlastností se jeví metoda fluorescenční korelační spektroskopie, která přináší informace o lokálním difúzním chování fluoreskujících systémů nebo komplexů. Cílem studia bude hledání korelace mezi difúzním chování vybraných modelových systémů/částic v rámci hydrogelové sítě a jejího vnějšího prostředí. Tímto způsobem bude studován transport systémů z a do hydrogelu a také jejich pohyb v rámci hydrogelové matrice. Metody studia budou doplněny dalšími podpůrnými technikami, které zahrnují rozptyl světla a různé druhy mikroskopií jako časově rozlišená fluorescenční mikroskopie (TRFM), elektronová mikroskopie (EM) a mikroskopie atomárních sil (AFM). V rámci studia budou získány hluboké znalosti o technikách fluorescenční spektroskopie a mikroskopie, stejně jako o metodách studia hydrogelových matric.

   Školitel: Mravec Filip, doc. Ing., Ph.D.

3. Hydratace biokoloidů

   Náplní práce bude podrobné studium hydratace vybraných biokoloidů (např. chitosan, kyselina hyaluronová, huminové látky) různými metodami vybranými na základě literární rešerše studenta. Součástí bude studium jevů souvisejících s interakcí biokoloidů s vodou a vodnými roztoky (rozpouštění, disociace).

   Školitel: Klučáková Martina, prof. Ing., Ph.D.

4. Optická mikroskopie pro zobrazování a počítání nanorozměrných entit biologického původu

   Pro určení molárních koncentrací molekul a početních koncentrací nanočástic lze použít buď absolutní, nebo relativní metody. Absolutní metody jsou atraktivní, protože nevyžadují kalibraci. Během kalibrace se analytické signály, jako je absorbance, fluorescence, elektrický proud atd., vztahují ke známé koncentraci kalibračního standardu. Jedná se o proces náchylný k chybám s nutností pravidelného opakování. Kalibraci navíc nelze provést vždy, protože pro mnoho analytů nebo látek nejsou kalibrační standardy k dispozici. Nedávný vývoj metod pro zobrazování jednotlivých nanorozměrných entit, jako jsou molekuly a nanočástice, poskytuje nové možnosti absolutní a citlivé analýzy. Disertační práce se zaměřuje na využití optické mikroskopie pro zobrazování a počítání nanorozměrných entit a stanovení jejich molární nebo početní koncentrace v kapalných disperzích. Testovány jsou různé způsoby zobrazování, jako je mikroskopie v jasném poli, fluorescenční mikroskopie a mikroskopie s fotonovou upkonverzí. Jsou vyvinuty nové techniky umožňující spojit počet zkoumaných entit s objemem vzorku, což je kritický krok pro určení koncentrace. Metody jsou testovány na purifikovaných modelových molekulách a nanočásticích o známé koncentraci a porovnávány s referenčními metodami. Jsou určeny analytické charakteristiky, jako je mez detekce a pracovní rozsah. Experimentálně se ověřuje použitelnost vyvinutých metod pro analýzu nanorozměrných entit biologického původu. Testuje se absolutní kvantifikace biologických polymerů, buněčných inkluzí a fluoreskujících molekul. Na závěr jsou diskutovány vlastnosti a výhody vyvinutých metod v kontextu současné literatury.

   Školitel: Hlaváček Antonín, Mgr., PhD

5. Polysacharidy jako vhodné transportní a signální biomolekuly pro přípravu nosičových systémů léčiv

   V dnešní době můžeme vidět velký pokrok v syntéze nových léčiv pro velmi závažná onemocnění zužujících lidskou společnost, jako jsou onkologická, autoimunitní onemocnění či onemocnění geneticky podmíněné. Nicméně, nová léčiva jsou velmi často limitována svými ne příliš dobrými fyzikálněchemickými vlastnostmi, jako je rozpustnost ve vodném prostředí atd.. Tyto fyzikálněchemické limity lze potlačit v hledání nových nosičových systémů, které by tyto překážky byly schopny řešit. Téma disertační práce je věnováno hledání nových nosičových systémů na bázi biokompatibilních polysacharidů, jako transportního média pro silně hydrofobní léčiva či jejich modelové sloučeniny. Obsahem disertační práce bude připravit konkrétní nosičové systémy léčiv s využitím kovalentních a slabých vazebných interakcí mezi biopolymerem a daným léčivem či jeho modelovou sloučeninou. Dále bude studováno chování těchto systémů ve vodných prostředích, a to i v přiblížení jako je vnitřní prostředí lidského organismu. Tato disertační práce bude doplněna i o transportní a stabilitní chování těchto systémů. Cílem je získat zpětnou vazbu pro návrh a design konkrétních nosičových systémů.

   Školitel: Enev Vojtěch, doc. Ing., Ph.D.

6. Role lokálních struktur nukleových kyselin v regulaci senescenci a stárnutí

   Senescence je komplexní biologický proces ovlivňovaný mnoha faktory, včetně genetických a epigenetických. Lokální struktury nukleových kyselin, jako jsou G-kvadruplexy, mohou významně přispívat k regulaci genové exprese a tím ovlivňovat proces stárnutí. V této práci se zaměříme na studium vztahu mezi strukturou a funkcí těchto struktur v kontextu senescence a stárnutí. Pomocí bioinformatických nástrojů identifikujeme potenciální místa pro tvorbu G-kvadruplexů v genomech modelových organismů. Následně budou tyto struktury charakterizovány pomocí biofyzikálních metod. Dále budou studovány interakce těchto struktur s proteiny a jejich vliv na regulaci genové exprese. Na buněčné úrovni budou zkoumány funkční důsledky stabilizace nebo destabilizace těchto struktur pomocí interagujících molekul. Předpokládáme spolupráci se zahraničním pracovištěm specializujícím se na studium senescence.

   Školitel: Brázda Václav, prof. Mgr., Ph.D.

7. Rozpustná organická hmota půdy – biokoloidní pohled

   Půdní organická hmota, úžeji huminové látky, je již několik staletí předmětem výzkumu. Přesto nejsou stále rozřešeny otázky jejího vzniku či charakteru. Původní polymerní teorie se v posledních ca dvou dekádách zdá být nahrazována supramolekulárními pohledy, v poslední době bují názory o neexistenci huminových látek, tvrdící, že půdní organická hmota je tvořena jen produkty různého stupně rozkladu odumírající původní rostlinné či živočišné hmoty. Dále může obsahovat produkty metabolismu půdních mikroorganismů. Pro příjem (živin) rostlinami, jejich vývoj a růst je klíčová ve vodě rozpustná organická hmota. Ta stále stojí mimo hlavní proud aktuální diskuse, která se soustředí zejména na tuhou půdní matrici nebo její tradiční izoláty – huminové a fulvinové kyseliny. Po doplňující, ale hloubkové rešerši se disertace zaměří na tvorbu a výskyt koloidních struktur v půdním roztoku nebo ve vodných výluzích půdy. Na agregátní chování a charakter rozpuštěné organické hmoty, velikost, stabilitu, difúzní chování koloidních struktur, možnost odlišení supramolekulárního a makromolekulárního typu. Disertace může také zahrnout modelové studie koloidního chování dobře definovaných molekul, které byly v půdních roztocích odhaleny. chemické složení. Výsledky budou hodnoceny právě ve světle současné diskuse o původu, charakteru a stabilitě půdní organické hmoty.

   Školitel: Pekař Miloslav, prof. Ing., CSc.

8. Studium dynamiky a ekologických dopadů fragmentace perzistentních a biodegradovatelných polyesterů v různých ekosystémech.

   Přechod od konvenčních syntetických polymerů k biologicky odbouratelným alternativám v rámci výroby plastů s sebou přináší nejen příslib nižší dlouhodobé zátěže pro životní prostředí, ale také některé složité ekologické otázky. Zaměření tématu práce pracuje s hypotézou, že skutečný ekologický dopad náhrady konvenčních polymerů biodegradabilními alternativami představuje složitý kompromis mezi krátkodobými a dlouhodobými efekty na životní prostředí. Uvolňování sekundárních nanoplastů při degradaci polymeru představuje příklad krátkodobého negativního efektu, který vyžaduje posouzení v širším časovém kontextu. V rámci experimentální náplně studia bude realizována srovnávací analýza uvolňování mikro- a nano- částic z konvenčních a biodegradovatelných polyesterů a jejich vliv na fyzikální, chemické a biologické vlastnosti modelových prostředí, konkrétně půdy, kompostu a vybraných vodních ekosystémů. Výzkum zahrnuje artificiální přípravu a charakterizaci částic, modelové experimenty zaměřené na simulaci abiotických a biotických podmínek jejich uvolňování v přirozených systémech, a také hodnocení krátkodobé toxicity těchto částic. Téma práce doplňuje v současnosti již probíhající experimentální studium biodegradace a přirozeného odbourávání těchto polymerních materiálů v dlouhodobé časové perspektivě. Cílem doktorské práce tak bude nejen pochopit mechanismy fragmentace, ale také kvantifikovat ekologickou zátěž materiálů na bázi perzistentních resp. biodegradabilních polyesterů. Hlavní motivací práce je přispět k racionálnímu a udržitelnému využívání biodegradovatelných materiálů, a to prostřednictvím posouzení reálného kompromisu mezi pozitivními a negativními efekty v krátkodobém i dlouhodobém měřítku.

   Školitel: Sedláček Petr, doc. Ing., Ph.D.