teória vyučovania fyziky (TVFd)
Adaptácia úloh Turnaja mladých fyzikov do výučby na gymnáziu
Každoročne sú v Turnaji mladých fyzikov (TMF) riešené zaujímavé a z pohľadu školskej fyziky netradičné fyzikálne problémy. Pri ich riešení si žiaci rozširujú vedomosti a rozvíjajú spôsobilosti vedeckej práce. Spracovaniu úloh sa venujú iba na niekoľkých školách v rámci voľnočasových aktivít. Vyriešené úlohy ako aj systém ich prezentovania, oponovania a recenzovania žiakmi ponúkajú obrovský potenciál pre školské fyzikálne vzdelávania. Hlavným cieľom dizertačnej práce je implementovať vybrané úlohy TMF do výučby na strednej škole formou laboratórnych meraní. Úlohou doktoranda(ky) bude pre jednotlivé tematické celky učiva fyziky na gymnáziu vybrať úlohy riešené v predchádzajúcich ročníkoch TMF. Pri výbere úloh cielene sledovať rozvoj spôsobilostí vedeckej práce žiaka. Vybrané úlohy adaptovať do podoby riadeného bádania a pripraviť k nim pracovné listy a metodiky pre učiteľov. Didaktickým experimentom na vybraných školách overiť vhodnosť ich zaradenia do výučby a po pilotnom overení finalizovať didaktické materiály k jednotlivým laboratórnym meraniam.
[1] HENDL, J. 2008. Kvalitativní výzkum: základní teorie, metody a aplikace. Praha 2008, 2. vydanie, 408 s. ISBN 978-80-7367-485-4. [2] KLUIBER, Z. 2005. Tvůrčí náboj úloh turnaje mladých fyziků. Ed. Scio me multa nescire, č. 28. MAFY Hradec Králové 2005. [3] Martchenko, I.: Preparation to the Young physicist`s tournament, [online]. Dostupné na internete: <www.iypt.org>. [4] MURCIA, K. 2008. Re-thinking the Development of Scientific Literacy Through a Rope Metaphor. In: Research in Science Education. Vol. 39, 2008, No. 2
teória vyučovania fyziky (TVFdAj)
Adaptácia úloh Turnaja mladých fyzikov do výučby na gymnáziu
Každoročne sú v Turnaji mladých fyzikov (TMF) riešené zaujímavé a z pohľadu školskej fyziky netradičné fyzikálne problémy. Pri ich riešení si žiaci rozširujú vedomosti a rozvíjajú spôsobilosti vedeckej práce. Spracovaniu úloh sa venujú iba na niekoľkých školách v rámci voľnočasových aktivít. Vyriešené úlohy ako aj systém ich prezentovania, oponovania a recenzovania žiakmi ponúkajú obrovský potenciál pre školské fyzikálne vzdelávania. Hlavným cieľom dizertačnej práce je implementovať vybrané úlohy TMF do výučby na strednej škole formou laboratórnych meraní. Úlohou doktoranda(ky) bude pre jednotlivé tematické celky učiva fyziky na gymnáziu vybrať úlohy riešené v predchádzajúcich ročníkoch TMF. Pri výbere úloh cielene sledovať rozvoj spôsobilostí vedeckej práce žiaka. Vybrané úlohy adaptovať do podoby riadeného bádania a pripraviť k nim pracovné listy a metodiky pre učiteľov. Didaktickým experimentom na vybraných školách overiť vhodnosť ich zaradenia do výučby a po pilotnom overení finalizovať didaktické materiály k jednotlivým laboratórnym meraniam.
[1] HENDL, J. 2008. Kvalitativní výzkum: základní teorie, metody a aplikace. Praha 2008, 2. vydanie, 408 s. ISBN 978-80-7367-485-4. [2] KLUIBER, Z. 2005. Tvůrčí náboj úloh turnaje mladých fyziků. Ed. Scio me multa nescire, č. 28. MAFY Hradec Králové 2005. [3] Martchenko, I.: Preparation to the Young physicist`s tournament, [online]. Dostupné na internete: <www.iypt.org>. [4] MURCIA, K. 2008. Re-thinking the Development of Scientific Literacy Through a Rope Metaphor. In: Research in Science Education. Vol. 39, 2008, No. 2
teória vyučovania fyziky (TVFdAj)
Nástroje umelej inteligencie v inovatívnom fyzikálnom vzdelávaní.
Nástroje umelej inteligencie (AI), najmä chatboty založené na pokročilých veľkých neurónových jazykových modeloch ako sú ChatGPT, Bard alebo Claud, si vďaka svojim impozantným schopnostiam v roku 2023 vyslúžili významnú pozornosť v mnohých oblastiach ľudskej činnosti, vrátane vzdelávania fyziky a STEM predmetov. Táto dizertačná práca sa zameria na hĺbkovú analýzu súčasného stavu, vplyvu, dynamického vývoja aj potenciálu týchto technológií v kontexte inovatívneho vzdelávania vo fyzike. Následne sa preskúmajú možnosti integrácie AI do učebných osnov a didaktických postupov, s cieľom pripraviť ukážkové vzdelávacie inovatívne aktivity podporené AI vo vybranej oblasti fyziky, spolu s metodickými usmerneniami pre ich efektívne využitie. Empirický zmiešaný výskum bude orientovaný na analýzu vplyvu týchto technológií na zvýšenie motivácie a efektívnosti výučby na stredných a vysokých školách. Práca by mala smerovať aj k zhodnotenie nových perspektív využitia AI, ktoré môže výrazne obohatiť a transformovať súčasnú pedagogickú prax vo fyzikálnom vzdelávaní.
Hlavným cieľom tejto dizertačnej práce je teoreticky a aj empiricky zhodnotiť vplyv a potenciál nástrojov AI na skvalitnenie vzdelávania vo fyzike. Naplnenie tohto cieľa by malo byť realizované prostredníctvom integrovania AI do učebných osnov fyziky, vytvorenia zodpovedajúcich vzdelávacích aktivít s podporou AI s overením a analýzou ich dopadu na motiváciu a efektivitu na stredných a vysokých školách.
[1] J. W. Creswell and V. L. P. Clark, Designing and Conducting Mixed Methods Research, 3rd ed. London: SAGE Publications, Inc, 2017. ISBN 978-1-483346-98-4 [2] W. Daher, H. Diab, and A. Rayan, “Artificial Intelligence Generative Tools and Conceptual Knowledge in Problem Solving in Chemistry,” Information, vol. 14, no. 7, Art. no. 7, 2023 [3] M. N. Dahlkemper, S. Z. Lahme, and P. Klein, “How do physics students evaluate artificial intelligence responses on comprehension questions? A study on the perceived scientific accuracy and linguistic quality of ChatGPT,” Phys. Rev. Phys. Educ. Res., vol. 19, no. 1, p. 010142, 2023 [4] A. Al-Marzouqi (ed.) rt al., Artificial Intelligence in Education: The Power and Dangers of ChatGPT in the Classroom. Springer, 2024. ISBN 978-3-031-52280-2. [5] G. Kortemeyer, “Toward AI grading of student problem solutions in introductory physics: A feasibility study,” Phys. Rev. Phys. Educ. Res., vol. 19, no. 2, p. 020163, 2023 [6] W. Xu and F. Ouyang, "The Application of AI Technologies in STEM Education: A Systematic Review from 2011 to 2021," International Journal of STEM Education, vol. 9, no. 1, p. 59, 2022.
biofyzika (BFdAj)
Paradigma amyloidnej agregácie: od patologických štruktúr k funkčným bionanomateriálom
Amyloidné agregáty predstavujú triedu vysoko usporiadaných štruktúr, tvorených mnohými prírodnými, ale aj umelo navrhnutými peptidmi a proteínmi. Tradične sú amyloidné štruktúry spájané s neurodegeneratívnymi a ďalšími ochoreniami, vrátane Alzheimerovej, Parkinsonovej, či Huntingtonovej choroby a spongiformných encefalopatií. Na druhej strane mnohé živé organizmy využívajú rôzne amyloidné proteíny ako funkčné stavebné bloky na zabezpečenie ich základných fyziologických funkcií. Táto skutočnosť, spolu s prirodzenou schopnosťou samousporiadania a vynikajúcimi materiálovými vlastnosťami amyloidných štruktúr, podnietila významný výskum v oblasti syntetického dizajnu funkčných amyloidov na vytvorenie rôznorodej nanoarchitektúry, molekulárnych materiálov a hybridných alebo kompozitných materiálov. V rámci doktorandského štúdia sa bude detailne skúmať úloha oxidačného stresu a apoptózy v amyloidnej agregácii, t.j. štúdium štrukturálnych a funkčných dôsledkov interakcie proteínových/proteínových amyloidových štruktúr s rôznymi typmi látok, vrátane multifunkčných kompozitov. Druhým cieľom bude príprava multifunkčných biokonjugátov na báze funkčných amyloidných proteínov, ktoré je možné využiť na viazanie a uvoľňovanie biologicky aktívnych činidiel, vytváranie viacnásobných proteínových usporiadaní pre efektívne enzymatické kaskády alebo aj ako perspektívne nosiče pre cielené dodávanie liečiv s kontrolovaným uvoľňovaním.
1.Tvorba a štúdium amyloidných agregátov proteínov. Ia – tvorba patologických amyloidných štruktúr Ib – príprava funkčných amyloidných štruktúr 2.Úloha oxidačného stresu v procese amyloidogenézy. 3.Príprava biokonjugátov/multikompozitov na báze amyloidných proteínov IIIa - Príprava a charakterizácia nemodifikovaných proteínových fibríl IIIb - DNA-funkcionalizácia fibríl IIIc - Štúdium samo-usporiadania konjugátov DNA-proteín a DNA-riadené samo-usporiadanie hybridných fibríl použitím viacerých biofyzikálnych a biochemických techník
Naleway, S.E., Porter, M.M., McKittrick, J., Meyers, M.A. (2015) Advanced Materials 27, 5455-5476 Knowles, T.P.J., Buehler, M.J. (2011) Nature Nanotechnology 6, 469-479 Das, A., Shah, M., and Saraogi, I. (2022). ACS Bio Med. Chem. Au 0, 205–221 Humenik, M., Scheibel, T. (2014) ACS Nano 8, 1342-1349 Humenik, M., Preiß, T., Gödrich, S, et al. (2020) Materials Today Bio, 6, 100045
fyzika (FdAj)
Využitie spinových modelov v predikcií priestorových dát
Problematika je zameraná na využitie vhodne definovaných spinových modelov na predikciu chýbajúcich hodnôt primárne v masívnych časovo-priestorových dátach, napr. z diaľkového snímania Zeme. Tradičné predikčné metódy nie sú vhodné pre takéto dáta najmä kvôli vysokej výpočtovej zložitosti ako aj iným obmedzeniam [1]. Nedávny výskum ukázal, že predikčné metódy, založené napríklad na aplikácii jednoducho modifikovaného spinového modelu planárneho rotátora [2,3] a jeho zovšeobecnenej verzie [4], môžu byť výpočtovo oveľa efektívnejšie. Potenciál spinových modelov tkvie v schopnosti modelovať rôzne typy časovo-priestorových korelácií pomocou krátko-dosahových medzispinových interakcií globálnych vonkajších vplyvov. Navrhovaný výskum si kladie za cieľ vyvinúť stratégie pre vývoj efektívnych predikčných metód na báze spinových modelov, ktoré by boli flexibilné a vhodné pre automatické spracovanie s využitím masívne paralelných algoritmov implementovaných na grafických procesoroch (GPU).
1. N. Cressie and C.K. Wikle, Statistics for spatio-temporal data. John Wiley & Sons, 2015. 2. M. Žukovič and D.T. Hristopulos, Gibbs Markov random fields with continuous values based on the modified planar rotator model, Phys. Rev. E 98 062135 (2018). 3. M. Žukovič, M. Borovský, M. Lach and D.T. Hristopulos, GPU-Accelerated Simulation of Massive Spatial Data Based on the Modified Planar Rotator Model, Mathematical Geosciences 52 123 (2020). 4. M. Žukovič and D.T. Hristopulos, Spatial data modeling by means of Gibbs Markov random fields based on a generalized planar rotator model, Physica A 612 128509 (2023).
teória vyučovania fyziky (TVFdAj)
Zmiešaná výučba v astronomickom vzdelávaní na gymnáziu
Na základnej škole je koncept výučby astronómie rozpracovaný do formy samostatného voliteľného predmetu. Vo výučbe predmetu fyzika majú učitelia možnosť zaradzovať astronomické témy vo väzbe na tradičné tematické celku. V nadväzujúcom gymnaziálnom štúdiu chýba z pohľadu vzdelávacieho štandardu spracovanie astronomických tém ako aj podpora učiteľov v podobe námetov na vzdelávacie aktivity. Vzhľadom na rastúci podiel neformálneho a informálneho vzdelávania a dostupnosť vysokokvalitných informačných zdrojov, javí sa uvedená problematika ako vhodná pre sprístupnenie metódou zmiešanej výučby. Našim zámerom bude zaviesť astrofyzikálny obsah do výučby fyziky v podobe samostatného tematického celku. V hybridnom vzdelávacom priestore budeme akčným výskumom overovať efektívnosť vyučovacej metódy a dopad na rozvoj vybraných žiackych zručností a vedomostí. Overené metodiky budeme implementovať do pripravovaného kurzu fyziky v rámci študijného programu STEM tried na gymnáziu.
1. Zmapovať stav astronomického vzdelávania a zmiešanej výučby na úrovni žiakov gymnázia. 2. Navrhnúť a pilotne overiť vzdelávacie aktivity pre hybridné vzdelávanie metódou ačného výskumu.
[1] Dan MacIsaac; Astrophysics Lessons for High School Physics Students. Phys. Teach. 1 September 2023; 61 (6): 544. https://doi.org/10.1119/10.0020780 [2] Boyd, Nora. (2023). Laboratory Astrophysics: Lessons for Epistemology of Astrophysics. 10.1007/978-3-031-26618-8_2. [3] Fitzgerald MT, Hollow R, Rebull LM, Danaia L, McKinnon DH. A Review of High School Level Astronomy Student Research Projects Over the Last Two Decades. Publications of the Astronomical Society of Australia. 2014;31:e037. doi:10.1017/pasa.2014.30 [4] Kapusta, Joseph & Gale, Charles. (2023). Astrophysics and cosmology. 10.1017/9781009401968.017.
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Kalorimetria supravodičov
Od objavu dvojmedzerovej supravodivosti v MgB2, sa sústavne pátra po ďalších príkladoch tejto už napohľad výnimočnej charakteristiky. Okrem toho je zaujímavou témou súčasnosti aj štúdium konkurenčných usporiadaní v supravodičoch, kde supravodivosť koexistuje, prípadne súperí napríklad s magnetickým usporiadaním, alebo vlnami nábojovej hustoty. Cieľom dizertačnej práce je štúdium vybraných supravodičov rôznymi kalorimetrickými metódami, hlavne pomocou ac-mikrokalorimetrie. Práca bude zameraná najmä na supravodiče s konkurenčnými parametrami usporiadania a to na meranie ich tepelnej kapacity pri rôznych teplotách a magnetických poliach. Cieľom bude určiť z nameraných dát základné charakteristiky študovaného supravodiča ako je jeho kritická teplota, sila väzby Cooperových párov, typ párovania, kritické magnetické polia, anizotropia supravodivých vlastností a pod. K tomu bude potrebné osvojiť si základy metodiky ac mikrokalorimetrie, prípravu a realizáciu experimentov, spracovanie a interpretáciu nameraných údajov, prezentáciu výsledkov na domácich a zahraničných konferenciách a publikovanie originálnych výsledkov v zahraničných vedeckých časopisoch.
Cieľom dizertačnej práce je štúdium vybraných supravodičov rôznymi kalorimetrickými metódami, hlavne pomocou ac-mikrokalorimetrie. Práca bude zameraná najmä na supravodiče s konkurenčnými parametrami usporiadania a to na meranie ich tepelnej kapacity pri rôznych teplotách a magnetických poliach.
[1] M. Tinkham, Introduction to superconductivity, McGraw-Hill, Inc., New York, 1996. [2] Yaakov Kraftmakher, Modulation Calorimetry: Theory And Applications, Springer-Verlag, 2004. [3] A. Tari, The Specific Heat of Matter at Low Temperatures, Imperial College Press, London, 2003.
fyzika (FdAj)
Vývoj modelu výpočtov trajektórii kozmického žiarenia v magnetosfére Zeme
Simulácie trajektórii kozmického žiarenia sú nástrojom na opis radiačnej situácie v Zemskej magnetosfére. Sú spojené s viacerými výskumnými témami od radiačnej situácie v magnetosfére, témami kozmického počasia, cez vplyv kozmického žiarenia na tvorbu oblakov a širšie vplyv na klímu až po skúmanie presnosti datovacej metódy rádioaktívneho uhlíka C14. Cieľom práce je vylepšenie súčasných modelov pre výpočty trajektórii kozmického žiarenia v magnetospfére a ich využitie na skúmanie vybraných problémov spojených s kozmickým žiarením v magnetosfére Zeme. Medzi vybrané témy patrí vývoj modelu umožňujúceho simuláciu intenzít kozmického žiarenia počas geomagnetických búrok, hľadanie optimálnej metodiky pre skúmanie vplyvu kozmického žiarenia na tvorbu oblakov a určenie vplyvu krustálneho geomagnetického poľa na energetické prahy kozmického žiarenia na povrchu Zeme a v magnetosfére.
Cieľom práce je vývoj modelov pohybu častíc kozmického žiarenia v magnetosfére Zeme, Magnetické pole magnetosféry je v týchto modeloch sumou interného, externého ale aj krustálneho magnetického poľa.
1. Gecášek D, Bobík P, Genči J, Villim J, Vaško M, COR system: a tool to evaluate cosmic ray trajectories in the Earth's magnetosphere, Advances in Space Research, 2022, ISSN 0273-1177, https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.06.001 2. Boella G., Boschini M. J., Gervasi M., Grandi D., Pensotti S., Rancoita P. G., Bobik P., Kudela K., Evaluation of the flux of CR nuclei inside the magnetosphere, Astroparticle, Particle and Space Physics, Detectors and Medical Physics Applications. Proceedings of the 10th Conference. Held 8-12 October 2007 in Villa Olmo, Como, Italy, Published by World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2008. ISBN #9789812819093, pp. 875-880, 2008 3, Kudela K., Bobik P., Long-Term Variations of Geomagnetic Rigidity Cutoffs, Solar Physics, Volume 224, Issue 1-2, pp. 423-431, 2004
biofyzika (BFdAj)
Molekulový mechanizmus agregácie patologických IgG v onkohematologických chorobách
Tento projekt ponúka jedinečnú príležitosť ponoriť sa do molekulárnych základov zhlukovania patologických IgG prítomných u onkohematologických chorôb, ako sú mnohopočetný myelóm a amyloidóza ľahkých reťazcov. Tieto stavy, charakterizované agregáciou patologických ľahkých reťazcov imunoglobulínu G (IgG), vedú k vážnym zdravotným komplikáciám a sú v súčasnosti klasifikované ako nevyliečiteľné. Využijete širokú škálu inovatívnych techník na štúdium týchto procesov ex vivo a získate tak hlbšie pochopenie týcho molekulárne zložitých mechanizmov. Vaša práca prispeje k hlbšiemu pochopeniu mechanizmov agregácie patologických IgG, čo by potenciálne mohlo viesť k novým terapeutickým stratégiám. Ako doktorand budete aktívne zapojení do návrhu experimentov, zberu a analýzy dát. Tiež preskúmate úlohu šaperónových domén ako možných neutralizačných a terapeutických molekúl. Tento projekt predstavuje významnú príležitosť prispieť do oblasti s vysokým medicínskym významom.
1) Skúmanie biologických a biochemických faktorov, ktoré prispievajú k agregácii patologických ľahkých reťazcov IgG. 2) Štúdium interakcií medzi sérovými proteínmi, lipidovými vezikulami a vlastnosťami povrchu buniek, ktoré katalyzujú alebo poháňajú tento proces agregácie. 3) Skúmanie potenciálu šaperonových domien ako potenciálne neutralizačné liečivá.
1. Džupponová V, Žoldák G. Aggregation mechanism and branched 3D morphologies of pathological human light chain proteins under reducing conditions. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023 Jan;221:112983. doi: 10.1016/j.colsurfb.2022.112983. 2. Džupponová V, Žoldák G. Salt-dependent passive adsorption of IgG1κ-type monoclonal antibodies on hydrophobic microparticles. Biophys Chem. 2021 Aug;275:106609. doi: 10.1016/j.bpc.2021.106609. 3. Džupponová V, Huntošová V, Žoldák G. A kinetic coupling between protein unfolding and aggregation controls time-dependent solubility of the human myeloma antibody light chain. Protein Sci. 2020 Dec;29(12):2408-2421. doi: 10.1002/pro.3968. 4. Nemergut M, Pluskal D, Horackova J, Sustrova T, Tulis J, Barta T, Baatallah R, Gagnot G, Novakova V, Majerova M, Sedlackova K, Marques SM, Toul M, Damborsky J, Prokop Z, Bednar D, Janin YL, Marek M. Illuminating the mechanism and allosteric behavior of NanoLuc luciferase. Nat Commun. 2023 Nov 29;14(1):7864. doi: 10.1038/s41467-023-43403-y.
progresívne materiály (PMd)
Deformačné a lomové vlastnosti keramických materiálov na mikro/nano úrovni
Téma dizertačnej práca je zameraná na novú perspektívnu oblasť materiálového výskumu - nanomechanické skúšanie materiálov. Nanomechanické skúšanie vychádza z nanoindentačných testov, pričom rozvoj metodík v súčasnosti umožňuje vykonávať tlakové, ťahové, ohybové skúšky, ako aj únavové a creepove testy v nano a mikro mierke, pričom je možné študovať vplyv veľkosti a orientácie kryštálu na plastické správanie materiálov. Analyzovaním týchto prejavov je možné získavať nové poznatky základného výskumu o deformačných mechanizmoch, čo by bolo hlavným predpokladaným prínosom dizertačnej práce. Očakávame tiež príspevok k vývoju nových metodík skúšania materiálov na nano- mikro- úrovni.
Téma dizertačnej práca je zameraná na novú perspektívnu oblasť materiálového výskumu - nanomechanické skúšanie materiálov.
Aktuálna časopisecká literatúra.
progresívne materiály (PMdAj)
Deformačné a lomové vlastnosti keramických materiálov na mikro/nano úrovni
Téma dizertačnej práca je zameraná na novú perspektívnu oblasť materiálového výskumu - nanomechanické skúšanie materiálov. Nanomechanické skúšanie vychádza z nanoindentačných testov, pričom rozvoj metodík v súčasnosti umožňuje vykonávať tlakové, ťahové, ohybové skúšky, ako aj únavové a creepove testy v nano a mikro mierke, pričom je možné študovať vplyv veľkosti a orientácie kryštálu na plastické správanie materiálov. Analyzovaním týchto prejavov je možné získavať nové poznatky základného výskumu o deformačných mechanizmoch, čo by bolo hlavným predpokladaným prínosom dizertačnej práce. Očakávame tiež príspevok k vývoju nových metodík skúšania materiálov na nano- mikro- úrovni.
Téma dizertačnej práca je zameraná na novú perspektívnu oblasť materiálového výskumu - nanomechanické skúšanie materiálov.
Aktuálna časopisecká literatúra.
fyzika (FdAj)
Návrh a implementácia časticového modelu dynamiky stlačiteľných kvapalín
Hlavnou náplňou doktorandského výskumného projektu je vytvorenie multiškálového modelu prúdenia stlačiteľnej kvapaliny (vrátane možných nie-Newtonovských kvapalín) a embedovaných fiduciálnych či biologických častíc založeného na časticových formalizmoch ako alternatívy k obvyklej CFD (OpenFoam,robí náš UOX partner). Účelom takých simulácií je poskytnúť syntetické dáta pre tréning umelej inteligencie na interpretáciu rýchlych XMPH experimentov (X-ray multiprojection holography) vrátane kavitácií a turbulencie. Tento model bude použitý pre rekonštrukciu dát z experimentov sledovania rýchlej dynamiky (vzorkovacia frekvencia do 4.5 MHz) unikátneho experimentálneho zariadenia budovaného konzorciom projektu Horizon EU MHz Tomoscopy grantová zmluva č. 101046448 ako aj nasledujúcich projektov na výskum fluidiky. (EuXFEL (DE), DESY (DE),SUNA GmBH (DE), Univerzita Oxford (GB), Univerzita Lund (SE), Univerzita Tohoku (JPN), DTU (DK), TUHH (DE), Stockholm University (SE), Iasu University (RO) ale aj iní). Doktorandský projekt bude vyžadovať kvôli multidisciplinarite intenzívnu spoluprácu s partnermi projektu. Práca je svojím rozsahom vhodná aj pre viacerých (2-3) študentov DŠ. Možnosť duálnych diplomov resp. Industriálnych PhD.
vytvoriť multiškálový hrubozrnný model stlačiteľlnej kvapaliny v časticovom formalizme, vrátane modelu biologických častíc v subnm rozlíšení pre tréning rekonštrukčných algoritmov AI našich XMPH experimentov
[1] Vagovič, P., Sato, T., Mikeš, L., Mills, G., Graceffa, R., Mattsson, F., Villanueva-Perez, P., Ershov, A., Faragó, T., Uličný, J., et al. (2019). Megahertz x-ray microscopy at x-ray free-electron laser and synchrotron sources. Optica, OPTICA 6, 1106–1109. [2] Hrivňak, S., Hovan, A., Uličný, J., and Vagovič, P. (2018). Phase retrieval for arbitrary Fresnel-like linear shift-invariant imaging systems suitable for tomography. Biomed Opt Express 9, 4390–4400., Hrivňak, S., Uličný, J., Mikeš, L., Cecilia, A., Hamann, E., Baumbach, T., Švéda, L., Zápražný, Z., Korytár, D., Gimenez-Navarro, E., et al. (2016). Single- distance phase retrieval algorithm for Bragg Magnifier microscope. Opt Express 24, 27753–27762. [4] Buakor, K.; Zhang, Y.; Birnšteinová, Š.; Bellucci, V.; Sato, T.; Kirkwood, H.; Mancuso, A. P.; Vagovic, P.; Villanueva-Perez, P. Shot-to-Shot Flat-Field Correction at X-Ray Free-Electron Lasers. Opt. Express 2022, 30 (7), 10633. [4] Han, H.; Round, E.; Schubert, R.; Gül, Y.; Makroczyová, J.; Meza, D.; Heuser, P.; Aepfel-bacher, M.; Barák, I.; Betzel, C.; Fromme, P.; Kursula, I.; Nissen, P.; Tereschenko, E.; Schulz, J.; Uetrecht, C.; Ulicný, J.; Wilmanns, M.; Hajdu, J.; Lamzin, V. S.; Lorenzen, K. The XBI BioLab for Life Science Experiments at the European XFEL. J Appl Crystallogr 2021, 54 (1), 7–21. [5] Project: 101046448 — MHz-TOMOSCOPY — HORIZON-EIC-2021- PATHFINDEROPEN-01 , https://www.tomoscopy.eu [6] Soyama, H.; Liang, X.; Yashiro, W.; Kajiwara, K.; Asimakopoulou, E. M.; Bellucci, V.; Birnsteinova, S.; Giovanetti, G.; Kim, C.; Kirkwood, H. J.; Koliyadu, J. C. P.; Letrun, R.; Zhang, Y.; Uličný, J.; Bean, R.; Mancuso, A. P.; Villanueva-Perez, P.; Sato, T.; Vagovič, P.; Eakins, D.; Korsunsky, A. M. Revealing the Origins of Vortex Cavitation in a Venturi Tube by High Speed X-Ray Imaging. Ultrasonics Sonochemistry 2023, 101, 106715. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106715. [7] Zhang, Y.; Yao, Z.; Ritschel, T.; Villanueva‐Perez, P. ONIX: An X‐ray Deep‐learning Tool for 3D Reconstructions from Sparse Views. Applied Research 2023, e202300016. https://doi.org/10.1002/appl.202300016.
biofyzika (BFdAj)
Dizajn hyperstabilných šaperónových platforiem: od evolúcie k inováciám
Pridajte sa k výskumnej skupine podieľajúcej sa na vývoji nových molekulárnych platforiem pre detekciu a terapiu s využitím potenciálu šaperónových domén. Táto doktorandská téma predstavuje autentickú molekulárnu inováciu, zameriavajúcu sa na stabilizáciu šaperónových platforiem pre konštrukciu knižníc a aplikácie. Využijete rad špičkových techník vrátane komparatívnej evolučnej analýzy, kryštalizácie proteínov a štrukturálnej charakterizácie s využitím spolupráce s vedcami synchrotrónu SOLEIL. Vaša práca prispeje k vývoju nových molekulárnych platforiem s potenciálnymi aplikáciami v detekcii, premostením medzery medzi základnou molekulárnou biológiou a aplikovaným interdisciplinárnym výskumom. Ako PhD študent budete aktívne zapojený do návrhu experimentov, zberu a analýzy dát, a interpretácie. Budete mať príležitosť pracovať s pokročilými technológiami a významne prispieť do rýchlo sa vyvíjajúcej oblasti.
1) Skúmanie prírodných hyperstabilných šaperónových domén a identifikácia špecifických miest stabilizácie prostredníctvom cielenej mutagenézy. 2) Porovnanie sekvencii termofilných, mezofilných a psychrofilných variantov šaperónových domén a príprava nových variantov šaperónových domén. 3) Vykonávanie funkčnej analýzy a kryštalizácie nových šaperónových domén a variantov.
1. Džupponová V, Žoldák G. Aggregation mechanism and branched 3D morphologies of pathological human light chain proteins under reducing conditions. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023 Jan;221:112983. doi: 10.1016/j.colsurfb.2022.112983. 2. Džupponová V, Žoldák G. Salt-dependent passive adsorption of IgG1κ-type monoclonal antibodies on hydrophobic microparticles. Biophys Chem. 2021 Aug;275:106609. doi: 10.1016/j.bpc.2021.106609. 3. Džupponová V, Huntošová V, Žoldák G. A kinetic coupling between protein unfolding and aggregation controls time-dependent solubility of the human myeloma antibody light chain. Protein Sci. 2020 Dec;29(12):2408-2421. doi: 10.1002/pro.3968. 4. Nemergut M, Pluskal D, Horackova J, Sustrova T, Tulis J, Barta T, Baatallah R, Gagnot G, Novakova V, Majerova M, Sedlackova K, Marques SM, Toul M, Damborsky J, Prokop Z, Bednar D, Janin YL, Marek M. Illuminating the mechanism and allosteric behavior of NanoLuc luciferase. Nat Commun. 2023 Nov 29;14(1):7864. doi: 10.1038/s41467-023-43403-y.
biofyzika (BFd)
Detekcia singletového kyslíka v biologických systémoch
Fotodynamická terapia nádorových ochorení je založená na cytotoxickom účinku singletového kyslíka. Singletový kyslík sa vytvára prenosom energie z fotoaktivovaných molekúl liečiva (tzv. fotosenzibilizátora) na molekulový kyslík. Rádius cytotoxickej aktivity singletového kyslíka je určený rýchlosťou difúzie a dobou jeho života. Doterajší výskum v tejto oblasti nepriniesol jednoznačnú odpoveď ohľadom doby života singletového kyslíka v bunkách. Hlavným cieľom PhD práce je zdokonaliť experimentálne zariadenie na určenie doby života singletového kyslíka v bunkách a získať odpoveď na uvedenú kľúčovú záležitosť mechanizmu fotodynamickej terapie. V rámci práce sa zameriame aj na charakterizáciu nových fotosenzibilizátorov z hľadiska produkcie singletového kyslíka.
- Zvýšiť citlivosť aparatúry na súčasné meranie fosforescencie singletového kyslíka a tranzientnej absorbcie fotosenzibilizátorov. - Určiť kinetiku vzniku a zániku singletového kyslíka pri pulznej excitácii fotosenzibilizátorov v bunkách. - Určiť účinok tvorby singletového kyslíka nových a jestvujúcich fotoaktívnych molekúl.
da Silva, E. F. F., B. W. Pedersen, T. Breitenbach, R. Toftegaard, M. K. Kuimova, L. G. Arnaut and P. R. Ogilby (2012) Irradiation- and Sensitizer-Dependent Changes in the Lifetime of Intracellular Singlet Oxygen Produced in a Photosensitized Process. J. Phys. Chem. B. 116, 445-461. P. R. Ogilby (2010) Singlet oxygen: there is indeed something new under the sun. Chem. Soc. Rev. 39, 3181–3209.
biofyzika (BFdAj)
Vývoj celulárnych modelových platforiem na štúdium toxicity ľahkého reťazca IgG onkohematologických ochorení
Táto PhD práca má za cieľ posunúť naše chápanie onkohematologických ochorení spojených s produkciou patologických variantov ľahkých reťazcov IgG. Výskum je kľúčový pre odhalenie mechanizmov tkanivo-špecifickej toxicity týchto patologických foriem. Využijete kombináciu techník z oblasti bunkovej biológie, bioinžinierstva a biotechnológií pri vývoji týchto platforiem, čo umožní podrobnú analýzu tkanivo-špecifických toxických účinkov variantov. Tento výskum môže významne posunúť naše pochopenie tkanivo-špecifických účinkov variantov ľahkých reťazcov IgG, čo otvára cesty k efektívnejším liečebným metódam. Ako doktorand budete na čele tohto inovatívneho výskumu a budete spolupracovať s uznávanými medzinárodnými vedcami, vrátane Dr. Magdalény Harakalovej z Výskumného centra pre cirkulačné zdravie v Utrechte, Holandsko. Táto spolupráca ponúka bohaté prostredie pre vedecký rast a medzinárodné vzťahy.
1) Vyvinúť inovatívne celulárne platformy na posúdenie toxicity rôznych patologických variantov ľahkých reťazcov IgG nájdených u rôznych pacientov. 2) Návrh analytického čipu pre rôzne celulárne platformy. 3) Postup od tvorby biočipov s využitím prokaryotických buniek až po eukaryotické bunky a v prípade úspechu až k prototypom tkaniva na čipe.
1. Džupponová V, Žoldák G. Aggregation mechanism and branched 3D morphologies of pathological human light chain proteins under reducing conditions. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023 Jan;221:112983. doi: 10.1016/j.colsurfb.2022.112983. 2. Džupponová V, Žoldák G. Salt-dependent passive adsorption of IgG1κ-type monoclonal antibodies on hydrophobic microparticles. Biophys Chem. 2021 Aug;275:106609. doi: 10.1016/j.bpc.2021.106609. 3. Džupponová V, Huntošová V, Žoldák G. A kinetic coupling between protein unfolding and aggregation controls time-dependent solubility of the human myeloma antibody light chain. Protein Sci. 2020 Dec;29(12):2408-2421. doi: 10.1002/pro.3968. 4. Nemergut M, Pluskal D, Horackova J, Sustrova T, Tulis J, Barta T, Baatallah R, Gagnot G, Novakova V, Majerova M, Sedlackova K, Marques SM, Toul M, Damborsky J, Prokop Z, Bednar D, Janin YL, Marek M. Illuminating the mechanism and allosteric behavior of NanoLuc luciferase. Nat Commun. 2023 Nov 29;14(1):7864. doi: 10.1038/s41467-023-43403-y.
biofyzika (BFdAj)
Vývoj účinných geneticky kódovaných fotosenzibilizátorov na báze vybraných flavoproteínov
Geneticky kódované fotosenzibilizátory (GKF) majú na rozdiel od tradičných fotosenzibilizátorov na báze malých molekúl, používaných vo fotodynamickej terapii, kritickú výhodu v schopnosti selektívnej distribúcie do chorého tkaniva. Avšak výrazným funkčným limitom GKF v porovnaní s malými fotosenzibilizátormi je značné zníženie efektivity produkcie singletového kyslíka fotosenzibilizátora viazaného do proteínu. V tomto projekte využijeme pri vývoji efektívnych GKF nami nedávno vyvinutý dizajn zvýšenia produkcie singletového kyslíka GKF v kombinácii s vysokoúčinnou metódou analýzy efektívnych producentov singletového kyslíka na úrovni klonov. Náš prístup budeme testovať na vybraných flavoproteínoch. Tento projekt predpokladá zvládnutie viacerých biofyzikálnych, biochemických a molekulárno biologických metód.
Zvýšenie produkcie singletového kyslíka vo vybraných flavoproteínoch.
1. Jang J, Woolley GA. Directed evolution approaches for optogenetic tool development. Biochem Soc Trans. 2021 Dec 17;49(6):2737-2748. doi: 10.1042/BST20210700. 2. Westberg M, Etzerodt M, Ogilby PR. Rational design of genetically encoded singlet oxygen photosensitizing proteins. Curr Opin Struct Biol. 2019 Aug;57:56-62. doi: 10.1016/j.sbi.2019.01.025. 3. Ogilby PR. Singlet oxygen: there is indeed something new under the sun. Chem Soc Rev. 2010 Aug;39(8):3181-209. doi: 10.1039/b926014p. 4. Petrenčáková M, Filandr F, Hovan A, Yassaghi G, Man P, Kožár T, Schwer MS, Jancura D, Plückthun A, Novák P, Miškovský P, Bánó G, Sedlák E. Photoinduced damage of AsLOV2 domain is accompanied by increased singlet oxygen production due to flavin dissociation. Sci Rep. 2020 Mar 5;10(1):4119. doi: 10.1038/s41598-020-60861-2. 5. Články vo vedeckých časopisoch.
progresívne materiály (PMdAj)
Vývoj vysoko - entropických keramických materiálov: modelovanie, príprava, charakterizácia a skúšanie
Téma dizertačnej práce je zameraná na vývoj a charakterizáciu nových vysoko-entropických keramických materiálov na báze ternárnych karbidov a nitridov s unikátnymi vlastnosťami pri izbových teplotách ako aj vysokoteplotnými vlastnosťami. Tieto keramické materiály sú určené pre prácu a použitie v extrémnych podmienkach ako špecifické komponenty pre vesmírne aplikácie, výhrevné elementy do pecí, žiaruvzdorné komponenty a pod., ktoré vyžadujú excelentnú tepelnú stabilitu, supervysokú tvrdosť a výborné tribologické vlastnosti. Vývoj týchto materiálov je možný iba aplikovaním moderných metód modelovania, technologických postupov (ako vysokoenergetické mletie vstupných práškov, či spekanie v prítomnosti elektrického prúdu) a pokročilých metód charakterizácie ich vlastností (mikro/nano mechanické testy, tribologické testy, SEM, EBSD, TEM/HREM, AFM mikroskopia, oxidačné testy, ablačné testy, testy odolnosti voči tepelným šokom). Hlavným zámerom je správne pochopenie fyzikálnych procesov jednak pre materiálové vedy ako aj pre budúce inžinierske aplikácie. Riešenie práce prinesie systematické štúdium vysoko-entropických keramík na báze ternárnych karbidov a nitridov v takom rozsahu a natoľko komplexne, že sa dajú očakávať originálne výsledky v tejto oblasti materiálových vied.
Hlavným zámerom je správne pochopenie fyzikálnych procesov jednak pre materiálové vedy ako aj pre budúce inžinierske aplikácie. Riešenie práce prinesie systematické štúdium vysoko-entropických keramík na báze ternárnych karbidov a nitridov v takom rozsahu a natoľko komplexne, že sa dajú očakávať originálne výsledky v tejto oblasti materiálových vied.
Aktuálna časopisecká literatúra.
biofyzika (BFdAj)
Vývoj nových trombolytík metódami riadenej proteínovej evolúcie
Zvýšenie efektivity a špecificity trombolytík predstavuje komplexný problém v oblasti proteínového inžinierstva. Metódy riadenej evolúcie proteínov, ako ribozómový a kvasinkový displej, ponúkajú robustnú alternatívu ku klasickým prístupom proteínového inžinierstva. V tomto projekte sa zameráme na zlepšenie kritických konformačných a funkčných vlastností trombolytík na báze stafylokinázy, bakteriálneho proteínu získaného zo Staphylococcus aureus, ktoré sú už využívané v klinicej praxi. Témou dizertačnej práce bude selekcia stafylokinázových variantov s vylepšenými vlastnosťami metódami ribozomového a kvasinkového displeja. Konformačné a funkčné vlastnosti selektovaných proteínov budú charakterizované biofyzikálnymi metódami vrátane absorbčnej spektroskopie, fluorescencie, kruhového dichrozimu, diferenčnej skenujúcej klaorimetrie a zopdpovedajúcimi funkčnými testami. Cieľom práce bude vývoj vylepšeného trombolytika na báze stafylokinázy s využitím v klinickej praxi.
Zlepšenie konformačných a funkčných vlastností stafylokinázy metódami riadenej evolúcie proteínov.
1. Toul M, Mican J, Slonkova V, Nikitin D, Marek M, Bednar D, Damborsky J, Prokop Z. Hidden Potential of Highly Efficient and Widely Accessible Thrombolytic Staphylokinase. Stroke. 2022 Oct;53(10):3235-3237. doi: 10.1161/STROKEAHA.122.040219. 2. Nikitin D, Mican J, Toul M, Bednar D, Peskova M, Kittova P, Thalerova S, Vitecek J, Damborsky J, Mikulik R, Fleishman SJ, Prokop Z, Marek M. Computer-aided engineering of staphylokinase toward enhanced affinity and selectivity for plasmin. Comput Struct Biotechnol J. 2022 Mar 12;20:1366-1377. doi: 10.1016/j.csbj.2022.03.004. 3. Abdul Rahim P, Rengaswamy D. Fibrinolytic Enzyme - An Overview. Curr Pharm Biotechnol. 2022;23(11):1336-1345. doi: 10.2174/1389201023666220104143113. 4. Nedaeinia R, Faraji H, Javanmard SH, Ferns GA, Ghayour-Mobarhan M, Goli M, Mashkani B, Nedaeinia M, Haghighi MHH, Ranjbar M. Bacterial staphylokinase as a promising third-generation drug in the treatment for vascular occlusion. Mol Biol Rep. 2020 Jan;47(1):819-841. doi: 10.1007/s11033-019-05167-x. 5. Články vo vedeckých časopisoch.
progresívne materiály (PMdAj)
Vývoj keramických vlákien metódou elektrostatického zvlákňovania pre špeciálne technické aplikácie
Dizertačná práca je orientovaná na nanovlákenné systémy vyrobené relatívne novou, finančne nenáročnou a pritom produktívnou metódou, u ktorých sa očakáva veľký potenciál v oblasti solárnych aplikácií, plynových senzorov, varistorov a iných špeciálnych technických aplikácií. Očakávaným prínosom práce je zodpovedanie vzťahov medzi podmienkami prípravy, formovaním mikroštruktúry a vybranými funkčnými vlastnosťami vyvíjaných nanovlákien a má všetky predpoklady posunúť hranice poznania prípravy daných vlákien smerom k reálnym produkčným možnostiam. Cieľom práce je na základe získaných výsledkov predikovať aplikačné možnosti študovaných materiálov v praxi.
Cieľom práce je na základe získaných výsledkov predikovať aplikačné možnosti študovaných materiálov v praxi.
Aktuálna časopisecká literatúra.
progresívne materiály (PMdAj)
Vývoj novej entropicky stabilizovanej ultravysokoteplotnej keramiky s vynikajúcou pevnosťou a plasticitou
Téma dizertačnej práce je v oblasti materiálových vied vysoko aktuálna a zaoberá sa vývojom keramiky odolnej voči poškodeniu a ultra-vysokoteplotnej keramiky pre hypersonické a vesmírne aplikácie. Tieto materiály, tzv. ultravysokoteplotná keramika (UHTC), sú jediná skupina materiálov, ktoré odolávajú teplotám presahujúcim 2000 °C v oxidačnej atmosfére a používajú sa napríklad v tepelných ochranných vrstvách kozmických lodí. Keďže existuje len asi desiatka UHTC (napr. HfC, ZrB2) a tie sú pri nízkych teplotách (izbová teplota) krehké, dizertačná práca sa zameriava na vývoj nových materiálov vo forme entropicky stabilizovaných UHTC, ktoré pozostávajú z najmenej štyroch rôznych prechodných kovov v kryštálovej mriežke, so zlepšenou plasticitou/deformovateľnosťou a pevnosťou. Téma zahŕňa návrh materiálu, syntézu, štruktúrnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) a mechanické testovanie od nano až po makroškálu, s ktorými sa doktorand počas PhD. štúdia oboznámi. Hlavnou úlohou však bude mikro/nanomechanické testovanie (napr. nanoindentácia, stláčanie mikropilierov) zŕn a hraníc zŕn pomocou najmodernejšieho nanoindentačného zariadenia. Poznatky získané z deformačného správania zŕn sa využijú na návrh nových entropicky stabilizovaných kompozícií s vynikajúcou pevnosťou a plasticitou, čím sa dosiahnu originálne a vysoko impaktované výsledky.
Téma dizertačnej práce je v oblasti materiálových vied vysoko aktuálna a zaoberá sa vývojom keramiky odolnej voči poškodeniu a ultra-vysokoteplotnej keramiky pre hypersonické a vesmírne aplikácie.
Aktuálna časopisecká literatúra.
teória vyučovania fyziky (TVFdAj)
Rozvoj zručnosti argumentovať v kurze konceptuálnej fyziky
Žiakovo pochopenie fyzikálnych pojmov a javov je možné overovať prostredníctvom kvalitatívnych úloh a ich fyzikálnej interpretácie. Schopnosť vhodne použiť najdôležitejšie argumenty, správne ich usporiadať do uceleného výkladu fyzikálneho pojmu alebo javu sú znakmi zručnosti argumentovať. V rámci dizertačnej práce bude analyzovaný obsah kurzov konceptuálnej fyziky. Doktorand spracuje tematicky roztriedený súbor kvalitatívnych úloh a ich ozrejmenia na úrovni stredoškolskej fyziky. Pre učiteľov fyziky vytvorí kurz kontinuálneho vzdelávania, ktorým poskytne základné východiská a materiály pre aplikáciu kvalitatívnych úloh vo výučbe fyziky na strednej škole. Na vybranej vzorke žiakov gymnázií bude skúmaný rozvoj zručnosti argumentovať a úroveň žiackeho konceptuálneho porozumenia vybraných fyzikálnych pojmov a javov.
1. Zmapovať prístup k tvorbe obsahu kurzov konceptuálnej fyziky a používaných vyučovacích metód pri ich realizácii. 2. Spracovať tematicky roztriedený súbor kvalitatívnych úloh a ich ozrejmenia na úrovni stredoškolskej fyziky. 3. Vytvoriť a realizovať kurz kontinuálneho vzdelávania učiteľov fyziky zameraný na výučbu konceptuálne fyziky na strednej škole. 4. Na vybranej vzorke žiakov gymnázia skúmať rozvoj argumentačných zručností žiakov a úroveň žiackeho konceptuálneho porozumenia.
[1] Taşlıdere, Erdal & Eryilmaz, Ali. (2009). Alternative to Traditional Physics Instruction: Effectiveness of Conceptual Physics Approach. Eurasian Journal of Educational Research (EJER). 9. 109-128. [2] Aina, Jacob. (2017). Investigating the Conceptual Understanding of Physics through an Interactive Lecture- Engagement. Cumhuriyet International Journal of Education-CIJE. 6. 82-96. [3] Price, Edward & Goldberg, Fred & Robinson, Steve & McKean, Michael. (2016). Validity of peer grading using Calibrated Peer Review in a guided-inquiry, conceptual physics course. Physical Review Physics Education Research. 12. 10.1103/PhysRevPhysEducRes.12.020145. [4] Walker, Jearl. (2023). The Flying Circus of Physics, 2nd ed.
biofyzika (BFd)
Dizajn hyperstabilných šaperónových platforiem: od evolúcie k inováciám
Pridajte sa k výskumnej skupine podieľajúcej sa na vývoji nových molekulárnych platforiem pre detekciu a terapiu s využitím potenciálu šaperónových domén. Táto doktorandská téma predstavuje autentickú molekulárnu inováciu, zameriavajúcu sa na stabilizáciu šaperónových platforiem pre konštrukciu knižníc a aplikácie. Využijete rad špičkových techník vrátane komparatívnej evolučnej analýzy, kryštalizácie proteínov a štrukturálnej charakterizácie s využitím spolupráce s vedcami synchrotrónu SOLEIL. Vaša práca prispeje k vývoju nových molekulárnych platforiem s potenciálnymi aplikáciami v detekcii, premostením medzery medzi základnou molekulárnou biológiou a aplikovaným interdisciplinárnym výskumom. Ako PhD študent budete aktívne zapojený do návrhu experimentov, zberu a analýzy dát, a interpretácie. Budete mať príležitosť pracovať s pokročilými technológiami a významne prispieť do rýchlo sa vyvíjajúcej oblasti.
1) Skúmanie prírodných hyperstabilných šaperónových domén a identifikácia špecifických miest stabilizácie prostredníctvom cielenej mutagenézy. 2) Porovnanie sekvencii termofilných, mezofilných a psychrofilných variantov šaperónových domén a príprava nových variantov šaperónových domén. 3) Vykonávanie funkčnej analýzy a kryštalizácie nových šaperónových domén a variantov.
1. Džupponová V, Žoldák G. Aggregation mechanism and branched 3D morphologies of pathological human light chain proteins under reducing conditions. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023 Jan;221:112983. doi: 10.1016/j.colsurfb.2022.112983. 2. Džupponová V, Žoldák G. Salt-dependent passive adsorption of IgG1κ-type monoclonal antibodies on hydrophobic microparticles. Biophys Chem. 2021 Aug;275:106609. doi: 10.1016/j.bpc.2021.106609. 3. Džupponová V, Huntošová V, Žoldák G. A kinetic coupling between protein unfolding and aggregation controls time-dependent solubility of the human myeloma antibody light chain. Protein Sci. 2020 Dec;29(12):2408-2421. doi: 10.1002/pro.3968. 4. Nemergut M, Pluskal D, Horackova J, Sustrova T, Tulis J, Barta T, Baatallah R, Gagnot G, Novakova V, Majerova M, Sedlackova K, Marques SM, Toul M, Damborsky J, Prokop Z, Bednar D, Janin YL, Marek M. Illuminating the mechanism and allosteric behavior of NanoLuc luciferase. Nat Commun. 2023 Nov 29;14(1):7864. doi: 10.1038/s41467-023-43403-y.
progresívne materiály (PMdAj)
Vplyv prítomnosti atomárneho vodíka na vlastnosti vybraných ocelí
Kovové materiály sú v mnohých prípadoch počas svojej výroby a používaní vystavené pôsobeniu vodíka na ich štruktúru. Pri výrobe a povrchovej úprave materiálov sa nesprávnym technologickým postupom môže vodík naviazať na iné štruktúrne súčasti a tým vyvolať skrehnutie materiálu. Okrem toho sú materiály počas ich používania a prevádzky vystavené pôsobeniu vodíka, ktoré tak isto môžu z dlhodobého hľadiska spôsobiť kritické poškodena materiálu. Termínom vodíková krehkosť sa označuje degradácia materiálu následkom prítomnosti vodíka. Stále sú nezodpovedané otázky o kinetike procesu a taktiež nebol vytvorený dôkladný model alebo mechanizmus, ktorý by presne určil kde, kedy a za akých podmienok dôjde ku krehnutiu oceli následkom prítomnosti vodíka. Vodík v oceli spôsobuje spevnenie ale zároveň aj výrazný pokles tvárnosti a húževnatosti. Zhoršenie mechanických vlastností a nečakaný vznik lomov a trhlín sa vyskytuje u ocelí vystavených aj málo agresívnym prostrediam ako napríklad vlhkému vzduchu alebo plynnému vodíku pri nízkom tlaku. Taktiež sa malé množstvo vodíka dostane do ocele už počas výrobného procesu. Preto je v záujme zvyšovania bezpečnosti a spoľahlivosti strojov a strojných súčastí, chápať a prekonávať účinky vodíka. Aby sa mohli testovať a zlepšovať oceli, ktoré budú vystavené vodíkovému prostrediu, je potrebné simulovať reálne podmienky v podmienkach laboratórnych. Hlavným cieľom práce je popísať metódy, ktorými sa do ocelí privádza vodík, vyvolať skrehnutie a analýzu lomových plôch. Na základe experimentov sú merané charakteristiky daných materiálov, ktoré umožňujú vybrať najvhodnejší materiál pre potrebnú aplikáciu v praxi. Taktiež je možné testovať rôzne legury či prísady, ktoré by účinky vodíka znižovali alebo povlaky, ktoré by vnikanie vodíka do materiálu zmenšovali alebo úplne zastavili. Vodíkovanie a následné mechanické skúšky navodíkovaných ocelí nie sú bežné, pretože vyžadujú presné a drahé zariadenia, sú časovo náročné a taktiež nebezpečné, keďže vodík je vysoko reaktívny a výbušný. V súčasnosti existuje niekoľko teórií (mechanizmov) vodíkoveho krehnutia ocelí, ktoré popisujú príčiny degradácie materiálu vodíkom. Tieto teórie však neplatia všeobecne, jednotlivé úvahy boli vytvorené a popisujú vodíkovú krehkosť len pre konkrétne podmienky a za iných môžu v popise zlyhávať.
Cieľom tejto práce je zistiť vplyv atomárneho vodíka v štruktúre oceli po katodickom navodíkovaní a určiť kedy je prítomnosť vodíka ešte bezpečná.
Qian Liu and Andrej Atren, A critical review of the influence of hydrogen on the mechanical properties of medium-strength steels, rros Rev 2013; 31(3-6): 85–103
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Experimentálne štúdium anizotropie v tepelnej vodivosti v dvojrozmených systémoch a tepelnej vodivosti v amorfných systémoch
Tepelná vodivosť hrá veľmi dôležitú úlohu v mnohých aplikáciách. V prípade systémov s dvojrozmernou mriežkovou štruktúrou sa tepelná vodivosť vyznačuje výraznou anizotropiou vzhľadom na smer šírenia tepla (vo vrstvách alebo kolmo na vrstvy). Cieľom tejto práce bude experimentálne štúdium anizotropie v tepelnej vodivosti vo vybraných dvojrozmerných systémoch alebo tenkých vrstvách. V prípade amorfných materiálov sa tepelná vodivosť vyznačuje univerzálnym anomálnym správaním pri nízkych teplotách. Cieľom tejto časti bude skúmať možný pôvod spomínanej anomálie. Práca bude mať prevažne experimentálny charakter. Analýza experimentálnych dát sa bude realizovať rôznymi softwarovými balíkmi, pomocou ktorých sa popíše fyzikálny mechanizmus transportu tepla v danom systéme a v danej orientácii. V prípade potreby sa budú realizovať ďalšie podporné merania, ako je meranie tepelnej kapacity alebo magnetických vlastností.
Tepelná vodivosť hrá veľmi dôležitú úlohu v mnohých aplikáciách. V prípade systémov s dvojrozmernou mriežkovou štruktúrou sa tepelná vodivosť vyznačuje výraznou anizotropiou vzhľadom na smer šírenia tepla (vo vrstvách alebo kolmo na vrstvy). Cieľom tejto práce bude experimentálne štúdium anizotropie v tepelnej vodivosti vo vybraných dvojrozmerných systémoch alebo tenkých vrstvách. V prípade amorfných materiálov sa tepelná vodivosť vyznačuje univerzálnym anomálnym správaním pri nízkych teplotách. Cieľom tejto časti bude skúmať možný pôvod spomínanej anomálie. Práca bude mať prevažne experimentálny charakter. Analýza experimentálnych dát sa bude realizovať rôznymi softwarovými balíkmi, pomocou ktorých sa popíše fyzikálny mechanizmus transportu tepla v danom systéme a v danej orientácii. V prípade potreby sa budú realizovať ďalšie podporné merania, ako je meranie tepelnej kapacity alebo magnetických vlastností.
1. K. Shrestha, and K. Gofryk, Rev. Sci. Instrum. 89, 043905 (2018). 2. David G. Cahill, Rev. Sci. Instrum. 61, 802 (1990). 3. R. McKinney, P. Gorai, E. S. Toberer, V. Stevanovicc, Chem. Mater. 31, 2048–2057 (2019). 4. Miguel A Ramos, Low-Temperature Thermal and Vibrational Properties of Disordered Solids A Half-Century of Universal “Anomalies” of Glasses, World Scientific (2022).
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Experimentálne štúdium anizotropie v tepelnej vodivosti v dvojrozmených systémoch a tepelnej vodivosti v amorfných systémoch
Tepelná vodivosť hrá veľmi dôležitú úlohu v mnohých aplikáciách. V prípade systémov s dvojrozmernou mriežkovou štruktúrou sa tepelná vodivosť vyznačuje výraznou anizotropiou vzhľadom na smer šírenia tepla (vo vrstvách alebo kolmo na vrstvy). Cieľom tejto práce bude experimentálne štúdium anizotropie v tepelnej vodivosti vo vybraných dvojrozmerných systémoch alebo tenkých vrstvách. V prípade amorfných materiálov sa tepelná vodivosť vyznačuje univerzálnym anomálnym správaním pri nízkych teplotách. Cieľom tejto časti bude skúmať možný pôvod spomínanej anomálie. Práca bude mať prevažne experimentálny charakter. Analýza experimentálnych dát sa bude realizovať rôznymi softwarovými balíkmi, pomocou ktorých sa popíše fyzikálny mechanizmus transportu tepla v danom systéme a v danej orientácii. V prípade potreby sa budú realizovať ďalšie podporné merania, ako je meranie tepelnej kapacity alebo magnetických vlastností.
Tepelná vodivosť hrá veľmi dôležitú úlohu v mnohých aplikáciách. V prípade systémov s dvojrozmernou mriežkovou štruktúrou sa tepelná vodivosť vyznačuje výraznou anizotropiou vzhľadom na smer šírenia tepla (vo vrstvách alebo kolmo na vrstvy). Cieľom tejto práce bude experimentálne štúdium anizotropie v tepelnej vodivosti vo vybraných dvojrozmerných systémoch alebo tenkých vrstvách. V prípade amorfných materiálov sa tepelná vodivosť vyznačuje univerzálnym anomálnym správaním pri nízkych teplotách. Cieľom tejto časti bude skúmať možný pôvod spomínanej anomálie. Práca bude mať prevažne experimentálny charakter. Analýza experimentálnych dát sa bude realizovať rôznymi softwarovými balíkmi, pomocou ktorých sa popíše fyzikálny mechanizmus transportu tepla v danom systéme a v danej orientácii. V prípade potreby sa budú realizovať ďalšie podporné merania, ako je meranie tepelnej kapacity alebo magnetických vlastností.
1. K. Shrestha, and K. Gofryk, Rev. Sci. Instrum. 89, 043905 (2018). 2. David G. Cahill, Rev. Sci. Instrum. 61, 802 (1990). 3. R. McKinney, P. Gorai, E. S. Toberer, V. Stevanovicc, Chem. Mater. 31, 2048–2057 (2019). 4. Miguel A Ramos, Low-Temperature Thermal and Vibrational Properties of Disordered Solids A Half-Century of Universal “Anomalies” of Glasses, World Scientific (2022).
fyzika (FdAj)
Skúmanie diskrétnej gravitácie, paradoxu čiernych dier a tiež kvantových javov pre rôzne kozmologické objekty ako aj nanoštruktúry
Interpretácie vznikajúcich priestorov („emerging spaces“) pomocou nového geometrického/topologického prístupu zavedeného PNDP-varietami, t.j. konkrétnym druhom Einsteinovej sekvenčne deformovanej variety, ktorá z diferenciálno-geometrického hľadiska umožňuje pokryť širšiu škálu rôznych presných riešení Einsteinovej rovnice poľa, bez toho, aby sa výrazne skomplikovali výpočty v porovnaní s Einsteinovými deformovanými varietami. Cieľom práce bude objasniť základnú fyziku nad rámec Štandardného modelu, a to aj skúmaním toho, ako by diskrétne gravitačné účinky ovplyvnili pohyb častíc so spinom alebo bez v gravitačných poliach. Dúfame, že preskúmaním týchto konceptov poskytneme cenné poznatky o povahe dimenzií a ich vplyve na gravitáciu a fundamentálne fyzikálne sily, čím sa vyriešia existujúce nezrovnalosti v súčasných kozmologických modeloch ako aj nanoštruktúrach.
Cieľom práce bude objasniť základnú fyziku nad rámec Štandardného modelu, a to aj skúmaním toho, ako by diskrétne gravitačné účinky ovplyvnili pohyb častíc so spinom alebo bez v gravitačných poliach.
[1] PINČÁK, Richard** - PIGAZZINI, Alexander - JAFARI, Saeid - OZEL, Cenap. Discrete Gravity in Emergent Space Theory: Hidden Conical Defects and Teleparallel Gravity. In Universe, 2023, vol. 9, no. 1, art. no. 31. [2] PINČÁK, Richard** - PIGAZZINI, Alexander - JAFARI, Saeid - OZEL, Cenap - DEBENEDICTIS, Andrew. A topological approach for emerging D-branes and its implications for gravity. In International Journal of Geometric Methods in Modern Physics, 2021, vol. 18, no. 14, art. no. 2150227. [3] PINČÁK, Richard** - PIGAZZINI, Alexander - JAFARI, Saeid - OZEL, Cenap. The “Emerging” Reality from “Hidden” Spaces. In Universe, 2021, vol. 7, no. 3, art. no. 75.
biofyzika (BFdAj)
Nové metódy skúmania dynamiky proteínov: Od kryštalografie po ultrarýchle spektroskopické metódy
Pripojte sa k nášmu pokročilému výskumnému projektu zameranému na odhalenie komplexného vzťahu štruktúr a dynamiky proteínov. Táto príležitosť vás ponorí do fascinujúceho sveta kryštalografie proteínov a pokročilých spektroskopických techník. Budete na čele používania špičkových metód na preskúmanie interakcií proteín-ligand, proteínovej dynamiky a kľúčových enzýmových procesov, ako sú prenosy protónov a elektrónov. Váš výskum by mohol otvoriť cestu k prelomovým pokrokom v pochopení mechanizmov proteínov, čo by potenciálne mohlo viesť k pochopeniu nových princípov. Ako PhD študent budete súčasťou pri vykonávaní týchto sofistikovaných experimentov, analýze dát a prispievaní k poznatkom v oblasti. Tento projekt ponúka jedinečný interdisciplinárny a medzinárodný výskum medzi vedeckými skupinami v Košiciach(SK), Prahy, (CZ), Paríž, (FR), a premostenie medzi štruktúrnou biológiou, biofyzikou a chémiou.
1) Určenie trojrozmerných štruktúr nových proteínov, vrátane nových šaperónových domén Hsp70. 2) Skúmanie ľudských patologických imunoglobulínových ľahkých reťazcov v komplexoch s novými potenciálnymi terapeutikami. 3) Použitie ultrarýchlych optických spektroskopií a časovo rozlíšených röntgenových techník na štúdium enzýmovej katalýzy a ďalších dynamických procesov.
1. Džupponová V, Žoldák G. Aggregation mechanism and branched 3D morphologies of pathological human light chain proteins under reducing conditions. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023 Jan;221:112983. doi: 10.1016/j.colsurfb.2022.112983. 2. Džupponová V, Žoldák G. Salt-dependent passive adsorption of IgG1κ-type monoclonal antibodies on hydrophobic microparticles. Biophys Chem. 2021 Aug;275:106609. doi: 10.1016/j.bpc.2021.106609. 3. Džupponová V, Huntošová V, Žoldák G. A kinetic coupling between protein unfolding and aggregation controls time-dependent solubility of the human myeloma antibody light chain. Protein Sci. 2020 Dec;29(12):2408-2421. doi: 10.1002/pro.3968. 4. Nemergut M, Pluskal D, Horackova J, Sustrova T, Tulis J, Barta T, Baatallah R, Gagnot G, Novakova V, Majerova M, Sedlackova K, Marques SM, Toul M, Damborsky J, Prokop Z, Bednar D, Janin YL, Marek M. Illuminating the mechanism and allosteric behavior of NanoLuc luciferase. Nat Commun. 2023 Nov 29;14(1):7864. doi: 10.1038/s41467-023-43403-y.
progresívne materiály (PMdAj)
MKP modelovanie mikromechanických skúšok tvrdých povlakov
Práca je zameraná na detailné štúdium procesov napäťových a deformačných stavov pri inštrumentovanej nanoindentácii, vrypových a tribologických skúškach v kompozitných povlakovaných systémoch pomocou modelovania metódou konečných prvkov (Finite element Modelling - FEM), vrátane rozšíreného FEM (extended FEM) a modelu kohéznej zóny (Cohesive Zone Model – CZM) a následnej experimentálnej verifikácii. Práca bude orientovaná na tenké povlaky na podložkách s rôznymi mechanickými vlastnosťami. Cieľom je pochopenie detailov porušovania tenkých povlakov v závislosti od podmienok zaťažovania ako aj optimalizácia podmienok merania jednotlivých mechanických a tribologických vlastností študovaných povlakov
Detailné štúdium napäťových a deformačných stavov pri inštrumentovanej nanoindentácii, vrypových a tribologických skúškach v kompozitných systémoch na báze povlak/podložka pomocou modelovania metódou konečných prvkov (MKP).
1. A.K. Bhattacharya, W.D. Nix, Finite element simulation of indentation experiments, Int. J. Solids Structures 24 (1988) 881-891. doi: 10.1016/0020-7683(88)90039-X 2. H. ur Rehman, F. Ahmed, Ch. Schmid, J. Schaufler, K. Durst, Study on the deformation mechanics of hard brittle coatings on ductile substrates using in situ tensile testing and cohesive zone modelling, Surf. Coat Technol. 207 (2012)163-169. doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.049 3. Sun, T. Bell, S. Zheng, Finite element analysis of the critical ratio of coating thickness to indentation depth for coating property measurements by nanoindentation, Thin Solid Films 258 (1995) 198-204. doi: 10.1016/0040-6090(94)06357-5 4. T, Csanádi, D. Németh, F. Lofaj, Mechanical Properties of Hard W-C Coating on Steel Substrate Deduced from Nanoindentation and Finite Element Modeling, Exp. Mechanics 57 (2017) 1057 – 1069. Doi: 10.1007/s11340-016-0190-x
teória vyučovania fyziky (TVFdAj)
Formatívne hodnotenie vo vyučovaní fyziky na strednej škole
Formatívne hodnotenie predstavuje jeden z najefektívnejších spôsobov ako ovplyvňovať výsledky vzdelávacieho procesu. Formatívne hodnotenie je zamerané na poskytnutie okamžitej spätnej väzby s cieľom podporiť žiacke učenie. Cieľom dizertačnej práce je analyzovať dostupné nástroje formatívneho hodnotenia a posúdiť možnosti ich implementácie pre podporu učenia vo fyzike. Dizertant v rámci realizácie práce navrhne súbor nástrojov formatívneho hodnotenia pre bádateľské aktivity, ktoré budú cielene a systematicky začlenené do štruktúry bádateľsky orientovanej výučby tak, aby dochádzalo k postupnému rozvíjaniu pochopenia fyzikálnych pojmov a javov ako aj zručností realizovať skúmanie a k rozvíjaniu samostatnosti a zodpovednosti v procese učenia. Efektivitu navrhnutého modelu overí pedagogickým výskumom.
1. Analyzovať metódy, stratégie a nástroje hodnotenia výučby na strednej škole s dôrazom na formatívne hodnotenie. 2. Vytvoriť Posúdiť možnosti implementácie nástrojov formatívneho hodnotenia do vyučovania fyziky na strednej škole. 3. Navrhnúť súbor nástrojov formatívneho hodnotenia pre bádateľské aktivity, ktoré budú cielene a systematicky začlenené do štruktúry bádateľsky orientovanej výučby 4. Efektivitu navrhnutého modelu overiť pedagogickým výskumom.
[1] Black, P. & WIiliam, P. 1998. Assessment and classroom learning, Assessment in Education: Principles, Policy & Practice, 5(1), 7-74, https://doi.org/10.1080/0969595980050102 [2] Etkina, E., Karelina, A., Murthy, S. & Ruibal-Villasenor, M. 2009 Using action research to improve learning and formative assessment to conduct research, Phys. Rev. St Phys. Educ. Res 5, 010109 [3] Harlen, W. 2013. Assessment & Inquiry-Based Science Education: Issues in Policy and Practice. Global Network of Science Academies (IAP) Science Education Programme (SEP), dostupné na https://www.interacademies.org/sites/default/files/publication/ibse_assessment_guide_iap_sep_0.pdf
teória vyučovania fyziky (TVFd)
Formatívne hodnotenie vo vyučovaní fyziky na strednej škole
Formatívne hodnotenie predstavuje jeden z najefektívnejších spôsobov ako ovplyvňovať výsledky vzdelávacieho procesu. Formatívne hodnotenie je zamerané na poskytnutie okamžitej spätnej väzby s cieľom podporiť žiacke učenie. Cieľom dizertačnej práce je analyzovať dostupné nástroje formatívneho hodnotenia a posúdiť možnosti ich implementácie pre podporu učenia vo fyzike. Dizertant v rámci realizácie práce navrhne súbor nástrojov formatívneho hodnotenia pre bádateľské aktivity, ktoré budú cielene a systematicky začlenené do štruktúry bádateľsky orientovanej výučby tak, aby dochádzalo k postupnému rozvíjaniu pochopenia fyzikálnych pojmov a javov ako aj zručností realizovať skúmanie a k rozvíjaniu samostatnosti a zodpovednosti v procese učenia. Efektivitu navrhnutého modelu overí pedagogickým výskumom.
1. Analyzovať metódy, stratégie a nástroje hodnotenia výučby na strednej škole s dôrazom na formatívne hodnotenie. 2. Vytvoriť Posúdiť možnosti implementácie nástrojov formatívneho hodnotenia do vyučovania fyziky na strednej škole. 3. Navrhnúť súbor nástrojov formatívneho hodnotenia pre bádateľské aktivity, ktoré budú cielene a systematicky začlenené do štruktúry bádateľsky orientovanej výučby 4. Efektivitu navrhnutého modelu overiť pedagogickým výskumom.
[1] Black, P. & WIiliam, P. 1998. Assessment and classroom learning, Assessment in Education: Principles, Policy & Practice, 5(1), 7-74, https://doi.org/10.1080/0969595980050102 [2] Etkina, E., Karelina, A., Murthy, S. & Ruibal-Villasenor, M. 2009 Using action research to improve learning and formative assessment to conduct research, Phys. Rev. St Phys. Educ. Res 5, 010109 [3] Harlen, W. 2013. Assessment & Inquiry-Based Science Education: Issues in Policy and Practice. Global Network of Science Academies (IAP) Science Education Programme (SEP), dostupné na https://www.interacademies.org/sites/default/files/publication/ibse_assessment_guide_iap_sep_0.pdf
biofyzika (BFdAj)
Hypericín ako potenciálny regulátor Bcl2 proteínov, a jeho vplyv na apoptózu a autofágiu nádorových buniek.
Proteíny rodiny Bcl2 hrajú kľúčovú úlohu pri regulácii apoptózy. Zložitá sieť proteín-proteínových interakcií medzi multi BH doménovými anti- a pro-apoptotickými Bcl2 proteínmi a „BH3-only“ proteínmi kontroluje procesy prežívania a smrti buniek prostredníctvom regulácie mitochondrií. „BH3-only“ proteíny majú úlohu buď priameho aktivátora alebo senzitizéra apoptózy. Dôležitosť interakcie medzi anti-apoptotickými Bcl2 proteínmi a BH3 doménami buď pro-apoptotických Bax a Bak, alebo „BH3-only“ proteínov spôsobila, že táto je zaujímavým cieľom pre vývoj nových antirakovinových terapií. V súčasnosti je skúmaných viac ako 20 malých molekúl, inhibítorov anti-apoptotických Bcl2 proteínov, označených ako BH3 mimetiká. My sme ukázali, že Hypericín (Hyp) má tiež potenciál byť BH3 mimetikum. Cieľom štúdia bude skúmať interakcie Hyp s Bcl2, BclXL a Mcl1 proteínmi v signálnych dráhach apoptózy a autofágie. Vo výskume bude použitý interdidisciplinárny prístup s využitím fluorescentnej mikroskopie, spektroskopie a molekulárnej biológie.
Štúdium interakcií Hyp s Bcl2, BclXL a Mcl1 proteínmi v signálnych dráhach apoptózy a autofágie
1. Llambi, Moldoveanu et al. (2011) Molecular Cell 44(4): 517-531 2. Certo, Del Gaizo Moore et al. (2006) Cancer Cell 9(5): 351-365. 3. Vogler (2014) Adv Med 2014: 943648. 4. Correia, Lee et al. (2015) Biochimica et Biophysica Acta 1853(7): 1658-1671. 5. Gong, Khong et al. (2016) Journal of Biological Chemistry 285(33): 25570-25581. 6. Doroshenko A., Tomkova S., Kozar T., and Stroffekova K. (2022) Hypericin, a potential new BH3 mimetic. Front. Pharmacol. 13:991554, doi: 10.3389/fphar.2022.991554 7. Doroshenko A., Tomkova S., Kozar T., and Stroffekova K. (2022) Hypericin, a potential new BH3 mimetic. Front. Pharmacol. 13:991554, doi: 10.3389/fphar.2022.991554 8. Stroffekova K., Tomkova S., Huntosova V. and T. Kozar, (2019) Importance of Hypericin-Bcl2 interactions for biological effects at subcellular levels. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy 28 (2019) 38-52 9. Huntosova, V., M. Novotova, et al. (2017). "Assessing light-independent effects of hypericin on cell viability, ultrastructure and metabolism in human glioma and endothelial cells." Toxicol In Vitro 40: 184-195. 10. Huntosova, V. and K. Stroffekova (2016). "Hypericin in the Dark: Foe or Ally in Photodynamic Therapy?" Cancers (Basel) 8(10).
biofyzika (BFd)
Hypericín ako potenciálny regulátor Bcl2 proteínov, a jeho vplyv na apoptózu a autofágiu nádorových buniek.
Proteíny rodiny Bcl2 hrajú kľúčovú úlohu pri regulácii apoptózy. Zložitá sieť proteín-proteínových interakcií medzi multi BH doménovými anti- a pro-apoptotickými Bcl2 proteínmi a „BH3-only“ proteínmi kontroluje procesy prežívania a smrti buniek prostredníctvom regulácie mitochondrií. „BH3-only“ proteíny majú úlohu buď priameho aktivátora alebo senzitizéra apoptózy. Dôležitosť interakcie medzi anti-apoptotickými Bcl2 proteínmi a BH3 doménami buď pro-apoptotických Bax a Bak, alebo „BH3-only“ proteínov spôsobila, že táto je zaujímavým cieľom pre vývoj nových antirakovinových terapií. V súčasnosti je skúmaných viac ako 20 malých molekúl, inhibítorov anti-apoptotických Bcl2 proteínov, označených ako BH3 mimetiká. My sme ukázali, že Hypericín (Hyp) má tiež potenciál byť BH3 mimetikum. Cieľom štúdia bude skúmať interakcie Hyp s Bcl2, BclXL a Mcl1 proteínmi v signálnych dráhach apoptózy a autofágie. Vo výskume bude použitý interdidisciplinárny prístup s využitím fluorescentnej mikroskopie, spektroskopie a molekulárnej biológie.
Štúdium interakcií Hyp s Bcl2, BclXL a Mcl1 proteínmi v signálnych dráhach apoptózy a autofágie
1. Llambi, Moldoveanu et al. (2011) Molecular Cell 44(4): 517-531 2. Certo, Del Gaizo Moore et al. (2006) Cancer Cell 9(5): 351-365. 3. Vogler (2014) Adv Med 2014: 943648. 4. Correia, Lee et al. (2015) Biochimica et Biophysica Acta 1853(7): 1658-1671. 5. Gong, Khong et al. (2016) Journal of Biological Chemistry 285(33): 25570-25581. 6. Doroshenko A., Tomkova S., Kozar T., and Stroffekova K. (2022) Hypericin, a potential new BH3 mimetic. Front. Pharmacol. 13:991554, doi: 10.3389/fphar.2022.991554 7. Doroshenko A., Tomkova S., Kozar T., and Stroffekova K. (2022) Hypericin, a potential new BH3 mimetic. Front. Pharmacol. 13:991554, doi: 10.3389/fphar.2022.991554 8. Stroffekova K., Tomkova S., Huntosova V. and T. Kozar, (2019) Importance of Hypericin-Bcl2 interactions for biological effects at subcellular levels. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy 28 (2019) 38-52 9. Huntosova, V., M. Novotova, et al. (2017). "Assessing light-independent effects of hypericin on cell viability, ultrastructure and metabolism in human glioma and endothelial cells." Toxicol In Vitro 40: 184-195. 10. Huntosova, V. and K. Stroffekova (2016). "Hypericin in the Dark: Foe or Ally in Photodynamic Therapy?" Cancers (Basel) 8(10).
biofyzika (BFdAj)
Zmeny alosterickej regulacie ryanodínového receptora v dôsledku patogénnych mutácii študované pomocou molekulových simulácii.
Ryanodínové receptory (RyR) zabezpečujú spriahnutie excitácie s kontrakciou v kostrovom (RyR1) aj srdcovom svale (RyR2). Mnohé patogénne mutácie RyR narušujú reguláciu RyR iónmi Ca2+ a Mg2+ a spôsobujú závažné genetické ochorenia kostrového a srdcového svalu. Pre vývoj účinnej terapie je potrebné objasnenie molekulových mechanizmov, ktoré je však experimentálne veľmi ťažko realizovateľné. Cieľom práce je preto objasniť vplyv najzávažnejších mutácií na alosterické regulačné dráhy v známej molekulovej štruktúre RyR pomocou molekulárnych simulácií in silico. Téma nadväzuje na projekty riešené v skupine Ing. A. Zahradníkovej, DrSc. [1, 2].
1. Vytvoriť štruktúrne modely jadra RyR v rôznych vrátkovacích stavoch s použitím údajov z databázy RCSB a sledovať dynamiku vybraných intra- a interdoménových interakcií dôležitých pri prenose regulačných signálov. 2. Vyhodnotiť najdôležitejšie alosterické dráhy medzi aktivačnými a inhibičnými miestami RyR a jeho vrátkovacou doménou v štruktúrach získaných v cieli 1 pomocou verejne dostupných serverov ako OHM. 3. Stanoviť vplyv vybraných patogénnych mutácií RyR1 a RyR2 na dynamiku intra- a interdoménových interakcií a na alosterické dráhy špecifikované v cieli 2.
[1] A. R. Nayak and M. Samso. Ca(2+) inactivation of the mammalian ryanodine receptor type 1 in a lipidic environment revealed by cryo-EM. Elife 11: e75568, 2022 [2] W. Zheng and H. Wen. Investigating dual Ca(2+) modulation of the ryanodine receptor 1 by molecular dynamics simulation. Proteins 88: 1528-1539, 2020 [3] V. R. Chirasani, K. I. Popov, G. Meissner, and N. V. Dokholyan. Mapping co-regulatory interactions among ligand-binding sites in ryanodine receptor 1. Proteins 90: 385-394, 2022
teória vyučovania fyziky (TVFdAj)
Interaktívne metódy a technológie vo vyučovaní fyziky mikrosveta
Práca je orientovaná na didaktický výskum v oblasti nového kurikula (obsahu a prístupov) do výučby fyziky s využitím najnovších interaktívnych vyučovacích metód a digitálnych technológií. Nové kurikulum by malo viac odzrkadľovať súčasné vedecké poznanie a technický pokrok ako tradičné. Súčasne by malo podať potrebné základy pre budúcich prírodovedcov a inžinierov, ktorých čaká riešenie takých problémov, akými sú dizajn nových vodivých materiálov, rýchle dátové úložiská s vysokou hustotou a prístupovou rýchlosťou, nové komunikačné technológie, nanoveda a nanotechnológie, alternatívne zdroje energií, kvantové počítače, počítačový dizajn liečiv, či modelovanie extrémne komplexných systémov zahrňujúcich klimatické a geofyzikálne javy. Ťažiskom práce doktoranda bude štúdium, výber a príprava vzdelávacích aktivít s podporou experimentov v oblasti fyziky mikrosveta. Z pohľadu výskumu bude hlavným cieľom výskum možností implementácie nového obsahu v oblasti fyziky mikrosveta do učebných osnov s následnou analýzou vplyvu a efektívnosti zvolených metód a technológií. Uchádzač by mal mať isté skúsenosti s technológiou Jupyter notebookov, modelovaním v Geogebre a základmi modernej fyziky, najmä Feynmanovým priestoročasovým prístupom ku kvantovej fyzike a Einsteinovou teóriou relativity.
Ťažiskom práce doktoranda bude štúdium, výber a príprava vzdelávacích aktivít s podporou experimentov v oblasti fyziky mikrosveta. Z pohľadu výskumu bude hlavným cieľom výskum možností implementácie nového obsahu v oblasti fyziky mikrosveta do učebných osnov s následnou analýzou vplyvu a efektívnosti zvolených metód a technológií.
[1] R. Chabay and B. Sherwood, Matter & Interactions. 4th ed. New York, NY, USA: Wiley, 2020. ISBN 978-1-119-08081-7. [2] M. G. Jones, Nanoscale Science: Activities for Grades 6-12. Arlington, VA, USA: NSTA Press, 2007. ISBN 978-1-933531-05-2. [3] T. A. Moore, Six Ideas that Shaped Physics: Units C, N, E, T, R, Q. 3rd ed., Vols. 1–6. Boston, MA, USA: McGraw-Hill Education, 2022. ISBN 978-1-26-488144-4. [4] C. Hughes, J. Isaacson, A. Perry, R. F. Sun and J. Turner, Quantum Computing for the Quantum Curious. London, UK: Springer International Publishing, 2021. ISBN: 978-3-030-61600-7. [5] D. Prutchi, Exploring Quantum Physics through Hands-on Projects. John Wiley & Sons, 2012. ISBN 978-1-118-14066-6.
teória vyučovania fyziky (TVFd)
Interaktívne metódy a technológie vo vyučovaní fyziky mikrosveta
Práca je orientovaná na didaktický výskum v oblasti nového kurikula (obsahu a prístupov) do výučby fyziky s využitím najnovších interaktívnych vyučovacích metód a digitálnych technológií. Nové kurikulum by malo viac odzrkadľovať súčasné vedecké poznanie a technický pokrok ako tradičné. Súčasne by malo podať potrebné základy pre budúcich prírodovedcov a inžinierov, ktorých čaká riešenie takých problémov, akými sú dizajn nových vodivých materiálov, rýchle dátové úložiská s vysokou hustotou a prístupovou rýchlosťou, nové komunikačné technológie, nanoveda a nanotechnológie, alternatívne zdroje energií, kvantové počítače, počítačový dizajn liečiv, či modelovanie extrémne komplexných systémov zahrňujúcich klimatické a geofyzikálne javy. Ťažiskom práce doktoranda bude štúdium, výber a príprava vzdelávacích aktivít s podporou experimentov v oblasti fyziky mikrosveta. Z pohľadu výskumu bude hlavným cieľom výskum možností implementácie nového obsahu v oblasti fyziky mikrosveta do učebných osnov s následnou analýzou vplyvu a efektívnosti zvolených metód a technológií. Uchádzač by mal mať isté skúsenosti s technológiou Jupyter notebookov, modelovaním v Geogebre a základmi modernej fyziky, najmä Feynmanovým priestoročasovým prístupom ku kvantovej fyzike a Einsteinovou teóriou relativity.
Ťažiskom práce doktoranda bude štúdium, výber a príprava vzdelávacích aktivít s podporou experimentov v oblasti fyziky mikrosveta. Z pohľadu výskumu bude hlavným cieľom výskum možností implementácie nového obsahu v oblasti fyziky mikrosveta do učebných osnov s následnou analýzou vplyvu a efektívnosti zvolených metód a technológií.
[1] R. Chabay and B. Sherwood, Matter & Interactions. 4th ed. New York, NY, USA: Wiley, 2020. ISBN 978-1-119-08081-7. [2] M. G. Jones, Nanoscale Science: Activities for Grades 6-12. Arlington, VA, USA: NSTA Press, 2007. ISBN 978-1-933531-05-2. [3] T. A. Moore, Six Ideas that Shaped Physics: Units C, N, E, T, R, Q. 3rd ed., Vols. 1–6. Boston, MA, USA: McGraw-Hill Education, 2022. ISBN 978-1-26-488144-4. [4] C. Hughes, J. Isaacson, A. Perry, R. F. Sun and J. Turner, Quantum Computing for the Quantum Curious. London, UK: Springer International Publishing, 2021. ISBN: 978-3-030-61600-7. [5] D. Prutchi, Exploring Quantum Physics through Hands-on Projects. John Wiley & Sons, 2012. ISBN 978-1-118-14066-6.
biofyzika (BFdAj)
Prirodzene rozbalené proteíny v Alzheimerovej chorobe a iných amyloidných ochoreniach.
Výskyt neurodegeneratívnych ochorení ako Alzheimerova choroba neustále narastá. Jednou z príčin vzniku týchto amyloidných ochorení je narušenie syntézy funkčných molekúl proteínov a nedostatočná degradácia nefunkčných, nesprávne zbalených molekúl proteínov. V dôsledku toho dochádza ku akumulácii nesprávne zbalených proteínov vo forme amyloidných agregátov s vysokým obsahom β-skladaných listov v rôznych tkanivách ľudského organizmu. S využitím moderných biofyzikálnych metód sa zameriame na štúdium mechanizmov tvorby amyloidných agregátov prirodzene rozbalených proteínov (IDP), ktoré súvisia s amyloidnými ochoreniami, konkrétne s Alzheimerovou chorobou. Zároveň sa budeme venovať systematickému hľadaniu potenciálnych interakčných partnerov s cieľom zamedziť amyloidnej agregácii IDP, čo by mohlo priniesť nové terapeutické prístupy pre momentálne nevyliečiteľné amyloidné ochorenia.
1. Štúdium mechanizmov tvorby amyloidných agregátov prirodzene rozbalených proteínov, ktoré súvisia s Alzheimerovou chorobou a inými amyloidnými ochoreniami 2. Identifikácia látok schopných redukovať množstvo amyloidných štruktúr 3. Objasnenie vzťahu medzi štruktúrou a anti-amyloidnou aktivitou látok
1. Knowles T- et al., The amyloid state and its association with protein misfolding disease, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2014, 15, 384 – 396. 2. Matthew G. Iadanza et al., A new era for understanding amyloid structures and disease, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2018, 19, 755 – 773 3. Amyloidosis: History and Perspectives., Ed. By J. S. Harrison, IntechOpen, London, UK, 2022, Online ISBN: 978-1-83969-298-7 4. vedecké články
biofyzika (BFdAj)
Sledovanie signálnych dráh v procese imunoterapie a fotodynamickej terapie
Aplikácia svetla v procese regenerácie, fotodiagnostiky a liečby nádorových ochorení plní dôležitú úlohu. Často sa jedná o neinvazívnu formu terapie, ktorá je veľmi dobre znášaná pacientmi. V závislosti od použitej vlnovej dĺžky zdroja žiarenia, svetelnej dávky a koncentrácie liečiva je možné dosiahnuť regeneráciu bunky, ale aj jej smrť. Aktívnym cielením antiproliferačných protilátok voči bunkovým receptorom nachádzajúcich sa na povrchu bunky je možné liečiť pomocou imunoterapie niektoré druhy nádorov. Tento prístup bude adaptovaný pre transportný systém-nanočastice, ktoré budú aktívne doručovať liečivo do nádorových buniek. Úlohou doktoranda bude identifikovať mechanizmus pôsobenia imunoterapie a fotodynamickej terapie so zreteľom na endomembránový systém, metabolizmus bunky a signálne molekuly vedúce k regenerácii bunky alebo jej smrti. Pri plnení úloh v rámci dizertačného projektu bude študent využívať metódy fluorescenčnej spektroskopie, mikroskopie (konfokálna fluorescenčná mikroskopia a FLIM), biozobrazovania, prietokovej cytometrie, immunoznačenia, western blotu a PCR. Ako model bude využívať 2D a 3D kultúry buniek a predklinický model vtáčej chorioalantoickej membrány. V rámci projektu bude študent aktívne spolupracovať s inými laboratóriami na Slovensku a v zahraničí.
Popísať signalizáciu v nádorovej bunke vedúcu k bunkovej smrti aktivovanej fotodynamickou terapiou a zistiť jej úlohu v imunoterapii.
odborné karentované publikácie Correia, J. H., Rodrigues, J. A., Pimenta, S., Dong, T., & Yang, Z. (2021). Photodynamic therapy review: principles, photosensitizers, applications, and future directions. Pharmaceutics, 13(9), 1332. Dzurová, L., Petrovajova, D., Nadova, Z., Huntosova, V., Miskovsky, P., & Stroffekova, K. (2014). The role of anti-apoptotic protein kinase Cα in response to hypericin photodynamic therapy in U-87 MG cells. Photodiagnosis and photodynamic therapy, 11(2), 213-226. Huntosova, V., Nadova, Z., Dzurova, L., Jakusova, V., Sureau, F., & Miskovsky, P. (2012). Cell death response of U87 glioma cells on hypericin photoactivation is mediated by dynamics of hypericin subcellular distribution and its aggregation in cellular organelles. Photochemical & Photobiological Sciences, 11(9), 1428-1436. Mansoori, B., Mohammadi, A., Doustvandi, M. A., Mohammadnejad, F., Kamari, F., Gjerstorff, M. F., ... & Hamblin, M. R. (2019). Photodynamic therapy for cancer: Role of natural products. Photodiagnosis and photodynamic therapy, 26, 395-404. Misuth, M., Horvath, D., Miskovsky, P., & Huntosova, V. (2017). Synergism between PKCδ regulators hypericin and rottlerin enhances apoptosis in U87 MG glioma cells after light stimulation. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 18, 267-274.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Kalorimetria supravodičov
Od objavu dvojmedzerovej supravodivosti v MgB2, sa sústavne pátra po ďalších príkladoch tejto už napohľad výnimočnej charakteristiky. Okrem toho je zaujímavou témou súčasnosti aj štúdium konkurenčných usporiadaní v supravodičoch, kde supravodivosť koexistuje, prípadne súperí napríklad s magnetickým usporiadaním, alebo vlnami nábojovej hustoty. Cieľom dizertačnej práce je štúdium vybraných supravodičov rôznymi kalorimetrickými metódami, hlavne pomocou ac-mikrokalorimetrie. Práca bude zameraná najmä na supravodiče s konkurenčnými parametrami usporiadania a to na meranie ich tepelnej kapacity pri rôznych teplotách a magnetických poliach. Cieľom bude určiť z nameraných dát základné charakteristiky študovaného supravodiča ako je jeho kritická teplota, sila väzby Cooperových párov, typ párovania, kritické magnetické polia, anizotropia supravodivých vlastností a pod. K tomu bude potrebné osvojiť si základy metodiky ac mikrokalorimetrie, prípravu a realizáciu experimentov, spracovanie a interpretáciu nameraných údajov, prezentáciu výsledkov na domácich a zahraničných konferenciách a publikovanie originálnych výsledkov v zahraničných vedeckých časopisoch.
Cieľom dizertačnej práce je štúdium vybraných supravodičov rôznymi kalorimetrickými metódami, hlavne pomocou ac-mikrokalorimetrie. Práca bude zameraná najmä na supravodiče s konkurenčnými parametrami usporiadania a to na meranie ich tepelnej kapacity pri rôznych teplotách a magnetických poliach.
[1] M. Tinkham, Introduction to superconductivity, McGraw-Hill, Inc., New York, 1996. [2] Yaakov Kraftmakher, Modulation Calorimetry: Theory And Applications, Springer-Verlag, 2004. [3] A. Tari, The Specific Heat of Matter at Low Temperatures, Imperial College Press, London, 2003.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Kvantové materiály v extrémnych podmienkach
Kvantové materiály, ako sú napríklad frustrované magnety, topologické izolátory, silne korelované kovy alebo exotické supravodiče, dnes zaujímajú popredné miesto v teoretickom i experimentálnom štúdiu tuhých látok a začínajú sa používať v aplikáciách spojených s kvantovými technológiami. Pochopenie základného stavu takýchto systémov si vyžaduje ich skúmanie v extrémnych podmienkach, t.j. pri veľmi nízkych teplotách, vysokých magnetických poliach či tlakoch. Konkrétne by sa dizertačná práca zaoberala štúdiom vplyvu vysokého magnetického poľa a hydrostatického tlaku na tepelné, transportné a magnetické vlastnosti vybraných tetra-, hexa- a dodekaboridov pri kelvinových až milikelvinových teplotách.
Štúdium vplyvu vysokého magnetického poľa a hydrostatického tlaku na tepelné, transportné a magnetické vlastnosti vybraných tetra-, hexa- a dodekaboridov pri kelvinových až milikelvinových teplotách.
[1] KITTEL Ch., Úvod do fyziky pevných látek, Academia, Praha, 1985 [2] GABÁNI S. et al., Magnetism and superconductivity of rare earth borides, Journal of Alloys and Compounds 821 (2020), 153201 [3] GABÁNI S. a kol., Fyzika a technika vysokých tlakov II., skriptá, ÚEF SAV Košice, 2016
biofyzika (BFdAj)
Svetelná robotika
Laserovým lúčom poháňané mechanické mikroštruktúry, zachytené a polohované pomocou optickej pinzety, sa dajú ľahko integrovať do mikrofluidného LOC (lab-on-chip) prostredia. Prevažná väčšina mikroštruktúr poháňaných svetlom sa pripravuje dvojfotónovou polymerizáciou. Cieľom práce je preskúmať možnosti využitia elastických mikroštruktúr v oblasti bio-medicínskych aplikácií. Konkrétne sa zameriame na dve oblasti: využitie svetlom ovládaných mikroštruktúr na meranie viskozity a na manipuláciu živých buniek.
- Vyvinúť a otestovať mobilný mikro-viskozimeter založený na stochastických fluktuáciách mikroštruktúr prenášaných pomocou optickej pinzety. - Zdokonaliť svetlom riadené mikro-roboty na manipuláciu živých buniek a použiť ich (i) na tvorbu viacbunkových štruktúr a (ii) na sledovanie medzi-bunkových interakcií.
- Z. Song, D. Cheng, L. Zhao: Microfluidics, Wiley-VCH, 2018 - J. Glückstad, Light robotics: Structure-mediated nanobiophotonics, Elsevier, 2017
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Magnetické a teplotné štúdie magneticky mäkkých kompozitov
Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických kompozitných materiálov pozostávajúcich z častíc na báze železa. Pre svoje jedinečné vlastnosti sa magneticky mäkké kompozitné materiály v posledných rokoch uplatňujú napríklad v elektromotoroch a výkonovej elektronike. Zohrievanie v prevádzkových podmienkach môže zmeniť magnetické vlastnosti materiálu, čo si vyžaduje zohľadnenie teplotného efektu v procese predikcie magnetických strát. Preto sa tepelná analýza magnetických materiálov stáva jednou z dôležitých úloh pri konštrukcii motora, najmä pre vysokorýchlostné motory. Kompozitné materiály budú pripravované lisovaním za rôznych fyzikálnych podmienok. Na pripravených materiáloch budú študované hysterézne slučky a ich magnetické straty, elektrický odpor a spektrum komplexnej permeability v teplotnom rozsahu blízkom prevádzkovým teplotám v praxi. Cieľom štúdia je poznanie teplotného správania a optimalizácia prípravy kompozitného materiálu vykazujúceho vlastnosti požadované od magneticky mäkkých materiálov pri premagnetovaní v stredofrekvenčnej oblasti.
Študovať fyzikálne vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov, ich prípravu a tepelné spracovanie. Oboznámiť sa s metódami merania magnetických vlastností. Príprava kompozitných materiálov pozostávajúcich z častíc na báze Fe s organickým alebo anorganickým elektricky nevodivým spojivom. Zavedenie metódy na štúdium elektro-magnetických vlastností pripravených v teplotnom rozsahu blízkom prevádzkovým teplotám v praxi. Optimalizácia procesu prípravy magneticky mäkkých kompozitov s požadovanými vlastnosťami v študovanom teplotnom intervale v stredofrekvenčnej oblasti.
1. R. M. Bozorth, Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993. 2. S. Chikazumi, Physics of Ferromagnetism, Oxford University press, 1997. 3. vedecké publikácie na tému magneticky mäkkých kompozitov
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Magnetickým poľom indukované fázové prechody v kvantových magnetoch na báze metal-organických systémov
Magnetické kvantové systémy sú charakteristické prítomnosťou kvantových fluktuácií. Vo všeobecnosti ich intenzita rastie s klesajúcou hodnotou spinu, klesajúcou mriežkovou dimenziou, prítomnosťou geometrickej frustrácie alebo vhodnou kombináciou fyzikálnych parametrov vedúcich na singletný (nemagnetický) základný stav. Aplikáciou magnetického poľa je možné potlačiť vplyv kvantových fluktuácií a v závislosti od systému, pole môže simulovať spinovú anizotropiu typu ľahká rovina a vyvolať Berezinskii-Kosterlitz-Thoulessov topologický fázový prechod [1]. V prípade singletných stavov (napr. spinové systémy s veľkou mierou jedno-iónovej anizotropie alebo rôzne dimerizované spinové mriežky) dochádza ku vyvolaniu fázových prechodov do špeciálneho magneticky usporiadaného stavu a teda stabilizáciu magnetického základného stavu len v úzkom intervale magnetických polí [2]. Uvedené javy sa budú študovať na vybraných nízkorozmerných materiáloch s predpokladaným singletným stavom s rôznou mierou dimerizácie spinovej mriežky ako aj s rôznou distribúciou spinových dimérov (napr. typ mriežky, obmedzená geometria apod.), keďže tieto parametre garantujú jednak variabilitu poľových intervalov ako aj variabilitu magneticky usporiadaných fáz. Za týmto účelom sa bude na daných zlúčeninách realizovať štúdium magneto-štruktúrnych korelácií zahŕňajúcich meranie a analýzu exp. dát tepelnej kapacity, susceptibility, magnetizácie ako aj viaceré druhy spektroskopických meraní. V spolupráci s kolegami teoretikmi bude možné charakterizovať študované systémy ako materiály z prvých princípov a bude realizované následné testovanie takýchto výpočtov dostupnými teoretickými modelmi. [1] D. Opherden et al, Phys. Rev. Lett. 130, 086704 (2023). [2] S. Calder et al, Phys. Rev. Mater. 7, 124408 (2023)
Oboznámiť sa s problematikou kvantových javov v magnetických izolátoroch indukovaných magnetickým poľom, priestorovou anizotropiou a spin-orbitálnou väzbou. Oboznámiť sa so základnými experimentálnymi metodikami a softwerom potrebnými na štúdium. Na vybraných systémoch na báze metal-organických zlúčenín študovať vznik magnetických fáz indukovaných magnetickým poľom a kvantovými a tepelnými fluktuáciami. Na základe analýzy dát a nadobudnutých vedomostí pochopiť podstatu pozorovaných javov v kvantových magnetoch.
[1] D. Opherden et al, Phys. Rev. Lett. 130, 086704 (2023). [2] S. Calder et al, Phys. Rev. Mater. 7, 124408 (2023) [3] U. Scholllwock et al, Quantum Magnetism, Springer 2004
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Magnetické a teplotné štúdie magneticky mäkkých kompozitov
Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických kompozitných materiálov pozostávajúcich z častíc na báze železa. Pre svoje jedinečné vlastnosti sa magneticky mäkké kompozitné materiály v posledných rokoch uplatňujú napríklad v elektromotoroch a výkonovej elektronike. Zohrievanie v prevádzkových podmienkach môže zmeniť magnetické vlastnosti materiálu, čo si vyžaduje zohľadnenie teplotného efektu v procese predikcie magnetických strát. Preto sa tepelná analýza magnetických materiálov stáva jednou z dôležitých úloh pri konštrukcii motora, najmä pre vysokorýchlostné motory. Kompozitné materiály budú pripravované lisovaním za rôznych fyzikálnych podmienok. Na pripravených materiáloch budú študované hysterézne slučky a ich magnetické straty, elektrický odpor a spektrum komplexnej permeability v teplotnom rozsahu blízkom prevádzkovým teplotám v praxi. Cieľom štúdia je poznanie teplotného správania a optimalizácia prípravy kompozitného materiálu vykazujúceho vlastnosti požadované od magneticky mäkkých materiálov pri premagnetovaní v stredofrekvenčnej oblasti.
Študovať fyzikálne vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov, ich prípravu a tepelné spracovanie. Oboznámiť sa s metódami merania magnetických vlastností. Príprava kompozitných materiálov pozostávajúcich z častíc na báze Fe s organickým alebo anorganickým elektricky nevodivým spojivom. Zavedenie metódy na štúdium elektro-magnetických vlastností pripravených v teplotnom rozsahu blízkom prevádzkovým teplotám v praxi. Optimalizácia procesu prípravy magneticky mäkkých kompozitov s požadovanými vlastnosťami v študovanom teplotnom intervale v stredofrekvenčnej oblasti.
1. R. M. Bozorth, Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993. 2. S. Chikazumi, Physics of Ferromagnetism, Oxford University press, 1997. 3. vedecké publikácie na tému magneticky mäkkých kompozitov
progresívne materiály (PMd)
Magneticky mäkké nanokryštalické zliatiny kovov pripravené nekonvenčnými technikami tepelného spracovania.
Dizertačná práca je zameraná na cielené ovplyvňovanie štruktúry a magnetických vlastností nanokryštalických zliatin na báze 3-d kovov pomocou nekonvenčných techník tepelného spracovania. Plánujeme pri tom použiť aparatúru na ultra-rýchle žíhanie tenkých kovových pások skonštruovanú na ÚEF SAV, ktorá na rýchly ohrev využíva vopred predhriate masívne medené bloky pričom typické časy žíhania sú v rozsahu niekoľkých sekúnd. V porovnaní s klasickými technikami tepelného spracovania umožňuje vysoká rýchlosť ohrevu v tomto zariadení podstatne rozšíriť rozsah kompozičných zložení, ktoré sú ešte schopné vytvárať nanokryštalickú štruktúru. Ďalšou nekonvenčnou technikou tepelného spracovania bude žíhanie vo vysokom magnetickom poli. Vo vybraných systémoch zliatin sa zameriame na štúdium zmien ich štruktúrnych a magnetických vlastností. Hlavným cieľom práce je zlepšenie funkčných vlastností študovaných materiálov pre ich potenciálne aplikácie v technickej praxi.
Hlavným cieľom práce je zlepšenie funkčných vlastností študovaných materiálov pre ich potenciálne aplikácie v technickej praxi
aktuálna časopisecká literatúra
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Magnetickým poľom indukované fázové prechody v kvantových magnetoch na báze metal-organických systémov
Magnetické kvantové systémy sú charakteristické prítomnosťou kvantových fluktuácií. Vo všeobecnosti ich intenzita rastie s klesajúcou hodnotou spinu, klesajúcou mriežkovou dimenziou, prítomnosťou geometrickej frustrácie alebo vhodnou kombináciou fyzikálnych parametrov vedúcich na singletný (nemagnetický) základný stav. Aplikáciou magnetického poľa je možné potlačiť vplyv kvantových fluktuácií a v závislosti od systému, pole môže simulovať spinovú anizotropiu typu ľahká rovina a vyvolať Berezinskii-Kosterlitz-Thoulessov topologický fázový prechod [1]. V prípade singletných stavov (napr. spinové systémy s veľkou mierou jedno-iónovej anizotropie alebo rôzne dimerizované spinové mriežky) dochádza ku vyvolaniu fázových prechodov do špeciálneho magneticky usporiadaného stavu a teda stabilizáciu magnetického základného stavu len v úzkom intervale magnetických polí [2]. Uvedené javy sa budú študovať na vybraných nízkorozmerných materiáloch s predpokladaným singletným stavom s rôznou mierou dimerizácie spinovej mriežky ako aj s rôznou distribúciou spinových dimérov (napr. typ mriežky, obmedzená geometria apod.), keďže tieto parametre garantujú jednak variabilitu poľových intervalov ako aj variabilitu magneticky usporiadaných fáz. Za týmto účelom sa bude na daných zlúčeninách realizovať štúdium magneto-štruktúrnych korelácií zahŕňajúcich meranie a analýzu exp. dát tepelnej kapacity, susceptibility, magnetizácie ako aj viaceré druhy spektroskopických meraní. V spolupráci s kolegami teoretikmi bude možné charakterizovať študované systémy ako materiály z prvých princípov a bude realizované následné testovanie takýchto výpočtov dostupnými teoretickými modelmi. [1] D. Opherden et al, Phys. Rev. Lett. 130, 086704 (2023). [2] S. Calder et al, Phys. Rev. Mater. 7, 124408 (2023)
Oboznámiť sa s problematikou kvantových javov v magnetických izolátoroch indukovaných magnetickým poľom, priestorovou anizotropiou a spin-orbitálnou väzbou. Oboznámiť sa so základnými experimentálnymi metodikami a softwerom potrebnými na štúdium. Na vybraných systémoch na báze metal-organických zlúčenín študovať vznik magnetických fáz indukovaných magnetickým poľom a kvantovými a tepelnými fluktuáciami. Na základe analýzy dát a nadobudnutých vedomostí pochopiť podstatu pozorovaných javov v kvantových magnetoch.
[1] D. Opherden et al, Phys. Rev. Lett. 130, 086704 (2023). [2] S. Calder et al, Phys. Rev. Mater. 7, 124408 (2023) [3] U. Scholllwock et al, Quantum Magnetism, Springer 2004
fyzika (FdAj)
Magnetokalorické a barokalorické vlastnosti vybraných magnetických izolátorov
Hlavným cieľom doktorandského výskumného projektu je podrobná teoretická analýza magnetokalorického a barokalorického efektu vybraných magnetických izolátorov, ktoré budú modelované pomocou základných mriežkovo-štatistických modelov akými sú Isingov model, Heisenbergov model, Isingov-Heisenbergov model alebo XY model. Geometricky frustrované magnetické materiály, ktoré sa neusporiadajú do najnižších dosiahnuteľných teplôt, vykazujú zosilnený magnetokalorický efekt, čo ich robí lepšími v porovnaní s komerčne používanými paramagnetickými soľami, pokiaľ ide o nízkoteplotné chladenie. Geometrická spinová frustrácia často vedie aj k anomálnym magnetizačným krivkám zahŕňajúcim nespojité skoky medzi prechodnými magnetizačnými plató, ktoré poskytujú ďalšiu zaujímavú platformu pre účinné adiabatické chladenie v dôsledku podstatných zmien magnetizácie. V centre pozornosti budú aj magnetické materiály vyhovujúce lokálnym zákonom zachovania v dôsledku deštruktívnej kvantovej interferencie, pretože ich základné magnetické a termodynamické vlastnosti (vrátane magnetokalorických a barokalorických) sú priamym dôsledkom lokálnej geometrie buniek zachytávajúcich viazané magnóny. Úlohou doktoranda bude preskúmať, ako môžu fázové prechody riadené teplotou, magnetickým poľom a/alebo tlakom podporovať zvýšený magnetokalorický alebo barokalorický efekt s osobitným dôrazom na nízkoteplotné chladenie. Jedným z hlavných cieľov je nájsť optimálne podmienky pre čo najvyššiu účinnosť magnetického chladenia, ktoré by bolo možné dosiahnuť uvažovaním rôznych termodynamických cyklov (napr. Carnotov, Ericssonov, Braytonov a pod.) vybraných magnetických izolátorov.
1. M.E. Zhitomirsky, “Enhanced magnetocaloric effect in frustrated magnets”, Phys. Rev. B 67, 104421 (2003). DOI: 10.1103/PhysRevB.67.104421 2. F. Heidrich-Meisner et al., “Universal emergence of the one-third plateau in the magnetization process of frustrated quantum spin chains”, Phys. Rev. B 75, 064413 (2007). DOI: 10.1103/PhysRevB.75.064413 3. Ch. Aronica et al., Cubane Variations: Syntheses, Structures, and Magnetic Property Analyses of Lanthanide(III)-Copper(II) Architectures with Controlled Nuclearities, Inorg. Chem. 46, 6108 (2007). DOI: 10.1021/ic700645q
fyzika (Fd)
Magnetokalorické a barokalorické vlastnosti vybraných magnetických izolátorov
Hlavným cieľom doktorandského výskumného projektu je podrobná teoretická analýza magnetokalorického a barokalorického efektu vybraných magnetických izolátorov, ktoré budú modelované pomocou základných mriežkovo-štatistických modelov akými sú Isingov model, Heisenbergov model, Isingov-Heisenbergov model alebo XY model. Geometricky frustrované magnetické materiály, ktoré sa neusporiadajú do najnižších dosiahnuteľných teplôt, vykazujú zosilnený magnetokalorický efekt, čo ich robí lepšími v porovnaní s komerčne používanými paramagnetickými soľami, pokiaľ ide o nízkoteplotné chladenie. Geometrická spinová frustrácia často vedie aj k anomálnym magnetizačným krivkám zahŕňajúcim nespojité skoky medzi prechodnými magnetizačnými plató, ktoré poskytujú ďalšiu zaujímavú platformu pre účinné adiabatické chladenie v dôsledku podstatných zmien magnetizácie. V centre pozornosti budú aj magnetické materiály vyhovujúce lokálnym zákonom zachovania v dôsledku deštruktívnej kvantovej interferencie, pretože ich základné magnetické a termodynamické vlastnosti (vrátane magnetokalorických a barokalorických) sú priamym dôsledkom lokálnej geometrie buniek zachytávajúcich viazané magnóny. Úlohou doktoranda bude preskúmať, ako môžu fázové prechody riadené teplotou, magnetickým poľom a/alebo tlakom podporovať zvýšený magnetokalorický alebo barokalorický efekt s osobitným dôrazom na nízkoteplotné chladenie. Jedným z hlavných cieľov je nájsť optimálne podmienky pre čo najvyššiu účinnosť magnetického chladenia, ktoré by bolo možné dosiahnuť uvažovaním rôznych termodynamických cyklov (napr. Carnotov, Ericssonov, Braytonov a pod.) vybraných magnetických izolátorov.
1. M.E. Zhitomirsky, “Enhanced magnetocaloric effect in frustrated magnets”, Phys. Rev. B 67, 104421 (2003). DOI: 10.1103/PhysRevB.67.104421 2. F. Heidrich-Meisner et al., “Universal emergence of the one-third plateau in the magnetization process of frustrated quantum spin chains”, Phys. Rev. B 75, 064413 (2007). DOI: 10.1103/PhysRevB.75.064413 3. Ch. Aronica et al., Cubane Variations: Syntheses, Structures, and Magnetic Property Analyses of Lanthanide(III)-Copper(II) Architectures with Controlled Nuclearities, Inorg. Chem. 46, 6108 (2007). DOI: 10.1021/ic700645q
progresívne materiály (PMd)
MKP modelovanie mikromechanických skúšok tvrdých povlakov
Práca je zameraná na detailné štúdium procesov napäťových a deformačných stavov pri inštrumentovanej nanoindentácii, vrypových a tribologických skúškach v kompozitných povlakovaných systémoch pomocou modelovania metódou konečných prvkov (Finite element Modelling - FEM), vrátane rozšíreného FEM (extended FEM) a modelu kohéznej zóny (Cohesive Zone Model – CZM) a následnej experimentálnej verifikácii. Práca bude orientovaná na tenké povlaky na podložkách s rôznymi mechanickými vlastnosťami. Cieľom je pochopenie detailov porušovania tenkých povlakov v závislosti od podmienok zaťažovania ako aj optimalizácia podmienok merania jednotlivých mechanických a tribologických vlastností študovaných povlakov
Detailné štúdium napäťových a deformačných stavov pri inštrumentovanej nanoindentácii, vrypových a tribologických skúškach v kompozitných systémoch na báze povlak/podložka pomocou modelovania metódou konečných prvkov (MKP).
1. A.K. Bhattacharya, W.D. Nix, Finite element simulation of indentation experiments, Int. J. Solids Structures 24 (1988) 881-891. doi: 10.1016/0020-7683(88)90039-X 2. H. ur Rehman, F. Ahmed, Ch. Schmid, J. Schaufler, K. Durst, Study on the deformation mechanics of hard brittle coatings on ductile substrates using in situ tensile testing and cohesive zone modelling, Surf. Coat Technol. 207 (2012)163-169. doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.049 3. Sun, T. Bell, S. Zheng, Finite element analysis of the critical ratio of coating thickness to indentation depth for coating property measurements by nanoindentation, Thin Solid Films 258 (1995) 198-204. doi: 10.1016/0040-6090(94)06357-5 4. T, Csanádi, D. Németh, F. Lofaj, Mechanical Properties of Hard W-C Coating on Steel Substrate Deduced from Nanoindentation and Finite Element Modeling, Exp. Mechanics 57 (2017) 1057 – 1069. Doi: 10.1007/s11340-016-0190-x
teória vyučovania fyziky (TVFdAj)
Mobilné technológie vo vyučovaní fyziky
Mobilné technológie svojou širokou dostupnosťou majú veľký potenciál využívania aj pre vzdelávacie účely. Existujúce špecifické aplikácie určené na meranie rozličných fyzikálnych veličín otvárajú nové možnosti na podporu bádateľsky orientovaného vzdelávania, ktoré vo vyučovaní fyziky smeruje predovšetkým k experimentovaniu. Úlohou doktoranda bude preskúmať dostupné mobilné technológie vhodné pre vyučovanie fyziky a možnosti ich využívania z hľadiska ich vhodnosti pre napĺňanie cieľov fyzikálneho vzdelávania ako aj navrhnúť metodiku implementácie do vyučovania. Cieľom práce bude preštudovať ako ovplyvňuje integrovanie mobilných technológií rôzne aspekty fyzikálneho vzdelávania, napr. motiváciu študentov, konceptuálne porozumenie fyzikálnych javov a rozvoj bádateľských zručností. Zmysluplné využívanie mobilných technológií v oblasti podpory experimentálnych žiackych činností overí pedagogickým experimentom.
1. preskúmať dostupné mobilné technológie vhodné pre vyučovanie fyziky predovšetkým v oblasti experimentovania a merania fyzikálnych veličín 2. porovnať potenciál mobilných technológií v oblasti experimentovania s inými dostupnými prostriedkami zameranými na meranie fyzikálnych veličín 3.navrhnúť metodiku implementácie mobilných technológií do vyučovania. 4. Overiť zmysluplné využívanie mobilných technológií v oblasti podpory experimentálnych žiackych činností pedagogickým experimentom.
[1] Becker, S. , Klein, P., Gößling, A. and Kuhn, J. (2020) Using mobile devices to enhance inquiry-based learning processes, Learning and Instruction, 69, 101350 [2] Crompton, H., & Burke, D. (2018). The use of mobile learning in science: A systematic review. Journal of Science Education and Technology, 27(2), 133-149. [3] Ranellucci, J., Hall, C., & Hall, S. (2019). Using Mobile Technology to Improve Student Learning in an Introductory Physics Course. American Journal of Physics, 87(4), 293-299. [4] Kaps, A. et al. (2021) Implementation of smartphone-based experimental exercises for physics courses at universities, Phys. Educ. 56 035004 [5] Diković, L., & Milovanović, M. (2019). The Role of Mobile Learning in Physics Education. International Journal of Emerging Technologies in Learning (iJET), 14(11), 91-106. [6] Tlili, A., Essalmi, F., Jemni, M., & Kinshuk (2017). Empirical studies on the use of mobile technology in science education: A systematic review. Educational Technology & Society, 20(2), 91-102. [7] Gonzalez, M. et al. (2015) Teaching and Learning Physics with Smartphones, Journal on Cases on Information Technology 17(1) [8] Rath, G. (2019) Mobile phones in physics teaching – an overview of development and research activities, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1286 (2019) 012050
teória vyučovania fyziky (TVFd)
Mobilné technológie vo vyučovaní fyziky
Mobilné technológie svojou širokou dostupnosťou majú veľký potenciál využívania aj pre vzdelávacie účely. Existujúce špecifické aplikácie určené na meranie rozličných fyzikálnych veličín otvárajú nové možnosti na podporu bádateľsky orientovaného vzdelávania, ktoré vo vyučovaní fyziky smeruje predovšetkým k experimentovaniu. Úlohou doktoranda bude preskúmať dostupné mobilné technológie vhodné pre vyučovanie fyziky a možnosti ich využívania z hľadiska ich vhodnosti pre napĺňanie cieľov fyzikálneho vzdelávania ako aj navrhnúť metodiku implementácie do vyučovania. Cieľom práce bude preštudovať ako ovplyvňuje integrovanie mobilných technológií rôzne aspekty fyzikálneho vzdelávania, napr. motiváciu študentov, konceptuálne porozumenie fyzikálnych javov a rozvoj bádateľských zručností. Zmysluplné využívanie mobilných technológií v oblasti podpory experimentálnych žiackych činností overí pedagogickým experimentom.
1. preskúmať dostupné mobilné technológie vhodné pre vyučovanie fyziky predovšetkým v oblasti experimentovania a merania fyzikálnych veličín 2. porovnať potenciál mobilných technológií v oblasti experimentovania s inými dostupnými prostriedkami zameranými na meranie fyzikálnych veličín 3.navrhnúť metodiku implementácie mobilných technológií do vyučovania. 4. Overiť zmysluplné využívanie mobilných technológií v oblasti podpory experimentálnych žiackych činností pedagogickým experimentom.
[1] Becker, S. , Klein, P., Gößling, A. and Kuhn, J. (2020) Using mobile devices to enhance inquiry-based learning processes, Learning and Instruction, 69, 101350 [2] Crompton, H., & Burke, D. (2018). The use of mobile learning in science: A systematic review. Journal of Science Education and Technology, 27(2), 133-149. [3] Ranellucci, J., Hall, C., & Hall, S. (2019). Using Mobile Technology to Improve Student Learning in an Introductory Physics Course. American Journal of Physics, 87(4), 293-299. [4] Kaps, A. et al. (2021) Implementation of smartphone-based experimental exercises for physics courses at universities, Phys. Educ. 56 035004 [5] Diković, L., & Milovanović, M. (2019). The Role of Mobile Learning in Physics Education. International Journal of Emerging Technologies in Learning (iJET), 14(11), 91-106. [6] Tlili, A., Essalmi, F., Jemni, M., & Kinshuk (2017). Empirical studies on the use of mobile technology in science education: A systematic review. Educational Technology & Society, 20(2), 91-102. [7] Gonzalez, M. et al. (2015) Teaching and Learning Physics with Smartphones, Journal on Cases on Information Technology 17(1) [8] Rath, G. (2019) Mobile phones in physics teaching – an overview of development and research activities, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1286 (2019) 012050
teória vyučovania fyziky (TVFdAj)
Model výučby Všeobecnej fyziky na univerzite
Prednášková forma výučby je štandardne dominantne zastúpená vo vysokoškolskej príprave študentov. Avšak s postupnou implementáciou reformy vzdelávania sa pripravenosť študentov na náročný prechod na vysokoškolský spôsob vzdelávania výrazne znižuje. Táto situácia volá po zmenách vo vzdelávaní, predovšetkým v úvodných kurzoch štúdia fyziky na univerzite, ktoré sú pre úspešné pokračovanie štúdia kľúčové. Tieto zmeny smerujú k väčšiemu zastúpeniu interaktívnych metód výučby, ktoré by mali čiastočne nahradiť transmisívne metódy vzdelávania. Dizertačná práca je zameraná na analýzu pripravenosti študentov na štúdium fyziky na univerzite, prípravu aktivít, vhodných k zaradeniu do úvodných kurzov fyziky založených na interaktívnych metódach výučby, ich implementáciu do vzdelávania a analýzu efektivity ich zaradenia.
1. Analyzovať dostupné interaktívne metódy vhodné predovšetkým pre výučbu fyziky na Univerzite. 2. Posúdiť a vybrať vhodné interaktívne metódy pre výučbu predmetu Všeobecná fyzika na Univerzite. 3. Pripraviť sériu aktivít pre systematickú implementáciu do výučby predmetu Všeobecná fyzika, jednak pre prednáškovú formu výučby ale aj pre podporu realizácie cvičení. 4. Overiť vytvorený model výučby predmetu Všeobecná fyzika pedagogickým experimentom.
[1] Proceedings ICPE-EPEC 2013 conference, August 5-9, 2013, Prague, Czech republic, Amsterdam, Active learning in a changing world of new technologies, Charles University in Prague, MATFYZPRESS publisher, Prague 2013, available on <http://www.icpe2013.org/proceedings> [2] Thornton, R., Sokoloff, D. Interactive Lecture Demonstrations, Active learning in Introductory Physics, 2004 John Wiley and Sons [3] Redish, F., J. Research-Based Reform of University Physics, available on <http://per-central.org/per_reviews/media/volume1/> [4] Beichner, R., J., et al. ThHe Student-Centered Activities for Large Enrollment Undergraduate Programs (SCALE-UP) Project, available on http://www.per-central.org/document/ServeFile.cfm?ID=4517 [5] Redish, E,F., Teaching Physics with the Physics Suite, 2003 John Wiley and Sons [6] Laws, P. et al. Physics with Video Analysis, published by Vernier Software and Technology, 2009, ISBN-978-1-929075-11-9
teória vyučovania fyziky (TVFd)
Model výučby Všeobecnej fyziky na univerzite
Prednášková forma výučby je štandardne dominantne zastúpená vo vysokoškolskej príprave študentov. Avšak s postupnou implementáciou reformy vzdelávania sa pripravenosť študentov na náročný prechod na vysokoškolský spôsob vzdelávania výrazne znižuje. Táto situácia volá po zmenách vo vzdelávaní, predovšetkým v úvodných kurzoch štúdia fyziky na univerzite, ktoré sú pre úspešné pokračovanie štúdia kľúčové. Tieto zmeny smerujú k väčšiemu zastúpeniu interaktívnych metód výučby, ktoré by mali čiastočne nahradiť transmisívne metódy vzdelávania. Dizertačná práca je zameraná na analýzu pripravenosti študentov na štúdium fyziky na univerzite, prípravu aktivít, vhodných k zaradeniu do úvodných kurzov fyziky založených na interaktívnych metódach výučby, ich implementáciu do vzdelávania a analýzu efektivity ich zaradenia.
1. Analyzovať dostupné interaktívne metódy vhodné predovšetkým pre výučbu fyziky na Univerzite. 2. Posúdiť a vybrať vhodné interaktívne metódy pre výučbu predmetu Všeobecná fyzika na Univerzite. 3. Pripraviť sériu aktivít pre systematickú implementáciu do výučby predmetu Všeobecná fyzika, jednak pre prednáškovú formu výučby ale aj pre podporu realizácie cvičení. 4. Overiť vytvorený model výučby predmetu Všeobecná fyzika pedagogickým experimentom.
[1] Proceedings ICPE-EPEC 2013 conference, August 5-9, 2013, Prague, Czech republic, Amsterdam, Active learning in a changing world of new technologies, Charles University in Prague, MATFYZPRESS publisher, Prague 2013, available on <http://www.icpe2013.org/proceedings> [2] Thornton, R., Sokoloff, D. Interactive Lecture Demonstrations, Active learning in Introductory Physics, 2004 John Wiley and Sons [3] Redish, F., J. Research-Based Reform of University Physics, available on <http://per-central.org/per_reviews/media/volume1/> [4] Beichner, R., J., et al. ThHe Student-Centered Activities for Large Enrollment Undergraduate Programs (SCALE-UP) Project, available on http://www.per-central.org/document/ServeFile.cfm?ID=4517 [5] Redish, E,F., Teaching Physics with the Physics Suite, 2003 John Wiley and Sons [6] Laws, P. et al. Physics with Video Analysis, published by Vernier Software and Technology, 2009, ISBN-978-1-929075-11-9
progresívne materiály (PMdAj)
Modelovanie fázových diagramov a termodynamických vlastností systémov pre vysoko teplotné aplikácie
Dizertačná práca bude zameraná na štúdium fáz, fázových rovnováh a fázových diagramov v systémoch pre vysoko-teplotné aplikácie. Má za cieľ experimentálnymi metódami diferenciálnej termálnej analýzy, röntgenovej difrakcie a elektrónovej mikroskopie spresniť nejasnosti fázových diagramov a preskúmať neznáme časti zvolených systémov a následne semi-empirickou metódou Calphad namodelovať ich fázové diagramy a termodynamické vlastnosti. Predmetom štúdia budú ternárne systémy obsahujúce hlavne žiaruvzdorné kovy a bór ako základ materiálov potenciálne vhodných pre dané využitie. Výsledky dizertačnej práce umožnia rozšírenie možnosti dizajnu nových materiálov pre vysoko-teplotné použitie výpočtovými metódami bez nutnosti časovo náročného experimentálneho skúšania.
Cieľ je experimentálnymi metódami diferenciálnej termálnej analýzy, röntgenovej difrakcie a elektrónovej mikroskopie spresniť nejasnosti fázových diagramov a preskúmať neznáme časti zvolených systémov a následne semi-empirickou metódou Calphad namodelovať ich fázové diagramy a termodynamické vlastnosti. Predmetom štúdia budú ternárne systémy obsahujúce hlavne žiaruvzdorné kovy a bór ako základ materiálov potenciálne vhodných pre dané využitie.
vedecká literatúra
biofyzika (BFdAj)
Modelovanie mechanizmu zmien alosterickej regulácie funkcie ryanodínového receptora v dôsledku patogénnych mutácii.
Ryanodínové receptory (RyR) sú membránové iónové kanály, ktoré zabezpečujú spriahnutie excitácie s kontrakciou v kostrových a srdcových svalových bunkách. Mnohé genetické ochorenia sú spôsobené mutáciami ktoré narušujú reguláciu vrátkovania RyR kanálov iónmi Ca2+a Mg2+. Cieľom práce je objasniť vplyv závažných patogénnych mutácií na reguláciu aktivity RyR kanálov pomocou alosterických modelov ich vrátkovania iónmi Ca2+a Mg2+. Modely vrátkovania budú riešené ako Markovovské procesy charakterizujúce stochastické zmeny makrostavov RyR v rovnováhe. Téma nadväzuje na projekty riešené v skupine Ing. A. Zahradníkovej, DrSc.
1. Vypracovať rovnovážny model alosterickej regulácie aktivity RyR pomocou metód štatistickej termodynamiky a overiť predikcie modelu na literárnych údajoch o aktivite RyR za rôznych podmienok. 2. Pomocou matematického modelovania určiť vplyv aktivátorov a inhibítorov na kinetiku vrátkovania RyR. 3. Vypracovať model vysvetľujúci účinok vybraných patogénnych mutácií RyR na jeho aktivitu pomocou realistického modelu vrátkovania RyR.
[1] Iaparov B, Baglaeva I, Zahradník I, Zahradníková A. Magnesium Ions Moderate Calcium-Induced Calcium Release in Cardiac Calcium Release Sites by Binding to Ryanodine Receptor Activation and Inhibition Sites. Front Physiol. 12:805956, 2022. doi: 10.3389/fphys.2021.805956. [2] Colquhoun D, Hawkes AG, Sakmann B, Neher E. The principles of the stochastic interpretation of ion-channel mechanisms. In: Single-channel recording. Plenum, New York. 135-175, 1983. [3] D. Colquhoun, F. J. Sigworth, B. Sakmann and E. Neher. In Single-channel recording. Plenum, New York. 191-263, 1983. [4] Cannell MB, Kong CHT, Imtiaz MS, Laver DR. Control of sarcoplasmic reticulum Ca2+ release by stochastic RyR gating within a 3D model of the cardiac dyad and importance of induction decay for CICR termination. Biophys J. 104:2149-59, 2013. doi: 10.1016/j.bpj.2013.03.058.
progresívne materiály (PMd)
Modelovanie fázových diagramov a termodynamických vlastností systémov pre vysoko teplotné aplikácie
Dizertačná práca bude zameraná na štúdium fáz, fázových rovnováh a fázových diagramov v systémoch pre vysoko-teplotné aplikácie. Má za cieľ experimentálnymi metódami diferenciálnej termálnej analýzy, röntgenovej difrakcie a elektrónovej mikroskopie spresniť nejasnosti fázových diagramov a preskúmať neznáme časti zvolených systémov a následne semi-empirickou metódou Calphad namodelovať ich fázové diagramy a termodynamické vlastnosti. Predmetom štúdia budú ternárne systémy obsahujúce hlavne žiaruvzdorné kovy a bór ako základ materiálov potenciálne vhodných pre dané využitie. Výsledky dizertačnej práce umožnia rozšírenie možnosti dizajnu nových materiálov pre vysoko-teplotné použitie výpočtovými metódami bez nutnosti časovo náročného experimentálneho skúšania.
Cieľ je experimentálnymi metódami diferenciálnej termálnej analýzy, röntgenovej difrakcie a elektrónovej mikroskopie spresniť nejasnosti fázových diagramov a preskúmať neznáme časti zvolených systémov a následne semi-empirickou metódou Calphad namodelovať ich fázové diagramy a termodynamické vlastnosti. Predmetom štúdia budú ternárne systémy obsahujúce hlavne žiaruvzdorné kovy a bór ako základ materiálov potenciálne vhodných pre dané využitie.
vedecká literatúra
biofyzika (BFd)
Modelovanie mechanizmu zmien alosterickej regulácie funkcie ryanodínového receptora v dôsledku patogénnych mutácii.
Ryanodínové receptory (RyR) sú membránové iónové kanály, ktoré zabezpečujú spriahnutie excitácie s kontrakciou v kostrových a srdcových svalových bunkách. Mnohé genetické ochorenia sú spôsobené mutáciami ktoré narušujú reguláciu vrátkovania RyR kanálov iónmi Ca2+a Mg2+. Cieľom práce je objasniť vplyv závažných patogénnych mutácií na reguláciu aktivity RyR kanálov pomocou alosterických modelov ich vrátkovania iónmi Ca2+a Mg2+. Modely vrátkovania budú riešené ako Markovovské procesy charakterizujúce stochastické zmeny makrostavov RyR v rovnováhe. Téma nadväzuje na projekty riešené v skupine Ing. A. Zahradníkovej, DrSc.
1. Vypracovať rovnovážny model alosterickej regulácie aktivity RyR pomocou metód štatistickej termodynamiky a overiť predikcie modelu na literárnych údajoch o aktivite RyR za rôznych podmienok. 2. Pomocou matematického modelovania určiť vplyv aktivátorov a inhibítorov na kinetiku vrátkovania RyR. 3. Vypracovať model vysvetľujúci účinok vybraných patogénnych mutácií RyR na jeho aktivitu pomocou realistického modelu vrátkovania RyR.
[1] Iaparov B, Baglaeva I, Zahradník I, Zahradníková A. Magnesium Ions Moderate Calcium-Induced Calcium Release in Cardiac Calcium Release Sites by Binding to Ryanodine Receptor Activation and Inhibition Sites. Front Physiol. 12:805956, 2022. doi: 10.3389/fphys.2021.805956. [2] Colquhoun D, Hawkes AG, Sakmann B, Neher E. The principles of the stochastic interpretation of ion-channel mechanisms. In: Single-channel recording. Plenum, New York. 135-175, 1983. [3] D. Colquhoun, F. J. Sigworth, B. Sakmann and E. Neher. In Single-channel recording. Plenum, New York. 191-263, 1983. [4] Cannell MB, Kong CHT, Imtiaz MS, Laver DR. Control of sarcoplasmic reticulum Ca2+ release by stochastic RyR gating within a 3D model of the cardiac dyad and importance of induction decay for CICR termination. Biophys J. 104:2149-59, 2013. doi: 10.1016/j.bpj.2013.03.058.
biofyzika (BFd)
Modulácia amyloidnej agregácie proteínov – objasnenie molekulárnych mechanizmov tvorby amyloidov a ich inhibície
Amyloidné štruktúry poly/peptidov sú spájané s ochoreniami ako Alzheimerova choroba, systémové amyloidózy, diabetes mellitus a ďalšie. V poslednom období sa zistilo, že sú nevyhnutnou súčasťou aj mnohých životne dôležitých pochodov v organizmoch - od baktérií až po ľudí. Cieľom práce je prispieť k lepšiemu poznaniu mechanizmov tvorby a inhibície amyloidnej agregácie proteínov prostredníctvom jej modulácie pomocou rôznych látok (anorganické a organické molekuly, biomolekuly, nanočastice). Na základe toho je možné lepšie pochopiť patologický a fyziologický účinok amyloidných štruktúr na molekulárnej úrovni. Využívať sa budú rôzne fyzikálno-chemické metódy, hlavne spektroskopické, kalorimetrické, chromatografické techniky a atómová silová mikroskopia.
1. Charakterizácia proteínových konformérov spojených s tvorbou amyloidných štruktúr 2. Modulácia amyloidnej fibrilizácie pomocou rôznych látok (anorganické a organické molekuly, biomolekuly, nanočastice). 3. Charakterizácia účinku efektívnych modulátorov na amyloidné štruktúry
1. Amyloid fibrils and Prefibrillar Aggregates: Molecular and Biological Properties. Edited by D. E. Otzen, Wiley-VCH and Co., 2013, ISBN: 978-3-527-33200-7 2. Eichner T. and Radford, A. E., A diversity of Assembly Mechanisms of a generic amyloid fold, Molecular Cell, 2011, 43, 1(8), 8 – 18. 3. Fändlich, M., Oligomeric Intermediates in Amyloid Formation: Structure Determination and Mechanism of Toxicity, Journal of Molecular Biology, 2012, 421, 427 - 440 4. vedecké články
biofyzika (BFdAj)
Modulácia amyloidnej agregácie proteínov – objasnenie molekulárnych mechanizmov tvorby amyloidov a ich inhibície
Amyloidné štruktúry poly/peptidov sú spájané s ochoreniami ako Alzheimerova choroba, systémové amyloidózy, diabetes mellitus a ďalšie. V poslednom období sa zistilo, že sú nevyhnutnou súčasťou aj mnohých životne dôležitých pochodov v organizmoch - od baktérií až po ľudí. Cieľom práce je prispieť k lepšiemu poznaniu mechanizmov tvorby a inhibície amyloidnej agregácie proteínov prostredníctvom jej modulácie pomocou rôznych látok (anorganické a organické molekuly, biomolekuly, nanočastice). Na základe toho je možné lepšie pochopiť patologický a fyziologický účinok amyloidných štruktúr na molekulárnej úrovni. Využívať sa budú rôzne fyzikálno-chemické metódy, hlavne spektroskopické, kalorimetrické, chromatografické techniky a atómová silová mikroskopia.
1. Charakterizácia proteínových konformérov spojených s tvorbou amyloidných štruktúr 2. Modulácia amyloidnej fibrilizácie pomocou rôznych látok (anorganické a organické molekuly, biomolekuly, nanočastice). 3. Charakterizácia účinku efektívnych modulátorov na amyloidné štruktúry
1. Amyloid fibrils and Prefibrillar Aggregates: Molecular and Biological Properties. Edited by D. E. Otzen, Wiley-VCH and Co., 2013, ISBN: 978-3-527-33200-7 2. Eichner T. and Radford, A. E., A diversity of Assembly Mechanisms of a generic amyloid fold, Molecular Cell, 2011, 43, 1(8), 8 – 18. 3. Fändlich, M., Oligomeric Intermediates in Amyloid Formation: Structure Determination and Mechanism of Toxicity, Journal of Molecular Biology, 2012, 421, 427 - 440 4. vedecké články
biofyzika (BFd)
Molekulový mechanizmus agregácie patologických IgG v onkohematologických chorobách
Tento projekt ponúka jedinečnú príležitosť ponoriť sa do molekulárnych základov zhlukovania patologických IgG prítomných u onkohematologických chorôb, ako sú mnohopočetný myelóm a amyloidóza ľahkých reťazcov. Tieto stavy, charakterizované agregáciou patologických ľahkých reťazcov imunoglobulínu G (IgG), vedú k vážnym zdravotným komplikáciám a sú v súčasnosti klasifikované ako nevyliečiteľné. Využijete širokú škálu inovatívnych techník na štúdium týchto procesov ex vivo a získate tak hlbšie pochopenie týcho molekulárne zložitých mechanizmov. Vaša práca prispeje k hlbšiemu pochopeniu mechanizmov agregácie patologických IgG, čo by potenciálne mohlo viesť k novým terapeutickým stratégiám. Ako doktorand budete aktívne zapojení do návrhu experimentov, zberu a analýzy dát. Tiež preskúmate úlohu šaperónových domén ako možných neutralizačných a terapeutických molekúl. Tento projekt predstavuje významnú príležitosť prispieť do oblasti s vysokým medicínskym významom.
1) Skúmanie biologických a biochemických faktorov, ktoré prispievajú k agregácii patologických ľahkých reťazcov IgG. 2) Štúdium interakcií medzi sérovými proteínmi, lipidovými vezikulami a vlastnosťami povrchu buniek, ktoré katalyzujú alebo poháňajú tento proces agregácie. 3) Skúmanie potenciálu šaperonových domien ako potenciálne neutralizačné liečivá.
1. Džupponová V, Žoldák G. Aggregation mechanism and branched 3D morphologies of pathological human light chain proteins under reducing conditions. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023 Jan;221:112983. doi: 10.1016/j.colsurfb.2022.112983. 2. Džupponová V, Žoldák G. Salt-dependent passive adsorption of IgG1κ-type monoclonal antibodies on hydrophobic microparticles. Biophys Chem. 2021 Aug;275:106609. doi: 10.1016/j.bpc.2021.106609. 3. Džupponová V, Huntošová V, Žoldák G. A kinetic coupling between protein unfolding and aggregation controls time-dependent solubility of the human myeloma antibody light chain. Protein Sci. 2020 Dec;29(12):2408-2421. doi: 10.1002/pro.3968. 4. Nemergut M, Pluskal D, Horackova J, Sustrova T, Tulis J, Barta T, Baatallah R, Gagnot G, Novakova V, Majerova M, Sedlackova K, Marques SM, Toul M, Damborsky J, Prokop Z, Bednar D, Janin YL, Marek M. Illuminating the mechanism and allosteric behavior of NanoLuc luciferase. Nat Commun. 2023 Nov 29;14(1):7864. doi: 10.1038/s41467-023-43403-y.
progresívne materiály (PMdAj)
Multifunkčné magnetické nanomateriály pre využitie v medicíne
Väčšina biologických procesov prebieha v nanorozmeroch a to nám dáva možnosť vďaka technickému pokroku porozumieť týmto procesom a vytvárať nové materiály. Magnetické nanomateriály majú značný potenciál využitia v oblasti medicíny napr. v distribúcii liečiva na postihnuté miesta, v zobrazovaní ale aj v terapii. Hlavným cieľom dizertačnej práce je nielen príprava nových magnetických nanomateriálov, naviazanie biologicky aktívnych látok a štúdium ich fyzikálnochemických vlastností ako sú rozmer, tvar, štruktúra, povrchový náboj, magnetické vlastnosti, ale aj skúmanie vhodnosti ich použitia napr. v oblasti diagnostiky pre magnetickú rezonanciu.a liečbu ochorení napr. magnetickou hypertermiou.
Hlavným cieľom dizertačnej práce je nielen príprava nových magnetických nanomateriálov, naviazanie biologicky aktívnych látok a štúdium ich fyzikálnochemických vlastností ako sú rozmer, tvar, štruktúra, povrchový náboj, magnetické vlastnosti, ale aj skúmanie vhodnosti ich použitia napr. v oblasti diagnostiky pre magnetickú rezonanciu.a liečbu ochorení napr. magnetickou hypertermiou.
Aktuálna časopisecká literatúra.
progresívne materiály (PMd)
Multifunkčné magnetické nanomateriály pre využitie v medicíne
Väčšina biologických procesov prebieha v nanorozmeroch a to nám dáva možnosť vďaka technickému pokroku porozumieť týmto procesom a vytvárať nové materiály. Magnetické nanomateriály majú značný potenciál využitia v oblasti medicíny napr. v distribúcii liečiva na postihnuté miesta, v zobrazovaní ale aj v terapii. Hlavným cieľom dizertačnej práce je nielen príprava nových magnetických nanomateriálov, naviazanie biologicky aktívnych látok a štúdium ich fyzikálnochemických vlastností ako sú rozmer, tvar, štruktúra, povrchový náboj, magnetické vlastnosti, ale aj skúmanie vhodnosti ich použitia napr. v oblasti diagnostiky pre magnetickú rezonanciu.a liečbu ochorení napr. magnetickou hypertermiou.
Hlavným cieľom dizertačnej práce je nielen príprava nových magnetických nanomateriálov, naviazanie biologicky aktívnych látok a štúdium ich fyzikálnochemických vlastností ako sú rozmer, tvar, štruktúra, povrchový náboj, magnetické vlastnosti, ale aj skúmanie vhodnosti ich použitia napr. v oblasti diagnostiky pre magnetickú rezonanciu.a liečbu ochorení napr. magnetickou hypertermiou.
Aktuálna časopisecká literatúra.
progresívne materiály (PMdAj)
Nanomateriály pre medicínske aplikácie – functionalizácia a fyzikálno-chemická charakterizácia magnetických nanočastíc na báze oxidov železa
Cieľom práce bude zvládnuť technológiu prípravy magnetických koloidných suspenzií na báze oxidov železa, funkcionalizovať povrch nanočastíc biologicky aktívnymi látkami s cieľom minimalizovať ich toxicitu a zabezpečiť ich biokompatibilitu a stabilitu v biologických médiách. Ďalej pripravené magnetické nanomateriály charakterizovať z hľadiska rozmerovej distribúcie, morfológie, štruktúry, zloženia a magnetických vlastností použitím rôznych techník. Zároveň sa bude skúmať ich vplyv na kontrast pri zobrazovaní v magnetickej rezonancii (MRI). Taktiež sa bude na pripravených vzorkách merať množstvo vygenerovaného tepla po aplikácii magnetickej hypertermie v závislosti od intenzity a frekvencie striedavého magnetického poľa. Výsledky štúdia môžu byť použité pre cielený transport liečiv, na detekciu nádorových buniek, ktorá v kombinácii s hypertermiou a MRI môže predstavovať významný pokrok pri detekcii a liečbe nádorových ochorení.
Cieľom práce bude zvládnuť technológiu prípravy magnetických koloidných suspenzií na báze oxidov železa, funkcionalizovať povrch nanočastíc biologicky aktívnymi látkami s cieľom minimalizovať ich toxicitu a zabezpečiť ich biokompatibilitu a stabilitu v biologických médiách.
Aktuálna časopisecká literatúra.
progresívne materiály (PMd)
Nanomateriály pre medicínske aplikácie – functionalizácia a fyzikálno-chemická charakterizácia magnetických nanočastíc na báze oxidov železa
Cieľom práce bude zvládnuť technológiu prípravy magnetických koloidných suspenzií na báze oxidov železa, funkcionalizovať povrch nanočastíc biologicky aktívnymi látkami s cieľom minimalizovať ich toxicitu a zabezpečiť ich biokompatibilitu a stabilitu v biologických médiách. Ďalej pripravené magnetické nanomateriály charakterizovať z hľadiska rozmerovej distribúcie, morfológie, štruktúry, zloženia a magnetických vlastností použitím rôznych techník. Zároveň sa bude skúmať ich vplyv na kontrast pri zobrazovaní v magnetickej rezonancii (MRI). Taktiež sa bude na pripravených vzorkách merať množstvo vygenerovaného tepla po aplikácii magnetickej hypertermie v závislosti od intenzity a frekvencie striedavého magnetického poľa. Výsledky štúdia môžu byť použité pre cielený transport liečiv, na detekciu nádorových buniek, ktorá v kombinácii s hypertermiou a MRI môže predstavovať významný pokrok pri detekcii a liečbe nádorových ochorení.
Cieľom práce bude zvládnuť technológiu prípravy magnetických koloidných suspenzií na báze oxidov železa, funkcionalizovať povrch nanočastíc biologicky aktívnymi látkami s cieľom minimalizovať ich toxicitu a zabezpečiť ich biokompatibilitu a stabilitu v biologických médiách.
Aktuálna časopisecká literatúra.
teória vyučovania fyziky (TVFd)
Nástroje umelej inteligencie v inovatívnom fyzikálnom vzdelávaní.
Nástroje umelej inteligencie (AI), najmä chatboty založené na pokročilých veľkých neurónových jazykových modeloch ako sú ChatGPT, Bard alebo Claud, si vďaka svojim impozantným schopnostiam v roku 2023 vyslúžili významnú pozornosť v mnohých oblastiach ľudskej činnosti, vrátane vzdelávania fyziky a STEM predmetov. Táto dizertačná práca sa zameria na hĺbkovú analýzu súčasného stavu, vplyvu, dynamického vývoja aj potenciálu týchto technológií v kontexte inovatívneho vzdelávania vo fyzike. Následne sa preskúmajú možnosti integrácie AI do učebných osnov a didaktických postupov, s cieľom pripraviť ukážkové vzdelávacie inovatívne aktivity podporené AI vo vybranej oblasti fyziky, spolu s metodickými usmerneniami pre ich efektívne využitie. Empirický zmiešaný výskum bude orientovaný na analýzu vplyvu týchto technológií na zvýšenie motivácie a efektívnosti výučby na stredných a vysokých školách. Práca by mala smerovať aj k zhodnotenie nových perspektív využitia AI, ktoré môže výrazne obohatiť a transformovať súčasnú pedagogickú prax vo fyzikálnom vzdelávaní.
Hlavným cieľom tejto dizertačnej práce je teoreticky a aj empiricky zhodnotiť vplyv a potenciál nástrojov AI na skvalitnenie vzdelávania vo fyzike. Naplnenie tohto cieľa by malo byť realizované prostredníctvom integrovania AI do učebných osnov fyziky, vytvorenia zodpovedajúcich vzdelávacích aktivít s podporou AI s overením a analýzou ich dopadu na motiváciu a efektivitu na stredných a vysokých školách.
[1] J. W. Creswell and V. L. P. Clark, Designing and Conducting Mixed Methods Research, 3rd ed. London: SAGE Publications, Inc, 2017. ISBN 978-1-483346-98-4 [2] W. Daher, H. Diab, and A. Rayan, “Artificial Intelligence Generative Tools and Conceptual Knowledge in Problem Solving in Chemistry,” Information, vol. 14, no. 7, Art. no. 7, 2023 [3] M. N. Dahlkemper, S. Z. Lahme, and P. Klein, “How do physics students evaluate artificial intelligence responses on comprehension questions? A study on the perceived scientific accuracy and linguistic quality of ChatGPT,” Phys. Rev. Phys. Educ. Res., vol. 19, no. 1, p. 010142, 2023 [4] A. Al-Marzouqi (ed.) rt al., Artificial Intelligence in Education: The Power and Dangers of ChatGPT in the Classroom. Springer, 2024. ISBN 978-3-031-52280-2. [5] G. Kortemeyer, “Toward AI grading of student problem solutions in introductory physics: A feasibility study,” Phys. Rev. Phys. Educ. Res., vol. 19, no. 2, p. 020163, 2023 [6] W. Xu and F. Ouyang, "The Application of AI Technologies in STEM Education: A Systematic Review from 2011 to 2021," International Journal of STEM Education, vol. 9, no. 1, p. 59, 2022.
fyzika (Fd)
Návrh a implementácia časticového modelu dynamiky stlačiteľných kvapalín
Hlavnou náplňou doktorandského výskumného projektu je vytvorenie multiškálového modelu prúdenia stlačiteľnej kvapaliny (vrátane možných nie-Newtonovských kvapalín) a embedovaných fiduciálnych či biologických častíc založeného na časticových formalizmoch ako alternatívy k obvyklej CFD (OpenFoam,robí náš UOX partner). Účelom takých simulácií je poskytnúť syntetické dáta pre tréning umelej inteligencie na interpretáciu rýchlych XMPH experimentov (X-ray multiprojection holography) vrátane kavitácií a turbulencie. Tento model bude použitý pre rekonštrukciu dát z experimentov sledovania rýchlej dynamiky (vzorkovacia frekvencia do 4.5 MHz) unikátneho experimentálneho zariadenia budovaného konzorciom projektu Horizon EU MHz Tomoscopy grantová zmluva č. 101046448 ako aj nasledujúcich projektov na výskum fluidiky. (EuXFEL (DE), DESY (DE),SUNA GmBH (DE), Univerzita Oxford (GB), Univerzita Lund (SE), Univerzita Tohoku (JPN), DTU (DK), TUHH (DE), Stockholm University (SE), Iasu University (RO) ale aj iní). Doktorandský projekt bude vyžadovať kvôli multidisciplinarite intenzívnu spoluprácu s partnermi projektu. Práca je svojím rozsahom vhodná aj pre viacerých (2-3) študentov DŠ. Možnosť duálnych diplomov resp. Industriálnych PhD.
vytvoriť multiškálový hrubozrnný model stlačiteľlnej kvapaliny v časticovom formalizme, vrátane modelu biologických častíc v subnm rozlíšení pre tréning rekonštrukčných algoritmov AI našich XMPH experimentov
[1] Vagovič, P., Sato, T., Mikeš, L., Mills, G., Graceffa, R., Mattsson, F., Villanueva-Perez, P., Ershov, A., Faragó, T., Uličný, J., et al. (2019). Megahertz x-ray microscopy at x-ray free-electron laser and synchrotron sources. Optica, OPTICA 6, 1106–1109. [2] Hrivňak, S., Hovan, A., Uličný, J., and Vagovič, P. (2018). Phase retrieval for arbitrary Fresnel-like linear shift-invariant imaging systems suitable for tomography. Biomed Opt Express 9, 4390–4400., Hrivňak, S., Uličný, J., Mikeš, L., Cecilia, A., Hamann, E., Baumbach, T., Švéda, L., Zápražný, Z., Korytár, D., Gimenez-Navarro, E., et al. (2016). Single- distance phase retrieval algorithm for Bragg Magnifier microscope. Opt Express 24, 27753–27762. [4] Buakor, K.; Zhang, Y.; Birnšteinová, Š.; Bellucci, V.; Sato, T.; Kirkwood, H.; Mancuso, A. P.; Vagovic, P.; Villanueva-Perez, P. Shot-to-Shot Flat-Field Correction at X-Ray Free-Electron Lasers. Opt. Express 2022, 30 (7), 10633. [4] Han, H.; Round, E.; Schubert, R.; Gül, Y.; Makroczyová, J.; Meza, D.; Heuser, P.; Aepfel-bacher, M.; Barák, I.; Betzel, C.; Fromme, P.; Kursula, I.; Nissen, P.; Tereschenko, E.; Schulz, J.; Uetrecht, C.; Ulicný, J.; Wilmanns, M.; Hajdu, J.; Lamzin, V. S.; Lorenzen, K. The XBI BioLab for Life Science Experiments at the European XFEL. J Appl Crystallogr 2021, 54 (1), 7–21. [5] Project: 101046448 — MHz-TOMOSCOPY — HORIZON-EIC-2021- PATHFINDEROPEN-01 , https://www.tomoscopy.eu [6] Soyama, H.; Liang, X.; Yashiro, W.; Kajiwara, K.; Asimakopoulou, E. M.; Bellucci, V.; Birnsteinova, S.; Giovanetti, G.; Kim, C.; Kirkwood, H. J.; Koliyadu, J. C. P.; Letrun, R.; Zhang, Y.; Uličný, J.; Bean, R.; Mancuso, A. P.; Villanueva-Perez, P.; Sato, T.; Vagovič, P.; Eakins, D.; Korsunsky, A. M. Revealing the Origins of Vortex Cavitation in a Venturi Tube by High Speed X-Ray Imaging. Ultrasonics Sonochemistry 2023, 101, 106715. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106715. [7] Zhang, Y.; Yao, Z.; Ritschel, T.; Villanueva‐Perez, P. ONIX: An X‐ray Deep‐learning Tool for 3D Reconstructions from Sparse Views. Applied Research 2023, e202300016. https://doi.org/10.1002/appl.202300016.
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Nové supravodiče na báze vysokoentropických zliatin
Vysoko-entropické zliatiny (VEZ) predstavujú relatívne novú triedu materiálov, ktorá je poslednom období predmetom značného záujmu v oblasti základného ako aj aplikovaného výskumu. Tieto zliatiny pozostávajú z niekoľkých konštitučných prvkov (4 - 6), pričom jednotlivé prvky obsadzujú mriežkové pozície s vysokým stupňom vzájomného neusporiadania, t.j. s vysokou konfiguračnou entropiou. Supravodivosť VEZ, s prechodovou teplotou Tc do cca. 10 K a kritickým magnetickým poľom do cca. 20 T, je veľmi stabilná a odolná voči rôznym chemickým ako aj mechanickým vplyvom. Témou navrhovanej dizertačnej práce bude príprava a výskum vlastností nových supravodičov na báze VEZ. Tieto budú zahrňovať VEZ, do ktorých budú inkorporované ľahké prvky, napr. dusík, uhlík alebo vodík, čo povedie k zmenám ich supravodivých vlastností. Navyše bude skúmaný aj vplyv tlaku a hrúbky tenkých filmov VEZ na ich supravodivé parametre. Študent bude pod vedením školiteľa participovať na príprave a charakterizácii vzoriek, experimentálnom výskume, analýze dát a prezentácii dosiahnutých výsledkov.
Cieľom navrhovanej dizertačnej práce bude príprava a výskum vlastností nových supravodičov na báze vysoko-entropických zliatin.
1. G. Pristáš, G.C. Gruber, M. Orendáč, J. Bačkai, J. Kačmarčík, F. Košuth, S. Gabáni, P. Szabó, Ch. Mitterer, K. Flachbart: Multiple transition temperature enhancement in superconducting TiNbMoTaW high entropy alloy films through tailored N incorporation, Acta Materialia 262 (2024) 119428. 2. G. Pristáš, J. Bačkai, Mat. Orendáč, S. Gabáni, F. Košuth, M. Kuzmiak, P. Szabó, E. Gažo, R. Franz, S. Hirn, G. C. Gruber, Ch. Mitterer, S. Vorobiov, K. Flachbart: Superconductivity in medium- and high-entropy alloy thin films: Impact of thickness and external pressure, Physical Review B 107 (2023) 024505.
progresívne materiály (PMd)
Nové hybridné 2D magnety na báze vrstevnatých podvojných hydroxidov
Vrstvené podvojné hydroxidy (LDH) sú prírodné dvojrozmerné materiály s jedinečnou flexibilitou chemického zloženia. LDH sa skladajú zo zmiešaných vrstiev kovov M2+-M3+, v ktorých sú katióny kovov obklopené hranami spojenými hydroxidovými oktaédrami. Kladný náboj kovových vrstiev je kompenzovaný aniónmi interkalovanými medzi nimi. Viac ako jeden typ aniónov môže byť interkalovaný a vymenený s inými aniónovými druhmi, ktoré sa líšia svojím zložením, veľkosťou a nábojom. LDH so zložením M2+= Co, Ni a/alebo M3+= Fe, Cr, Mn vykazujú magnetické usporiadanie pri nízkych teplotách. Magnetické vlastnosti týchto LDH závisia od obsahu a pomeru katiónov, ako aj od medzivrstvovej vzdialenosti. Okrem toho sú tieto vlastnosti závislé od morfológie a možno ich vyladiť prostredníctvom riadenej syntézy a tvorby usporiadaných vrstiev kryštalitov. Tieto vlastnosti robia magnetické LDH veľmi atraktívnymi pre experimentálne modelovanie efektov v dvojrozmerných magnetických systémoch vrátane kvantových magnetov. Okrem toho sa dajú použiť na vývoj hybridných magnetov a príbuzných materiálov na praktické použitie. Hlavným cieľom tohto doktorandskej práce je príprava a štúdium kryštálovej štruktúry, morfológie a magnetického správania nových magnetických LDH interkalovaných funkčnými druhmi, ako sú molekulárne magnety. Počas doktorandského štúdia uchádzač osvojí tieto praktické zručnosti: príprava LDH pomocou koprecipitácie, hydrotermálnej syntézy, výmeny aniónov, ako aj obsluha röntgenového práškového difraktometra vrátane merania in-situ v neambientných podmienkach, odber vzoriek a obsluha skenovacieho a transmisného elektrónového mikroskopu, obsluha SQUID magnetometrov.
Hlavným cieľom tohto doktorandskej práce je príprava a štúdium kryštálovej štruktúry, morfológie a magnetického správania nových magnetických LDH interkalovaných funkčnými druhmi, ako sú molekulárne magnety.
Aktuálna časopisecká literatúra.
biofyzika (BFd)
Nové metódy skúmania dynamiky proteínov: Od kryštalografie po ultrarýchle spektroskopické metódy
Pripojte sa k nášmu pokročilému výskumnému projektu zameranému na odhalenie komplexného vzťahu štruktúr a dynamiky proteínov. Táto príležitosť vás ponorí do fascinujúceho sveta kryštalografie proteínov a pokročilých spektroskopických techník. Budete na čele používania špičkových metód na preskúmanie interakcií proteín-ligand, proteínovej dynamiky a kľúčových enzýmových procesov, ako sú prenosy protónov a elektrónov. Váš výskum by mohol otvoriť cestu k prelomovým pokrokom v pochopení mechanizmov proteínov, čo by potenciálne mohlo viesť k pochopeniu nových princípov. Ako PhD študent budete súčasťou pri vykonávaní týchto sofistikovaných experimentov, analýze dát a prispievaní k poznatkom v oblasti. Tento projekt ponúka jedinečný interdisciplinárny a medzinárodný výskum medzi vedeckými skupinami v Košiciach(SK), Prahy, (CZ), Paríž, (FR), a premostenie medzi štruktúrnou biológiou, biofyzikou a chémiou.
1) Určenie trojrozmerných štruktúr nových proteínov, vrátane nových šaperónových domén Hsp70. 2) Skúmanie ľudských patologických imunoglobulínových ľahkých reťazcov v komplexoch s novými potenciálnymi terapeutikami. 3) Použitie ultrarýchlych optických spektroskopií a časovo rozlíšených röntgenových techník na štúdium enzýmovej katalýzy a ďalších dynamických procesov.
1. Džupponová V, Žoldák G. Aggregation mechanism and branched 3D morphologies of pathological human light chain proteins under reducing conditions. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023 Jan;221:112983. doi: 10.1016/j.colsurfb.2022.112983. 2. Džupponová V, Žoldák G. Salt-dependent passive adsorption of IgG1κ-type monoclonal antibodies on hydrophobic microparticles. Biophys Chem. 2021 Aug;275:106609. doi: 10.1016/j.bpc.2021.106609. 3. Džupponová V, Huntošová V, Žoldák G. A kinetic coupling between protein unfolding and aggregation controls time-dependent solubility of the human myeloma antibody light chain. Protein Sci. 2020 Dec;29(12):2408-2421. doi: 10.1002/pro.3968. 4. Nemergut M, Pluskal D, Horackova J, Sustrova T, Tulis J, Barta T, Baatallah R, Gagnot G, Novakova V, Majerova M, Sedlackova K, Marques SM, Toul M, Damborsky J, Prokop Z, Bednar D, Janin YL, Marek M. Illuminating the mechanism and allosteric behavior of NanoLuc luciferase. Nat Commun. 2023 Nov 29;14(1):7864. doi: 10.1038/s41467-023-43403-y.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Nové supravodiče na báze vysokoentropických zliatin
Vysoko-entropické zliatiny (VEZ) predstavujú relatívne novú triedu materiálov, ktorá je poslednom období predmetom značného záujmu v oblasti základného ako aj aplikovaného výskumu. Tieto zliatiny pozostávajú z niekoľkých konštitučných prvkov (4 - 6), pričom jednotlivé prvky obsadzujú mriežkové pozície s vysokým stupňom vzájomného neusporiadania, t.j. s vysokou konfiguračnou entropiou. Supravodivosť VEZ, s prechodovou teplotou Tc do cca. 10 K a kritickým magnetickým poľom do cca. 20 T, je veľmi stabilná a odolná voči rôznym chemickým ako aj mechanickým vplyvom. Témou navrhovanej dizertačnej práce bude príprava a výskum vlastností nových supravodičov na báze VEZ. Tieto budú zahrňovať VEZ, do ktorých budú inkorporované ľahké prvky, napr. dusík, uhlík alebo vodík, čo povedie k zmenám ich supravodivých vlastností. Navyše bude skúmaný aj vplyv tlaku a hrúbky tenkých filmov VEZ na ich supravodivé parametre. Študent bude pod vedením školiteľa participovať na príprave a charakterizácii vzoriek, experimentálnom výskume, analýze dát a prezentácii dosiahnutých výsledkov.
Cieľom navrhovanej dizertačnej práce bude príprava a výskum vlastností nových supravodičov na báze vysoko-entropických zliatin.
1. G. Pristáš, G.C. Gruber, M. Orendáč, J. Bačkai, J. Kačmarčík, F. Košuth, S. Gabáni, P. Szabó, Ch. Mitterer, K. Flachbart: Multiple transition temperature enhancement in superconducting TiNbMoTaW high entropy alloy films through tailored N incorporation, Acta Materialia 262 (2024) 119428. 2. G. Pristáš, J. Bačkai, Mat. Orendáč, S. Gabáni, F. Košuth, M. Kuzmiak, P. Szabó, E. Gažo, R. Franz, S. Hirn, G. C. Gruber, Ch. Mitterer, S. Vorobiov, K. Flachbart: Superconductivity in medium- and high-entropy alloy thin films: Impact of thickness and external pressure, Physical Review B 107 (2023) 024505.
progresívne materiály (PMdAj)
Nové hybridné 2D magnety na báze vrstevnatých podvojných hydroxidov
Vrstvené podvojné hydroxidy (LDH) sú prírodné dvojrozmerné materiály s jedinečnou flexibilitou chemického zloženia. LDH sa skladajú zo zmiešaných vrstiev kovov M2+-M3+, v ktorých sú katióny kovov obklopené hranami spojenými hydroxidovými oktaédrami. Kladný náboj kovových vrstiev je kompenzovaný aniónmi interkalovanými medzi nimi. Viac ako jeden typ aniónov môže byť interkalovaný a vymenený s inými aniónovými druhmi, ktoré sa líšia svojím zložením, veľkosťou a nábojom. LDH so zložením M2+= Co, Ni a/alebo M3+= Fe, Cr, Mn vykazujú magnetické usporiadanie pri nízkych teplotách. Magnetické vlastnosti týchto LDH závisia od obsahu a pomeru katiónov, ako aj od medzivrstvovej vzdialenosti. Okrem toho sú tieto vlastnosti závislé od morfológie a možno ich vyladiť prostredníctvom riadenej syntézy a tvorby usporiadaných vrstiev kryštalitov. Tieto vlastnosti robia magnetické LDH veľmi atraktívnymi pre experimentálne modelovanie efektov v dvojrozmerných magnetických systémoch vrátane kvantových magnetov. Okrem toho sa dajú použiť na vývoj hybridných magnetov a príbuzných materiálov na praktické použitie. Hlavným cieľom tohto doktorandskej práce je príprava a štúdium kryštálovej štruktúry, morfológie a magnetického správania nových magnetických LDH interkalovaných funkčnými druhmi, ako sú molekulárne magnety. Počas doktorandského štúdia uchádzač osvojí tieto praktické zručnosti: príprava LDH pomocou koprecipitácie, hydrotermálnej syntézy, výmeny aniónov, ako aj obsluha röntgenového práškového difraktometra vrátane merania in-situ v neambientných podmienkach, odber vzoriek a obsluha skenovacieho a transmisného elektrónového mikroskopu, obsluha SQUID magnetometrov.
Hlavným cieľom tohto doktorandskej práce je príprava a štúdium kryštálovej štruktúry, morfológie a magnetického správania nových magnetických LDH interkalovaných funkčnými druhmi, ako sú molekulárne magnety.
Aktuálna časopisecká literatúra.
progresívne materiály (PMdAj)
Optická emisná a elektrónová spektroskopia reaktívneho naprašovania a multikomponentných keramických povlakov
Moderné keramické povlaky pre ochranné vrstvy pre ultravysokými teplotami sú obvykle zložené z prvkov ťažkých kovov s vysokou teplotou (Zr, Hf, Ru, W..) silne naviazaných na ľahké prvky (bór, dusík, kyslík, uhlík s vodíkom), korých analýza je klasickými kvantitatívnymi analýzami často problematická. Na súčasnú kvantifikáciu ľahkých a ťažkých prvkov v takýchto povlakoch je obvykle potrebná kombinácia viacerých metód. Na kontrolu chemického zloženia povlaku je však potrebná aj charakterizácia plazmy, z ktorej sú povlaky nanášané. To znamená, že na určenie vzťahov medzi zložením, štruktúrou a vlastnosťami povlakov sú potrebné in situ metódy charakterizácie plazmy aj následné ex-situ metódy na povlakoch. Téma práce je zameraná na obe oblasti - in-situ optickú emisnú spectroskopiou plazmy a následnú optickú emisnú spectroskopiu v tlejivom výboji (GDOES), Ramanovskú spektroskopiu ako aj vlnovo-disperznú (WDS) a energiovo-disperznú (EDS) spektroskopiou (prípadne aj RTG fotoelektrónovou spektroskopiou (XPS) and hmotnostnou spektroskopiou sekundárnych iónov (SIMS)) na kvantifikáciu chemického zloženia povlakov na báze karbidov a boridov s cieľom určenia vzťahov medzi zložením plazmy a štruktúrou a vlastnosťami povlakov. Merania plazmy budú realizované na existujúcich iPVD zariadeniach pomocou OES systému (Avantes, Holandsko) and Ramanovského mikroskopu (XploRa, Horiba, France), GDOES (GD2, Horiba, France) ako aj na EDS and WDS (Oxford, UK) na rastovacích elektrónových mikroskopoch. Rozšírenie skúmaných metód o XPS a SIMS bude závisieť od dodávky nových zariadení.
Výskum vzťahov medzi charakteristikami plazmy a chemickým zložením, príp. ešte štruktúrou a vlastnosťami viackomponentných keramických povlakov pomocou in-situ optickej emisnej spectroskopioe plazmy a následnej ex-situ optickej emisnej spectroskopie v tlejivom výboji (GDOES), Ramanovskej spektroskopie ako aj vlnovo-disperznej (WDS) a energiovo-disperznej (EDS) spektroskopie
1. D.M. Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) processing, Mattox D.M., Noyes Publ., New Jersey, 1998. 2. N. Britun, T. Minea, S. Konstantinidis, R. Snyders, Plasma diagnostics for understanding the plasma-surface interactions in HIPIMS discharges” a review, J. Phys. D: Appl. Phys., 47 (2014) 224001. doi: 10.1088/0022-3727/47/22/224001 3. F. Lofaj, M. Kabátová, J. Dobrovodský, G. Cempura, Hydrogenation and hybridization in hard W-C:H coatings prepared by hybrid PVD-PECVD method with methane and acetylene, Int. J. Ref. Met. Hard Mat., 88 (2020), 105211. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105211
progresívne materiály (PMd)
Optická emisná a elektrónová spektroskopia reaktívneho naprašovania a multikomponentných keramických povlakov
Moderné keramické povlaky pre ochranné vrstvy pre ultravysokými teplotami sú obvykle zložené z prvkov ťažkých kovov s vysokou teplotou (Zr, Hf, Ru, W..) silne naviazaných na ľahké prvky (bór, dusík, kyslík, uhlík s vodíkom), korých analýza je klasickými kvantitatívnymi analýzami často problematická. Na súčasnú kvantifikáciu ľahkých a ťažkých prvkov v takýchto povlakoch je obvykle potrebná kombinácia viacerých metód. Na kontrolu chemického zloženia povlaku je však potrebná aj charakterizácia plazmy, z ktorej sú povlaky nanášané. To znamená, že na určenie vzťahov medzi zložením, štruktúrou a vlastnosťami povlakov sú potrebné in situ metódy charakterizácie plazmy aj následné ex-situ metódy na povlakoch. Téma práce je zameraná na obe oblasti - in-situ optickú emisnú spectroskopiou plazmy a následnú optickú emisnú spectroskopiu v tlejivom výboji (GDOES), Ramanovskú spektroskopiu ako aj vlnovo-disperznú (WDS) a energiovo-disperznú (EDS) spektroskopiou (prípadne aj RTG fotoelektrónovou spektroskopiou (XPS) and hmotnostnou spektroskopiou sekundárnych iónov (SIMS)) na kvantifikáciu chemického zloženia povlakov na báze karbidov a boridov s cieľom určenia vzťahov medzi zložením plazmy a štruktúrou a vlastnosťami povlakov. Merania plazmy budú realizované na existujúcich iPVD zariadeniach pomocou OES systému (Avantes, Holandsko) and Ramanovského mikroskopu (XploRa, Horiba, France), GDOES (GD2, Horiba, France) ako aj na EDS and WDS (Oxford, UK) na rastovacích elektrónových mikroskopoch. Rozšírenie skúmaných metód o XPS a SIMS bude závisieť od dodávky nových zariadení.
Výskum vzťahov medzi charakteristikami plazmy a chemickým zložením, príp. ešte štruktúrou a vlastnosťami viackomponentných keramických povlakov pomocou in-situ optickej emisnej spectroskopioe plazmy a následnej ex-situ optickej emisnej spectroskopie v tlejivom výboji (GDOES), Ramanovskej spektroskopie ako aj vlnovo-disperznej (WDS) a energiovo-disperznej (EDS) spektroskopie
1. D.M. Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) processing, Mattox D.M., Noyes Publ., New Jersey, 1998. 2. N. Britun, T. Minea, S. Konstantinidis, R. Snyders, Plasma diagnostics for understanding the plasma-surface interactions in HIPIMS discharges” a review, J. Phys. D: Appl. Phys., 47 (2014) 224001. doi: 10.1088/0022-3727/47/22/224001 3. F. Lofaj, M. Kabátová, J. Dobrovodský, G. Cempura, Hydrogenation and hybridization in hard W-C:H coatings prepared by hybrid PVD-PECVD method with methane and acetylene, Int. J. Ref. Met. Hard Mat., 88 (2020), 105211. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105211
biofyzika (BFd)
Paradigma amyloidnej agregácie: od patologických štruktúr k funkčným bionanomateriálom
Amyloidné agregáty predstavujú triedu vysoko usporiadaných štruktúr, tvorených mnohými prírodnými, ale aj umelo navrhnutými peptidmi a proteínmi. Tradične sú amyloidné štruktúry spájané s neurodegeneratívnymi a ďalšími ochoreniami, vrátane Alzheimerovej, Parkinsonovej, či Huntingtonovej choroby a spongiformných encefalopatií. Na druhej strane mnohé živé organizmy využívajú rôzne amyloidné proteíny ako funkčné stavebné bloky na zabezpečenie ich základných fyziologických funkcií. Táto skutočnosť, spolu s prirodzenou schopnosťou samousporiadania a vynikajúcimi materiálovými vlastnosťami amyloidných štruktúr, podnietila významný výskum v oblasti syntetického dizajnu funkčných amyloidov na vytvorenie rôznorodej nanoarchitektúry, molekulárnych materiálov a hybridných alebo kompozitných materiálov. V rámci doktorandského štúdia sa bude detailne skúmať úloha oxidačného stresu a apoptózy v amyloidnej agregácii, t.j. štúdium štrukturálnych a funkčných dôsledkov interakcie proteínových/proteínových amyloidových štruktúr s rôznymi typmi látok, vrátane multifunkčných kompozitov. Druhým cieľom bude príprava multifunkčných biokonjugátov na báze funkčných amyloidných proteínov, ktoré je možné využiť na viazanie a uvoľňovanie biologicky aktívnych činidiel, vytváranie viacnásobných proteínových usporiadaní pre efektívne enzymatické kaskády alebo aj ako perspektívne nosiče pre cielené dodávanie liečiv s kontrolovaným uvoľňovaním.
1.Tvorba a štúdium amyloidných agregátov proteínov. Ia – tvorba patologických amyloidných štruktúr Ib – príprava funkčných amyloidných štruktúr 2.Úloha oxidačného stresu v procese amyloidogenézy. 3.Príprava biokonjugátov/multikompozitov na báze amyloidných proteínov IIIa - Príprava a charakterizácia nemodifikovaných proteínových fibríl IIIb - DNA-funkcionalizácia fibríl IIIc - Štúdium samo-usporiadania konjugátov DNA-proteín a DNA-riadené samo-usporiadanie hybridných fibríl použitím viacerých biofyzikálnych a biochemických techník
Naleway, S.E., Porter, M.M., McKittrick, J., Meyers, M.A. (2015) Advanced Materials 27, 5455-5476 Knowles, T.P.J., Buehler, M.J. (2011) Nature Nanotechnology 6, 469-479 Das, A., Shah, M., and Saraogi, I. (2022). ACS Bio Med. Chem. Au 0, 205–221 Humenik, M., Scheibel, T. (2014) ACS Nano 8, 1342-1349 Humenik, M., Preiß, T., Gödrich, S, et al. (2020) Materials Today Bio, 6, 100045
progresívne materiály (PMdAj)
PEM elektrolyzér s novými katalyzátormi pre vývoj vodíka
Elektrolyzéry s protónovou výmennou membránou (PEM), využívajúce iba obnoviteľnú energiu a vodu sú perspektívnym nástrojom pre produkciu zeleného vodíka. Proces výroby nazývame elektrolýza a zahŕňa dve pol reakcie rozkladu vody: redukciu vodíka a oxidáciu kyslíka. PEM elektrolyzér dokáže rýchlo reagovať na výkyvy typické pre výrobu energie z obnoviteľných zdrojov, vďaka čomu je táto technológia ideálna na vyrovnanie siete a energetických deficitov. Nato, aby sa PEM elektrolýza vody stala konurecieschopnou a produkovala vodíka ako palivo budúcnosti, je nevyhnutné zlacniť jej jednotlivé komponenty. Katalyzátory v PEM elektrolýze reprezentujú platinové kovy, ktoré predstavujú obmedzenie z hľadiska ceny a množstva. Preto bude dizertačná práca zameraná na prípravu lacných elektrokatalyzátorov na báze chalkogenidov a fosfidov, priamo umiestniteľných do PEM elektrolyzérov. Sledovaná bude účinnosť a efektivita novo zostavených PEM ciel.
Príprava PEM cely s elektrokatalyzátormi na báze chalkogenidov a fospfidov pre efektívnu produkciu vodíka ako paliva budúcnosti.
Strecková M. et al, Nanoarchitectonics of binary transition metal phosphides embedded in carbon fibers as a bifunctional electrocatalysts for electrolytic water splitting, Journal of Alloys and CompoundsVolume 92325 November 2022 Durovic M. et al, Efficient cathode for the hydrogen evolution reaction in alkaline membrane water electrolysis based on NiCoP embedded in carbon fibres, Journal of Power Sources, Volume 5561 February 2023
progresívne materiály (PMd)
PEM elektrolyzér s novými katalyzátormi pre vývoj vodíka
Elektrolyzéry s protónovou výmennou membránou (PEM), využívajúce iba obnoviteľnú energiu a vodu sú perspektívnym nástrojom pre produkciu zeleného vodíka. Proces výroby nazývame elektrolýza a zahŕňa dve pol reakcie rozkladu vody: redukciu vodíka a oxidáciu kyslíka. PEM elektrolyzér dokáže rýchlo reagovať na výkyvy typické pre výrobu energie z obnoviteľných zdrojov, vďaka čomu je táto technológia ideálna na vyrovnanie siete a energetických deficitov. Nato, aby sa PEM elektrolýza vody stala konurecieschopnou a produkovala vodíka ako palivo budúcnosti, je nevyhnutné zlacniť jej jednotlivé komponenty. Katalyzátory v PEM elektrolýze reprezentujú platinové kovy, ktoré predstavujú obmedzenie z hľadiska ceny a množstva. Preto bude dizertačná práca zameraná na prípravu lacných elektrokatalyzátorov na báze chalkogenidov a fosfidov, priamo umiestniteľných do PEM elektrolyzérov. Sledovaná bude účinnosť a efektivita novo zostavených PEM ciel.
Príprava PEM cely s elektrokatalyzátormi na báze chalkogenidov a fospfidov pre efektívnu produkciu vodíka ako paliva budúcnosti.
Strecková M. et al, Nanoarchitectonics of binary transition metal phosphides embedded in carbon fibers as a bifunctional electrocatalysts for electrolytic water splitting, Journal of Alloys and CompoundsVolume 92325 November 2022 Durovic M. et al, Efficient cathode for the hydrogen evolution reaction in alkaline membrane water electrolysis based on NiCoP embedded in carbon fibres, Journal of Power Sources, Volume 5561 February 2023
biofyzika (BFd)
Porovnanie bunkových odpovedí na vonkajšie podnety v 2D a 3D modeli neurodegeneratívnych ochorení.
Etiológia väčšiny neurodegeneračných ochorení nie je jednoznačná, no ukázalo sa, že interakcie medzi genetickými a environmentálnymi faktormi, životným štýlom a stravovacími faktormi zohrávajú úlohu pri Parkinsonovej (PD) alebo Alzheimerovej (AD) chorobe a ALS (amyotrofická laterálna skleróza. Dlhodobé vystavenie nízkym dávkam kovov, pesticídom, rozpúšťadlám a petrochemickým látkam bolo indikované ako rizikové faktory životného prostredia pri PD, AD a ALS. PD bola pozitívne spojená s dvoma skupinami pesticídov, vrátane rotenónu (ROT) a paraquatu (PAR, ktoré zhoršujú mitochondriálnu funkciu a zvyšujú oxidačný stres, čo ďalej podporuje úlohu týchto mechanizmov v patofyziológii PD. ROT navodené PD modely in vitro a in vivo vykazujú klinické patologické znaky PD, ako je strata dopaminergných buniek, zvýšený oxidatívny stres a agregáty alfa-synukleínu (aSN) (Lewyho telieska). Štúdia sa zameria na porovnanie odpovedí buniek na oxidačný stres, signalizáciu Ca2+ a zmeny aSN v 2D a 3D bunkových štruktúrach. Výskum bude využívať interdisciplinárny prístup využívajúci fluorescenčnú mikroskopiu, AFM, biochémiu, spektroskopiu a molekulárnu biológiu.
Určenie rozdielov medzi 2D a 3D modelom PD v odpovedi buniek na stresové signály.
1. Baltazar et al. (2014) Toxicology Letters 230 85– 2. Tanner et al. (2011) Environmental Health Perspectives 119 (6) 3. Johnson & Bobrovskaya (2015) NeuroToxicology 46 (2015) 101–116 4. Henderson, T.A. and L.D. Morries, Neuropsych. Dis. and Treat. (2015) 11: p. 2191-2208 5. Johnstone, D.M. et al. (2016) Frontiers in Neuroscience, 9. 6. Tang, X., et al. (2014) Front Physiol, 5: p. 175. 7. Yang et al (2018) Experimental Neurology 299 86–96. 8. Stroffekova, K; Kolesarova, S and Tomkova, S (2021 EUR. BIOPHYS. J. WITH BIOPHYS. LETT. 50 (SUPPL 1)
progresívne materiály (PMd)
Povrchové deformácie magnetických doménových stien v tenkých drôtoch
Valcová topografia feromagnetických vzoriek je jedným z faktorov, ktoré umožňujú veľké rýchlosti doménových stien. V našej práci sa zameriame na pozorovania povrchového tvaru doménových stien v tenkých valcoch pri malých rýchlostiach. Bude využívaná novovybudovaná metodika na báze Magneto-optického Kerrovho javu (MOKE), ktorá sa rozšíri o možnosť pozorovania viacerých doménových stien naraz. Študent bude participovať na návrhu a dizajne budiacich cievok a simulácie magnetických polí. Následne sa vykonajú pozorovania povrchového tvaru a deformácií doménovej steny v drôtoch s rôznymi hodnotami magnetických anizotropií.
Cieľom tejto práce je vykonanie magnetooptickýc pozorovaní na drôtoch s nerovinnou topografiou.
1. HUBERT, Alex; SCHÄFER, Rudolf. Magnetic domains: the analysis of magnetic microstructures. Springer Science & Business Media, 2008. 2. HAJKO ,Vladimír; POTOCKÝ, Ladislav; ZENTKO, Anton. Magnetizačné procesy. Bratislava : Alfa, 1982. 3. VIŠŇOVSKÝ, Štefan. Optics in magnetic multilayers and nanostructures. Crc Press, 2018. 4. CHEN, C. W. Magnetism and metallurgy of soft magnetic materials Dover Pub. Inc., New York, 1986.
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Príprava a charakterizácia van der Waalsových heteroštruktúr s novými kvantovými vlastnosťami
Van der Waalsove heteroštruktúry umožňujú kombináciu materiálov, ktoré za normálnych okolností neinteragujú. Sú tvorené dvojrozmernými vrstvami rôznych materiálov, ktoré držia pohromade slabé van der Waalsove sily, čo umožňuje vytvorenie jedinečných štruktúr s jedinečnými vlastnosťami. To otvára celý rad možností na skúmanie nových kvantových javov a dizajnu nových kvantových zariadení. Zameriame sa na prípravu heteroštruktúr zložených zo supravodivých a topologicky netriviálnych vrstiev našou novou metodikou, ktorá umožňuje zostavenie a cielené polohovanie van der Waalsových heteroštruktúr v inertnej atmosfére. Následne premiestnime heteroštruktúry do nášho systému s ultravysokým vákuom bez toho, aby boli vystavené vzduchu. Budeme skúmať ich elektronické vlastnosti pomocou nášho unikátneho nízkoteplotného skenovacieho tunelového mikroskopu.
Zameriame sa na prípravu heteroštruktúr zložených zo supravodivých a topologicky netriviálnych vrstiev našou novou metodikou, ktorá umožňuje zostavenie a cielené polohovanie van der Waalsových heteroštruktúr v inertnej atmosfére. Následne premiestnime heteroštruktúry do nášho systému s ultravysokým vákuom bez toho, aby boli vystavené vzduchu. Budeme skúmať ich elektronické vlastnosti pomocou nášho unikátneho nízkoteplotného skenovacieho tunelového mikroskopu.
Lupke, F. et al. Proximity-induced superconducting gap in the quantum spin Hall edge state of monolayer WTe2. Nat. Phys. 16, 526–530 (2020) Fu, L. & Kane, C. L. Superconducting proximity effect and Majorana fermions at the surface of a topological insulator. Phys. Rev. Lett. 100, 096407 (2008). Kezilebieke, S. et al. Topological superconductivity in a van der waals heterostructure. Nature 588, 424–428 (2020).
biofyzika (BFdAj)
Príprava a realizácia experimentu na zobrazovanie tokov a/alebo internej dynamiky individuálnych biologických častíc - návrh multiprojekčného experimentu a rekonštrukcia 4D informácie (v spolupráci s XFEL, Hamburg, Nemecko)
Zobrazovanie individuálnych biologických častíc s vysokým časovým aj priestorovým rozlíšením je atraktívna téma pre viaceré zobrazovacie modality. Pre zobrazovanie v tvrdej röntgenovskej oblasti je limitom veľkosť a časový priebeh fotónového rozpocčtu, resp. kvalita zobrazovacej sústavy, kľúčovou výhodou je ale schopnosť zobrazovať ľubovoľné materiály a prostredia. Vysoká opakovacia frekvencia moderných free-elektrón laserov či synchrotrónov spolu s dostatočným fotónovým rozpočtom umožňuje v princípe rekonštruovať 4D dynamiku opticky nepriehľadných objektov s mimoriadnym potenciálom - vedeckým, ale aj aplikačným. V našich experimentoch na EuXFEL, ale aj na synchrotrónových zdrojoch 3. Generácie, sa nám podarilo ukázať technickú realizovateľnosť takéhoto 4D multiprojekčného zobrazovania so submikrometrovým rozlíšením a megahertzovými vzorkovacími frekvenciami. Téma je súcčastťou dlhodobejšieho projektu multiprojekčnej X-ray MHz mikroskopie budovanej na EuXFEL medzinárodným konzorciom, s viaczdrojovým financovaním, o.i. z prestížneho EIC projektu EÚ Horizon Europe. Dlhodobejším zámerom je využitť skúsenosti konzorcia z konštrukcie prototypu multiprojekčnej X-ray mikroskopie na špecifický dizajn aparatúry na zobrazovanie biologických častíc v toku a demonštráciu jej uskutočniteľnosti v pilotných meraniach. Okrem biologických častíc sa ráta aj s využitím mikroskopických kalibracčných častíc navrhnutých teoreticky a vytlacčených 3D tlacčiarnňami v partnerských insštitúciách. Ťažiskovou náplňou témy PhD je generovanie syntetických dát technikami multiškálovej dynamiky, numerická simulácia zobrazovacieho experimentu a vyuzžitie techník strojového učenia na rozoznávanie užitočných obrazcov správania a akceleráciu interpretácie projekcií vo vysokopriepustných experimentoch. Motiváciou prístupu je prechod od priamych zobrazovacích techník k bezšošovkovým zobrazovaniam, kde 4D rekonštrukcia vyžaduje návrh/modifikáciu existujúcich rekonštrukčných algoritmov na riešenie inverzného problému. Zobrazovanie generuje rekordné dátové toky z detektorov v reálnom čase, čo vyžaduje nové prístupy.
Cieľom témy PhD je generovanie syntetických dát technikami multiškálovej dynamiky, numerická simulácia zobrazovacieho experimentu a vytvorenie postupov techník strojového učenia na rozoznávanie užitočných obrazcov správania a akceleráciu interpretácie projekcií vo vysokopriepustných experimentoch. Špecifikou prístupu je prechod od priamych zobrazovacích techník k bezšošovkovým zobrazovaniam, kde 4D rekonštrukcia vyžaduje návrh/modifikáciu existujúcich rekonštrukčných algoritmov na riešenie inverzného problému.
1. Vagovič, P., Sato, T., Mikeš, L., Mills, G., Graceffa, R., Mattsson, F., Villanueva-Perez, P., Ershov, A., Faragó, T., Uličný, J., et al. (2019). Megahertz x-ray microscopy at x-ray free-electron laser and synchrotron sources. Optica, OPTICA 6, 1106–1109. 2. Perepelytsya, S., Uličný, J., Laaksonen, A., and Mocci, F. (2019). Pattern preferences of DNA nucleotide motifs by polyamines putrescine2+, spermidine3+ and spermine4+. Nucleic Acids Res 47, 6084–6097. 3. Rebič, M., Mocci, F., Laaksonen, A., and Uličný, J. (2015). Multiscale simulations of human telo-meric G-quadruplex DNA. J Phys Chem B 119, 105–113. 4. Hrivňak, S., Hovan, A., Uličný, J., and Vagovič, P. (2018). Phase retrieval for arbitrary Fresnel-like linear shift-invariant imaging systems suitable for tomography. Biomed Opt Express 9, 4390–4400., 5. Hrivňak, S., Uličný, J., Mikeš, L., Cecilia, A., Hamann, E., Baumbach, T., Švéda, L., Zápražný, Z., Korytár, D., Gimenez-Navarro, E., et al. (2016). Single-distance phase retrieval algorithm for Bragg Magnifier microscope. Opt Express 24, 27753–27762. 6. Buakor, K.; Zhang, Y.; Birnšteinová, Š.; Bellucci, V.; Sato, T.; Kirkwood, H.; Mancuso, A. P.; Vagovic, P.; Villanueva-Perez, P. Shot-to-Shot Flat-Field Correction at X-Ray Free-Electron Lasers. Opt. Express 2022, 30 (7), 10633. 7. Han, H.; Round, E.; Schubert, R.; Gül, Y.; Makroczyová, J.; Meza, D.; Heuser, P.; Aepfel-bacher, M.; Barák, I.; Betzel, C.; Fromme, P.; Kursula, I.; Nissen, P.; Tereschenko, E.; Schulz, J.; Uetrecht, C.; Ulicný, J.; Wilmanns, M.; Hajdu, J.; Lamzin, V. S.; Lorenzen, K. The XBI BioLab for Life Science Experiments at the European XFEL. J Appl Crystallogr 2021, 54 (1), 7–21. 8. Project: 101046448 — MHz-TOMOSCOPY — HORIZON-EIC-2021- PATHFINDEROPEN-01 , https://www.tomoscop
progresívne materiály (PMdAj)
Príprava a štúdium magneticky mäkkých kompozitov s feritom ako izolačnou zložkou
Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických kompozitných materiálov pozostávajúcich z častíc na báze Fe povlakovaných feritom. Pre svoje jedinečné vlastnosti sa magneticky mäkké kompozitné materiály v posledných rokoch uplatňujú napríklad v elektromotoroch a výkonovej elektronike. Potenciálnou výhodou použitia magneticky mäkkých feritov ako izolačnej vrstvy oproti iným typov izolantov je ich ferimagnetické správanie zlepšujúce magnetickú interakciu medzi feromagnetickými časticami prášku v pripravenom kompozite. Kompozitné materiály budú pripravované lisovaním za rôznych fyzikálnych podmienok. Na pripravených materiáloch budú študované hysterézne slučky a ich straty, elektrický odpor a spektrum komplexnej permeability. Cieľom je optimalizácia prípravy kompozitného materiálu (zloženie, metóda prípravy hybridného práškového materiálu, parametre lisovania, parametre tepelného spracovania) vykazujúceho vlastnosti požadované od magneticky mäkkých materiálov pri premagnetovaní v stredofrekvenčnej oblasti.
Študovať fyzikálne vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov, ich prípravu a tepelné spracovanie. Oboznámiť sa s metódami merania magnetických vlastností. Príprava kompozitných materiálov pozostávajúcich z častíc na báze Fe s feritom ako elektricky nevodivým spojivom. Zavedenie metódy na prípravu ferro/ferit hybridného kompozitu a optimalizácia procesu prípravy magneticky mäkkých kompozitov s požadovanými vlastnosťami v študovanom frekvenčnom intervale.
1. R. M. Bozorth, Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993. 2. S. Chikazumi, Physics of Ferromagnetism, Oxford University press, 1997. 3. vedecké publikácie na tému magneticky mäkkých kompozitov
progresívne materiály (PMdAj)
Príprava kompaktovaných a kompozitných magneticky mäkkých materiálov pre nízkofrekvenčné aplikácie
Práca je orientovaná na skúmanie vplyvu technologických postupov a dielektrika na prípravu kompaktovaných a kompozitných materiálov na ich magnetické vlastnosti pri premagnetovaní v striedavých magnetických poliach v oblasti nízkych frekvencií v širokom rozsahu maximálnych magnetických indukcií. Feromagnetickú bázu majú tvoriť feromagnetiká na báze železa a niklu a izolačné spojivo anorganické materiály. Cieľom je aj porovnať magnetické vlastnosti pripravených materiálov s konvenčnými používanými za podobných fyzikálnych podmienok.
1. R. M. Bozorth Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993 2. H. Shokrollahi, K. Janghorban J. Mater. Proc. Technol. 189 (2007) 1 3. E. A. Périgo, B. Weidenfeller, P. Kollár, J. Füzer, Applied Physics Reviews 5, 031301 (2018);
progresívne materiály (PMd)
Príprava a štúdium magneticky mäkkých kompozitov s feritom ako izolačnou zložkou
Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických kompozitných materiálov pozostávajúcich z častíc na báze Fe povlakovaných feritom. Pre svoje jedinečné vlastnosti sa magneticky mäkké kompozitné materiály v posledných rokoch uplatňujú napríklad v elektromotoroch a výkonovej elektronike. Potenciálnou výhodou použitia magneticky mäkkých feritov ako izolačnej vrstvy oproti iným typov izolantov je ich ferimagnetické správanie zlepšujúce magnetickú interakciu medzi feromagnetickými časticami prášku v pripravenom kompozite. Kompozitné materiály budú pripravované lisovaním za rôznych fyzikálnych podmienok. Na pripravených materiáloch budú študované hysterézne slučky a ich straty, elektrický odpor a spektrum komplexnej permeability. Cieľom je optimalizácia prípravy kompozitného materiálu (zloženie, metóda prípravy hybridného práškového materiálu, parametre lisovania, parametre tepelného spracovania) vykazujúceho vlastnosti požadované od magneticky mäkkých materiálov pri premagnetovaní v stredofrekvenčnej oblasti.
Študovať fyzikálne vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov, ich prípravu a tepelné spracovanie. Oboznámiť sa s metódami merania magnetických vlastností. Príprava kompozitných materiálov pozostávajúcich z častíc na báze Fe s feritom ako elektricky nevodivým spojivom. Zavedenie metódy na prípravu ferro/ferit hybridného kompozitu a optimalizácia procesu prípravy magneticky mäkkých kompozitov s požadovanými vlastnosťami v študovanom frekvenčnom intervale.
1. R. M. Bozorth, Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993. 2. S. Chikazumi, Physics of Ferromagnetism, Oxford University press, 1997. 3. vedecké publikácie na tému magneticky mäkkých kompozitov
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Príprava a charakterizácia van der Waalsových heteroštruktúr s novými kvantovými vlastnosťami
Van der Waalsove heteroštruktúry umožňujú kombináciu materiálov, ktoré za normálnych okolností neinteragujú. Sú tvorené dvojrozmernými vrstvami rôznych materiálov, ktoré držia pohromade slabé van der Waalsove sily, čo umožňuje vytvorenie jedinečných štruktúr s jedinečnými vlastnosťami. To otvára celý rad možností na skúmanie nových kvantových javov a dizajnu nových kvantových zariadení. Zameriame sa na prípravu heteroštruktúr zložených zo supravodivých a topologicky netriviálnych vrstiev našou novou metodikou, ktorá umožňuje zostavenie a cielené polohovanie van der Waalsových heteroštruktúr v inertnej atmosfére. Následne premiestnime heteroštruktúry do nášho systému s ultravysokým vákuom bez toho, aby boli vystavené vzduchu. Budeme skúmať ich elektronické vlastnosti pomocou nášho unikátneho nízkoteplotného skenovacieho tunelového mikroskopu.
Zameriame sa na prípravu heteroštruktúr zložených zo supravodivých a topologicky netriviálnych vrstiev našou novou metodikou, ktorá umožňuje zostavenie a cielené polohovanie van der Waalsových heteroštruktúr v inertnej atmosfére. Následne premiestnime heteroštruktúry do nášho systému s ultravysokým vákuom bez toho, aby boli vystavené vzduchu. Budeme skúmať ich elektronické vlastnosti pomocou nášho unikátneho nízkoteplotného skenovacieho tunelového mikroskopu.
Lupke, F. et al. Proximity-induced superconducting gap in the quantum spin Hall edge state of monolayer WTe2. Nat. Phys. 16, 526–530 (2020) Fu, L. & Kane, C. L. Superconducting proximity effect and Majorana fermions at the surface of a topological insulator. Phys. Rev. Lett. 100, 096407 (2008). Kezilebieke, S. et al. Topological superconductivity in a van der waals heterostructure. Nature 588, 424–428 (2020).
biofyzika (BFd)
Príprava a realizácia experimentu na zobrazovanie tokov a/alebo internej dynamiky individuálnych biologických častíc - návrh multiprojekčného experimentu a rekonštrukcia 4D informácie (v spolupráci s XFEL, Hamburg, Nemecko)
Zobrazovanie individuálnych biologických častíc s vysokým časovým aj priestorovým rozlíšením je atraktívna téma pre viaceré zobrazovacie modality. Pre zobrazovanie v tvrdej röntgenovskej oblasti je limitom veľkosť a časový priebeh fotónového rozpocčtu, resp. kvalita zobrazovacej sústavy, kľúčovou výhodou je ale schopnosť zobrazovať ľubovoľné materiály a prostredia. Vysoká opakovacia frekvencia moderných free-elektrón laserov či synchrotrónov spolu s dostatočným fotónovým rozpočtom umožňuje v princípe rekonštruovať 4D dynamiku opticky nepriehľadných objektov s mimoriadnym potenciálom - vedeckým, ale aj aplikačným. V našich experimentoch na EuXFEL, ale aj na synchrotrónových zdrojoch 3. Generácie, sa nám podarilo ukázať technickú realizovateľnosť takéhoto 4D multiprojekčného zobrazovania so submikrometrovým rozlíšením a megahertzovými vzorkovacími frekvenciami. Téma je súcčastťou dlhodobejšieho projektu multiprojekčnej X-ray MHz mikroskopie budovanej na EuXFEL medzinárodným konzorciom, s viaczdrojovým financovaním, o.i. z prestížneho EIC projektu EÚ Horizon Europe. Dlhodobejším zámerom je využitť skúsenosti konzorcia z konštrukcie prototypu multiprojekčnej X-ray mikroskopie na špecifický dizajn aparatúry na zobrazovanie biologických častíc v toku a demonštráciu jej uskutočniteľnosti v pilotných meraniach. Okrem biologických častíc sa ráta aj s využitím mikroskopických kalibracčných častíc navrhnutých teoreticky a vytlacčených 3D tlacčiarnňami v partnerských insštitúciách. Ťažiskovou náplňou témy PhD je generovanie syntetických dát technikami multiškálovej dynamiky, numerická simulácia zobrazovacieho experimentu a vyuzžitie techník strojového učenia na rozoznávanie užitočných obrazcov správania a akceleráciu interpretácie projekcií vo vysokopriepustných experimentoch. Motiváciou prístupu je prechod od priamych zobrazovacích techník k bezšošovkovým zobrazovaniam, kde 4D rekonštrukcia vyžaduje návrh/modifikáciu existujúcich rekonštrukčných algoritmov na riešenie inverzného problému. Zobrazovanie generuje rekordné dátové toky z detektorov v reálnom čase, čo vyžaduje nové prístupy.
Cieľom témy PhD je generovanie syntetických dát technikami multiškálovej dynamiky, numerická simulácia zobrazovacieho experimentu a vytvorenie postupov techník strojového učenia na rozoznávanie užitočných obrazcov správania a akceleráciu interpretácie projekcií vo vysokopriepustných experimentoch. Špecifikou prístupu je prechod od priamych zobrazovacích techník k bezšošovkovým zobrazovaniam, kde 4D rekonštrukcia vyžaduje návrh/modifikáciu existujúcich rekonštrukčných algoritmov na riešenie inverzného problému.
1. Vagovič, P., Sato, T., Mikeš, L., Mills, G., Graceffa, R., Mattsson, F., Villanueva-Perez, P., Ershov, A., Faragó, T., Uličný, J., et al. (2019). Megahertz x-ray microscopy at x-ray free-electron laser and synchrotron sources. Optica, OPTICA 6, 1106–1109. 2. Perepelytsya, S., Uličný, J., Laaksonen, A., and Mocci, F. (2019). Pattern preferences of DNA nucleotide motifs by polyamines putrescine2+, spermidine3+ and spermine4+. Nucleic Acids Res 47, 6084–6097. 3. Rebič, M., Mocci, F., Laaksonen, A., and Uličný, J. (2015). Multiscale simulations of human telo-meric G-quadruplex DNA. J Phys Chem B 119, 105–113. 4. Hrivňak, S., Hovan, A., Uličný, J., and Vagovič, P. (2018). Phase retrieval for arbitrary Fresnel-like linear shift-invariant imaging systems suitable for tomography. Biomed Opt Express 9, 4390–4400., 5. Hrivňak, S., Uličný, J., Mikeš, L., Cecilia, A., Hamann, E., Baumbach, T., Švéda, L., Zápražný, Z., Korytár, D., Gimenez-Navarro, E., et al. (2016). Single-distance phase retrieval algorithm for Bragg Magnifier microscope. Opt Express 24, 27753–27762. 6. Buakor, K.; Zhang, Y.; Birnšteinová, Š.; Bellucci, V.; Sato, T.; Kirkwood, H.; Mancuso, A. P.; Vagovic, P.; Villanueva-Perez, P. Shot-to-Shot Flat-Field Correction at X-Ray Free-Electron Lasers. Opt. Express 2022, 30 (7), 10633. 7. Han, H.; Round, E.; Schubert, R.; Gül, Y.; Makroczyová, J.; Meza, D.; Heuser, P.; Aepfel-bacher, M.; Barák, I.; Betzel, C.; Fromme, P.; Kursula, I.; Nissen, P.; Tereschenko, E.; Schulz, J.; Uetrecht, C.; Ulicný, J.; Wilmanns, M.; Hajdu, J.; Lamzin, V. S.; Lorenzen, K. The XBI BioLab for Life Science Experiments at the European XFEL. J Appl Crystallogr 2021, 54 (1), 7–21. 8. Project: 101046448 — MHz-TOMOSCOPY — HORIZON-EIC-2021- PATHFINDEROPEN-01 , https://www.tomoscop
progresívne materiály (PMd)
Príprava kompaktovaných a kompozitných magneticky mäkkých materiálov pre nízkofrekvenčné aplikácie
Práca je orientovaná na skúmanie vplyvu technologických postupov a dielektrika na prípravu kompaktovaných a kompozitných materiálov na ich magnetické vlastnosti pri premagnetovaní v striedavých magnetických poliach v oblasti nízkych frekvencií v širokom rozsahu maximálnych magnetických indukcií. Feromagnetickú bázu majú tvoriť feromagnetiká na báze železa a niklu a izolačné spojivo anorganické materiály. Cieľom je aj porovnať magnetické vlastnosti pripravených materiálov s konvenčnými používanými za podobných fyzikálnych podmienok.
1. R. M. Bozorth Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993 2. H. Shokrollahi, K. Janghorban J. Mater. Proc. Technol. 189 (2007) 1 3. E. A. Périgo, B. Weidenfeller, P. Kollár, J. Füzer, Applied Physics Reviews 5, 031301 (2018);
biofyzika (BFd)
Prirodzene rozbalené proteíny v Alzheimerovej chorobe a iných amyloidných ochoreniach.
Výskyt neurodegeneratívnych ochorení ako Alzheimerova choroba neustále narastá. Jednou z príčin vzniku týchto amyloidných ochorení je narušenie syntézy funkčných molekúl proteínov a nedostatočná degradácia nefunkčných, nesprávne zbalených molekúl proteínov. V dôsledku toho dochádza ku akumulácii nesprávne zbalených proteínov vo forme amyloidných agregátov s vysokým obsahom β-skladaných listov v rôznych tkanivách ľudského organizmu. S využitím moderných biofyzikálnych metód sa zameriame na štúdium mechanizmov tvorby amyloidných agregátov prirodzene rozbalených proteínov (IDP), ktoré súvisia s amyloidnými ochoreniami, konkrétne s Alzheimerovou chorobou. Zároveň sa budeme venovať systematickému hľadaniu potenciálnych interakčných partnerov s cieľom zamedziť amyloidnej agregácii IDP, čo by mohlo priniesť nové terapeutické prístupy pre momentálne nevyliečiteľné amyloidné ochorenia.
1. Štúdium mechanizmov tvorby amyloidných agregátov prirodzene rozbalených proteínov, ktoré súvisia s Alzheimerovou chorobou a inými amyloidnými ochoreniami 2. Identifikácia látok schopných redukovať množstvo amyloidných štruktúr 3. Objasnenie vzťahu medzi štruktúrou a anti-amyloidnou aktivitou látok
1. Knowles T- et al., The amyloid state and its association with protein misfolding disease, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2014, 15, 384 – 396. 2. Matthew G. Iadanza et al., A new era for understanding amyloid structures and disease, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2018, 19, 755 – 773 3. Amyloidosis: History and Perspectives., Ed. By J. S. Harrison, IntechOpen, London, UK, 2022, Online ISBN: 978-1-83969-298-7 4. vedecké články
teória vyučovania fyziky (TVFd)
Profesijný rozvoj učiteľa fyziky ako nástroj eliminácie syndrómu vyhorenia
Syndróm vyhorenia je spôsobený chronickým stresom a psychickou záťažou, ktoré neboli úspešne zvládnuté. U učiteľov ho vyvolávajú profesijné situácie spájajúce sa s neprimeranými požiadavkami, problémami, frustráciou, konfliktmi a depriváciou. Jeho najčastejším príznakom je emocionálne a kognitívne opotrebovanie, vyčerpanie, celková únava spojená s poklesom pracovnej výkonnosti. Prejavuje sa stereotypom, nezáujmom o aktívny prístup k edukačnému procesu a v konečnom dôsledku neefektívnosti rozvoja osobnosti žiaka. Na učiteľa fyziky ako jedného z prírodovedných predmetov, v ktorých je dlhodobo vykazovaný pokles prírodovednej gramotnosti, sú kladené vysoké požiadavky. Jednou z možností eliminácie syndrómu vyhorenia je neustále vzdelávanie sa učiteľov. Programy profesijného rozvoja učiteľov, ktoré sú v ostatnom období v stúpajúcej tendencii, majú predispozície byť nástrojom eliminácie syndrómu vyhorenia. Dizertačná práca je zameraná na analýzu syndrómu vyhorenia učiteľov fyziky v kontexte ich profesijného rozvoja, na zistenie aktuálnej úrovne syndrómu vyhorenia učiteľov fyziky prostredníctvom dotazníka MBI-ED (Maslach Burnout Inventory – Educators Survey), na identifikáciu korelácií vzťahu syndrómu vyhorenia a absolvovaných programov profesijného rozvoja učiteľov fyziky, ako i návrhu konkrétneho programu profesijného rozvoja učiteľa zameraného na možnosti eliminácie syndrómu vyhorenia.
1. Analyzovať syndrómu vyhorenia učiteľov fyziky v kontexte ich profesijného rozvoja, 2. Zistiť aktuálnu úrovne syndrómu vyhorenia učiteľov fyziky prostredníctvom dotazníka MBI-ED (Maslach Burnout Inventory – Educators Survey). 3. Identifikovať koreláciu syndrómu vyhorenia a absolvovaných programov profesijného rozvoja učiteľov fyziky. 4. Navrhúť a pilotne overiť program profesijného rozvoja učiteľa zameraný na možnosti eliminácie syndrómu vyhorenia.
[1] Bianchi, R., Schonfeld, I. S., & Laurent, E. (2017). Is it Time to Characterize Burnout as a Depressive Syndrome? European Psychiatry, 41(1), 141, https://doi.org/10.1016/j.eurpsy.2017.01.1976 [2] Özer, N., & Beycioglu, K. (2010). The relationship between teacher professional development and burnout. Procedia – Social and Behavioral Sciences, 2(2), 4928–4932. DOI:10.1016/j.sbspro.2010.03.797 [3] Safari, I., Davaribina, M., & Khoshnevis, I. (2020). The Influence of EFL Teachers’ Self-Efficacy, Job Satisfaction and Reflective Thinking on their Professional Development: A Structural Equation Modeling. Journal on Efficiency and Responsibility in Education and Science, 13(1), 27–40. https://doi.org/10.7160/eriesj.2020.130103 [4] Petlák, E., & Baranovská, A. (2016). Stres v práci učiteľa a syndróm vyhorenia. Bratislava: Wolters Kluwer. [5] Burisch, M. (2014). Das Burnout-Syndrom: Theorie der inneren Erschöpfung – Zahlreiche Fallbeispiele – Hilfen zur Selbsthilfe. Verlag: Springer Berlin Heidelberg.
teória vyučovania fyziky (TVFdAj)
Profesijný rozvoj učiteľa fyziky ako nástroj eliminácie syndrómu vyhorenia
Syndróm vyhorenia je spôsobený chronickým stresom a psychickou záťažou, ktoré neboli úspešne zvládnuté. U učiteľov ho vyvolávajú profesijné situácie spájajúce sa s neprimeranými požiadavkami, problémami, frustráciou, konfliktmi a depriváciou. Jeho najčastejším príznakom je emocionálne a kognitívne opotrebovanie, vyčerpanie, celková únava spojená s poklesom pracovnej výkonnosti. Prejavuje sa stereotypom, nezáujmom o aktívny prístup k edukačnému procesu a v konečnom dôsledku neefektívnosti rozvoja osobnosti žiaka. Na učiteľa fyziky ako jedného z prírodovedných predmetov, v ktorých je dlhodobo vykazovaný pokles prírodovednej gramotnosti, sú kladené vysoké požiadavky. Jednou z možností eliminácie syndrómu vyhorenia je neustále vzdelávanie sa učiteľov. Programy profesijného rozvoja učiteľov, ktoré sú v ostatnom období v stúpajúcej tendencii, majú predispozície byť nástrojom eliminácie syndrómu vyhorenia. Dizertačná práca je zameraná na analýzu syndrómu vyhorenia učiteľov fyziky v kontexte ich profesijného rozvoja, na zistenie aktuálnej úrovne syndrómu vyhorenia učiteľov fyziky prostredníctvom dotazníka MBI-ED (Maslach Burnout Inventory – Educators Survey), na identifikáciu korelácií vzťahu syndrómu vyhorenia a absolvovaných programov profesijného rozvoja učiteľov fyziky, ako i návrhu konkrétneho programu profesijného rozvoja učiteľa zameraného na možnosti eliminácie syndrómu vyhorenia.
1. Analyzovať syndrómu vyhorenia učiteľov fyziky v kontexte ich profesijného rozvoja, 2. Zistiť aktuálnu úrovne syndrómu vyhorenia učiteľov fyziky prostredníctvom dotazníka MBI-ED (Maslach Burnout Inventory – Educators Survey). 3. Identifikovať koreláciu syndrómu vyhorenia a absolvovaných programov profesijného rozvoja učiteľov fyziky. 4. Navrhúť a pilotne overiť program profesijného rozvoja učiteľa zameraný na možnosti eliminácie syndrómu vyhorenia.
[1] Bianchi, R., Schonfeld, I. S., & Laurent, E. (2017). Is it Time to Characterize Burnout as a Depressive Syndrome? European Psychiatry, 41(1), 141, https://doi.org/10.1016/j.eurpsy.2017.01.1976 [2] Özer, N., & Beycioglu, K. (2010). The relationship between teacher professional development and burnout. Procedia – Social and Behavioral Sciences, 2(2), 4928–4932. DOI:10.1016/j.sbspro.2010.03.797 [3] Safari, I., Davaribina, M., & Khoshnevis, I. (2020). The Influence of EFL Teachers’ Self-Efficacy, Job Satisfaction and Reflective Thinking on their Professional Development: A Structural Equation Modeling. Journal on Efficiency and Responsibility in Education and Science, 13(1), 27–40. https://doi.org/10.7160/eriesj.2020.130103 [4] Petlák, E., & Baranovská, A. (2016). Stres v práci učiteľa a syndróm vyhorenia. Bratislava: Wolters Kluwer. [5] Burisch, M. (2014). Das Burnout-Syndrom: Theorie der inneren Erschöpfung – Zahlreiche Fallbeispiele – Hilfen zur Selbsthilfe. Verlag: Springer Berlin Heidelberg.
biofyzika (BFdAj)
Stabilita a agregácia proteínov v prostredí biokompatibilných organických solventov
Identifikácia účinných solventov schopných modulovať stabilitu a agregáciu proteínov má veľký význam pre rozmanité aplikácie v biotechnológiách alebo v medicíne. Výroba a dlhodobé skladovanie proteínov vyžaduje nastaviť vhodné podmienky prostredia uchovávajúce natívnu štruktúru proteínov a zabraňujúce ich agregácii. Podobne, tvorba špeciálneho typu usporiadaných agregátov – amyloidných fibríl, je podmienená vonkajšími podmienkami. Amyloidné agregáty predstavujú nové potenciálne biomateriály vďaka ich unikátnym vlastnostiam. Nájdenie podmienok schopných indukovať tvorbu definovaných amyloidných agregátov je preto v centre záujmu. Cieľom práce je študovať vplyv špeciálnych solventov - iónových kvapalín a hlboko eutektických zmesí - na stabilitu, kinetiku amyloidnej agregácie a morfológiu amyloidných fibríl rôznych proteínov (lyzozým, inzulín). Zámerom je zistiť vzťah medzi zložením a fyzikálno-chemickými vlastnosťami solventov a ich schopnosťou stabilizovať/destabilizovať štruktúru proteínov a inhibovať/urýchľovať tvorbu amyloidnch agregátov s cieľom nájsť solventy schopné stabilizovať študované proteíny ako aj indukovať tvorbu amyloidných agregátov s definovanou morfológiou. Využívať sa budú spektroskopické (UV-VIS, CD, FTIR) a kalorimetrické (DSC, ITC) metódy ako aj atómová silová mikroskopia (AFM) a metódy počítačovej analýzy obrázkov.
1. Charakterizácia štrukturálnych zmien modelových proteínov v prítomnosti iónových kvapalín a eutektických zmesí 2. Identifikácia rozpúšťadiel schopných indukovať/potláčať tvorbu amyloidných fibríl - stanovenie účinkov na kinetiku amyloidnej agregácie 3. Objasnenie úlohy zložiek solventov na tvorbu morfologicky odlišných fibríl
1. Schindl, A., Hagen, M.L., Muzammal, S., Gunasekera, H.A., Croft A.K.: Proteins in Ionic Liquids: Reactions, Applications, and Futures, Front. Chem., 24 May 2019, Volume 7 - 2019. 2. 2. Takekiyo T., Yoshimura Y.:Suppression and dissolution of amyloid aggregates using ionic liquids. Biophys Rev. 2018 Jun; 10(3): 853–860. 3. Silva N.H., Pinto, R.J., Freire, C.R., Marrucho, I.M.:Production of lysozyme nanofibers using deep eutectic solvent aqueous solutions.Coloid. Surf.B: Biointerfaces, 2016, 147, 36-44.
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Kvantové materiály v extrémnych podmienkach
Kvantové materiály, ako sú napríklad frustrované magnety, topologické izolátory, silne korelované kovy alebo exotické supravodiče, dnes zaujímajú popredné miesto v teoretickom i experimentálnom štúdiu tuhých látok a začínajú sa používať v aplikáciách spojených s kvantovými technológiami. Pochopenie základného stavu takýchto systémov si vyžaduje ich skúmanie v extrémnych podmienkach, t.j. pri veľmi nízkych teplotách, vysokých magnetických poliach či tlakoch. Konkrétne by sa dizertačná práca zaoberala štúdiom vplyvu vysokého magnetického poľa a hydrostatického tlaku na tepelné, transportné a magnetické vlastnosti vybraných tetra-, hexa- a dodekaboridov pri kelvinových až milikelvinových teplotách.
Štúdium vplyvu vysokého magnetického poľa a hydrostatického tlaku na tepelné, transportné a magnetické vlastnosti vybraných tetra-, hexa- a dodekaboridov pri kelvinových až milikelvinových teplotách.
[1] KITTEL Ch., Úvod do fyziky pevných látek, Academia, Praha, 1985 [2] GABÁNI S. et al., Magnetism and superconductivity of rare earth borides, Journal of Alloys and Compounds 821 (2020), 153201 [3] GABÁNI S. a kol., Fyzika a technika vysokých tlakov II., skriptá, ÚEF SAV Košice, 2016
progresívne materiály (PMdAj)
Vývoj kompozične komplexných keramických povlakov reakčným naprašovaním
Vývoj magnetrónového naprašovania sa orientuje na technológie s výrazne vyšším stupňom ionizácie odprašovaného materiálu kvôli lepšej kontrole procesu depozície a lepším výsledným vlastnostiam povlaku. Medzi najznámejšie ionizované PVD (iPVD) technológie patrí High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) a do tejto kategórie možno zaradiť aj relativne novú technológiu nazvanú High Target Utilization Sputtering (HiTUS). Vysoká ionizácia plazmy je v prípade HiPIMS dosahovaná krátkymi nizkofrekvenčnými pulzami s extrémne vysokou hustotou výkonu, u HiTUSu výkonom na samostatnom plazmovom zdroji. Obsahom práce je optimalizácia parametrov depozície tvrdých viackomponentných karbidických, boridických a nitridických povlakov z hľadiska kontroly ich elastických a plastických vlastností prostredníctvom určenia závislostí medzi jednotlivými parametrami depozície, vlastnostami plazmy, štruktúrou povlakov a ich mechanickými a tribologickými vlastnostami. Práca bude realizovaná na iPVD zariadeniach Cryofox Discovery (Polyteknik Dánsko) a HiTUS C500 (PQL, UK) v kombinácii s mikroskopickými pozorovaniami na SEM a TEM a meraniami mechanických vlastností.
Výskum vplyvu parametrov depozície tvrdých viackomponentných karbidických, boridických a nitridických povlakov na ich mechanické a tribologické vlastnosti.
1. D.M. Mattox, Physical sputtering and sputter deposition (sputtering), pp. 343-405 in Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) processing, Mattox D.M., Noyes Publ., New Jersey, 1998. 2. B. Cantor, I.T.H. Chang, P. Knight, A.J.B. Vincent, Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys (2004) Mater. Sci. Eng. A, 375-377 (1-2 SPEC. ISS.), pp. 213-218. doi: 10.1016/j.msea.2003.10.257 3. E. Lewin, E. Multi-component and high-entropy nitride coatings - A promising field in need of a novel approach J. Appl. Phys. 127, 160901 (2020); doi: 10.1063/1.5144154 4. F. Lofaj, L. Kvetková, T. Roch, J. Dobrovodský, V. Girman, M. Kabátová, M. Beňo, Reactive HiTUS TiNbVTaZrHf-Nx coatings: structure, composition and mechanical properties, Materials 16 (2) (2023) 563. https://doi.org/10.3390/ma16020563
fyzika (FdAj)
Štúdium nerovnovážnych štatistických modelov metódami renormalizačnej grupy
Významnú oblasť teoretickej fyziky tvoria modely nerovnovážnych systémov. V poslednej dobe je veľká pozornosť venovaná modelom aktívnej hmoty a teoreticky príbuzným modelom aktívnych prímesí. Sľubné teoretické prístupy na ich kvantitatívny opis sa zakladajú na použití rôznych metód renormalizačnej grupy. Z technických dôvodov sa väčšina prác zameriava na najjednoduchšie jednoslučkové priblíženie. Zo zjavných dôvodov by bolo potrebné rozpracovanie nových a účinných analytických a numerických algoritmov pre výpočet škálovacích indexov a riadiacich parametrov uvažovaných modelov vo výšších radoch poruchovej teórie. Hlavným cieľom dizertačnej práce bude preto rozpracovanie univerzálnych prístupov k výpočtom predovšetkým dvoj- slučkových Feynmanových diagramov a ich aplikácia pri určení anomalných indexov pre rôzne triedy univerzality opisujúce veľkoškálové správanie sa štatistických korelácií skúmaných polí. Okrem dobrej znalosti základov modernej fyziky sa bude u doktoranda vyžadovať znalosť moderných programovacích jazykov.
Riešiť aktuálne úlohy nerovnovážnych fázových prechodov v rôznych modeloch aktívnej hmoty a aktívnej prímesi metódami kvantovej teórie poľa a renormalizačnej grupy.
Adzhemyan, L.T.; Antonov, N.V.; Vasiliev, A.N. Field theoretic renormalization group in fully developed turbulence; CRC Press, 1999. Active Matter and Nonequilibrium Statistical Physics: Lecture Notes of the Les Houches Summer School: Volume 112, (Oxford Academic, 2022) M. C. Marchetti, J. F. Joanny, S. Ramaswamy, T. B. Liverpool, J. Prost, M. Rao, and R. A. Simha, Rev. Mod. Phys. 85, 1143 (2013). A. Cavagna, I. Giardina, and T. S. Grigera, Phys. Rep. 728, 1 (2018). J. Zinn Justin, Quantum Field Theory and Critical Phenomena, (Oxford Univers Press, 1989) A. N. Vasil’ev The Field Theoretic Renormalization Group in Critical Behavior Theory and Stochastic Dynamics, Boca Raton:Chapman & Hall/CRC (2004)
teória vyučovania fyziky (TVFd)
Rozvoj zručnosti argumentovať v kurze konceptuálnej fyziky
Žiakovo pochopenie fyzikálnych pojmov a javov je možné overovať prostredníctvom kvalitatívnych úloh a ich fyzikálnej interpretácie. Schopnosť vhodne použiť najdôležitejšie argumenty, správne ich usporiadať do uceleného výkladu fyzikálneho pojmu alebo javu sú znakmi zručnosti argumentovať. V rámci dizertačnej práce bude analyzovaný obsah kurzov konceptuálnej fyziky. Doktorand spracuje tematicky roztriedený súbor kvalitatívnych úloh a ich ozrejmenia na úrovni stredoškolskej fyziky. Pre učiteľov fyziky vytvorí kurz kontinuálneho vzdelávania, ktorým poskytne základné východiská a materiály pre aplikáciu kvalitatívnych úloh vo výučbe fyziky na strednej škole. Na vybranej vzorke žiakov gymnázií bude skúmaný rozvoj zručnosti argumentovať a úroveň žiackeho konceptuálneho porozumenia vybraných fyzikálnych pojmov a javov.
1. Zmapovať prístup k tvorbe obsahu kurzov konceptuálnej fyziky a používaných vyučovacích metód pri ich realizácii. 2. Spracovať tematicky roztriedený súbor kvalitatívnych úloh a ich ozrejmenia na úrovni stredoškolskej fyziky. 3. Vytvoriť a realizovať kurz kontinuálneho vzdelávania učiteľov fyziky zameraný na výučbu konceptuálne fyziky na strednej škole. 4. Na vybranej vzorke žiakov gymnázia skúmať rozvoj argumentačných zručností žiakov a úroveň žiackeho konceptuálneho porozumenia.
[1] Taşlıdere, Erdal & Eryilmaz, Ali. (2009). Alternative to Traditional Physics Instruction: Effectiveness of Conceptual Physics Approach. Eurasian Journal of Educational Research (EJER). 9. 109-128. [2] Aina, Jacob. (2017). Investigating the Conceptual Understanding of Physics through an Interactive Lecture- Engagement. Cumhuriyet International Journal of Education-CIJE. 6. 82-96. [3] Price, Edward & Goldberg, Fred & Robinson, Steve & McKean, Michael. (2016). Validity of peer grading using Calibrated Peer Review in a guided-inquiry, conceptual physics course. Physical Review Physics Education Research. 12. 10.1103/PhysRevPhysEducRes.12.020145. [4] Walker, Jearl. (2023). The Flying Circus of Physics, 2nd ed.
biofyzika (BFdAj)
Detekcia singletového kyslíka v biologických systémoch
Fotodynamická terapia nádorových ochorení je založená na cytotoxickom účinku singletového kyslíka. Singletový kyslík sa vytvára prenosom energie z fotoaktivovaných molekúl liečiva (tzv. fotosenzibilizátora) na molekulový kyslík. Rádius cytotoxickej aktivity singletového kyslíka je určený rýchlosťou difúzie a dobou jeho života. Doterajší výskum v tejto oblasti nepriniesol jednoznačnú odpoveď ohľadom doby života singletového kyslíka v bunkách. Hlavným cieľom PhD práce je zdokonaliť experimentálne zariadenie na určenie doby života singletového kyslíka v bunkách a získať odpoveď na uvedenú kľúčovú záležitosť mechanizmu fotodynamickej terapie. V rámci práce sa zameriame aj na charakterizáciu nových fotosenzibilizátorov z hľadiska produkcie singletového kyslíka.
- Zvýšiť citlivosť aparatúry na súčasné meranie fosforescencie singletového kyslíka a tranzientnej absorbcie fotosenzibilizátorov. - Určiť kinetiku vzniku a zániku singletového kyslíka pri pulznej excitácii fotosenzibilizátorov v bunkách. - Určiť účinok tvorby singletového kyslíka nových a jestvujúcich fotoaktívnych molekúl.
da Silva, E. F. F., B. W. Pedersen, T. Breitenbach, R. Toftegaard, M. K. Kuimova, L. G. Arnaut and P. R. Ogilby (2012) Irradiation- and Sensitizer-Dependent Changes in the Lifetime of Intracellular Singlet Oxygen Produced in a Photosensitized Process. J. Phys. Chem. B. 116, 445-461. P. R. Ogilby (2010) Singlet oxygen: there is indeed something new under the sun. Chem. Soc. Rev. 39, 3181–3209.
fyzika (Fd)
Skúmanie diskrétnej gravitácie, paradoxu čiernych dier a tiež kvantových javov pre rôzne kozmologické objekty ako aj nanoštruktúry
Interpretácie vznikajúcich priestorov („emerging spaces“) pomocou nového geometrického/topologického prístupu zavedeného PNDP-varietami, t.j. konkrétnym druhom Einsteinovej sekvenčne deformovanej variety, ktorá z diferenciálno-geometrického hľadiska umožňuje pokryť širšiu škálu rôznych presných riešení Einsteinovej rovnice poľa, bez toho, aby sa výrazne skomplikovali výpočty v porovnaní s Einsteinovými deformovanými varietami. Cieľom práce bude objasniť základnú fyziku nad rámec Štandardného modelu, a to aj skúmaním toho, ako by diskrétne gravitačné účinky ovplyvnili pohyb častíc so spinom alebo bez v gravitačných poliach. Dúfame, že preskúmaním týchto konceptov poskytneme cenné poznatky o povahe dimenzií a ich vplyve na gravitáciu a fundamentálne fyzikálne sily, čím sa vyriešia existujúce nezrovnalosti v súčasných kozmologických modeloch ako aj nanoštruktúrach.
Cieľom práce bude objasniť základnú fyziku nad rámec Štandardného modelu, a to aj skúmaním toho, ako by diskrétne gravitačné účinky ovplyvnili pohyb častíc so spinom alebo bez v gravitačných poliach.
[1] PINČÁK, Richard** - PIGAZZINI, Alexander - JAFARI, Saeid - OZEL, Cenap. Discrete Gravity in Emergent Space Theory: Hidden Conical Defects and Teleparallel Gravity. In Universe, 2023, vol. 9, no. 1, art. no. 31. [2] PINČÁK, Richard** - PIGAZZINI, Alexander - JAFARI, Saeid - OZEL, Cenap - DEBENEDICTIS, Andrew. A topological approach for emerging D-branes and its implications for gravity. In International Journal of Geometric Methods in Modern Physics, 2021, vol. 18, no. 14, art. no. 2150227. [3] PINČÁK, Richard** - PIGAZZINI, Alexander - JAFARI, Saeid - OZEL, Cenap. The “Emerging” Reality from “Hidden” Spaces. In Universe, 2021, vol. 7, no. 3, art. no. 75.
biofyzika (BFd)
Sledovanie signálnych dráh v procese imunoterapie a fotodynamickej terapie
Aplikácia svetla v procese regenerácie, fotodiagnostiky a liečby nádorových ochorení plní dôležitú úlohu. Často sa jedná o neinvazívnu formu terapie, ktorá je veľmi dobre znášaná pacientmi. V závislosti od použitej vlnovej dĺžky zdroja žiarenia, svetelnej dávky a koncentrácie liečiva je možné dosiahnuť regeneráciu bunky, ale aj jej smrť. Aktívnym cielením antiproliferačných protilátok voči bunkovým receptorom nachádzajúcich sa na povrchu bunky je možné liečiť pomocou imunoterapie niektoré druhy nádorov. Tento prístup bude adaptovaný pre transportný systém-nanočastice, ktoré budú aktívne doručovať liečivo do nádorových buniek. Úlohou doktoranda bude identifikovať mechanizmus pôsobenia imunoterapie a fotodynamickej terapie so zreteľom na endomembránový systém, metabolizmus bunky a signálne molekuly vedúce k regenerácii bunky alebo jej smrti. Pri plnení úloh v rámci dizertačného projektu bude študent využívať metódy fluorescenčnej spektroskopie, mikroskopie (konfokálna fluorescenčná mikroskopia a FLIM), biozobrazovania, prietokovej cytometrie, immunoznačenia, western blotu a PCR. Ako model bude využívať 2D a 3D kultúry buniek a predklinický model vtáčej chorioalantoickej membrány. V rámci projektu bude študent aktívne spolupracovať s inými laboratóriami na Slovensku a v zahraničí.
Popísať signalizáciu v nádorovej bunke vedúcu k bunkovej smrti aktivovanej fotodynamickou terapiou a zistiť jej úlohu v imunoterapii.
odborné karentované publikácie Correia, J. H., Rodrigues, J. A., Pimenta, S., Dong, T., & Yang, Z. (2021). Photodynamic therapy review: principles, photosensitizers, applications, and future directions. Pharmaceutics, 13(9), 1332. Dzurová, L., Petrovajova, D., Nadova, Z., Huntosova, V., Miskovsky, P., & Stroffekova, K. (2014). The role of anti-apoptotic protein kinase Cα in response to hypericin photodynamic therapy in U-87 MG cells. Photodiagnosis and photodynamic therapy, 11(2), 213-226. Huntosova, V., Nadova, Z., Dzurova, L., Jakusova, V., Sureau, F., & Miskovsky, P. (2012). Cell death response of U87 glioma cells on hypericin photoactivation is mediated by dynamics of hypericin subcellular distribution and its aggregation in cellular organelles. Photochemical & Photobiological Sciences, 11(9), 1428-1436. Mansoori, B., Mohammadi, A., Doustvandi, M. A., Mohammadnejad, F., Kamari, F., Gjerstorff, M. F., ... & Hamblin, M. R. (2019). Photodynamic therapy for cancer: Role of natural products. Photodiagnosis and photodynamic therapy, 26, 395-404. Misuth, M., Horvath, D., Miskovsky, P., & Huntosova, V. (2017). Synergism between PKCδ regulators hypericin and rottlerin enhances apoptosis in U87 MG glioma cells after light stimulation. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 18, 267-274.
progresívne materiály (PMdAj)
Magneticky mäkké nanokryštalické zliatiny kovov pripravené nekonvenčnými technikami tepelného spracovania.
Dizertačná práca je zameraná na cielené ovplyvňovanie štruktúry a magnetických vlastností nanokryštalických zliatin na báze 3-d kovov pomocou nekonvenčných techník tepelného spracovania. Plánujeme pri tom použiť aparatúru na ultra-rýchle žíhanie tenkých kovových pások skonštruovanú na ÚEF SAV, ktorá na rýchly ohrev využíva vopred predhriate masívne medené bloky pričom typické časy žíhania sú v rozsahu niekoľkých sekúnd. V porovnaní s klasickými technikami tepelného spracovania umožňuje vysoká rýchlosť ohrevu v tomto zariadení podstatne rozšíriť rozsah kompozičných zložení, ktoré sú ešte schopné vytvárať nanokryštalickú štruktúru. Ďalšou nekonvenčnou technikou tepelného spracovania bude žíhanie vo vysokom magnetickom poli. Vo vybraných systémoch zliatin sa zameriame na štúdium zmien ich štruktúrnych a magnetických vlastností. Hlavným cieľom práce je zlepšenie funkčných vlastností študovaných materiálov pre ich potenciálne aplikácie v technickej praxi.
Hlavným cieľom práce je zlepšenie funkčných vlastností študovaných materiálov pre ich potenciálne aplikácie v technickej praxi
aktuálna časopisecká literatúra
biofyzika (BFd)
Stabilita a agregácia proteínov v prostredí biokompatibilných organických solventov
Identifikácia účinných solventov schopných modulovať stabilitu a agregáciu proteínov má veľký význam pre rozmanité aplikácie v biotechnológiách alebo v medicíne. Výroba a dlhodobé skladovanie proteínov vyžaduje nastaviť vhodné podmienky prostredia uchovávajúce natívnu štruktúru proteínov a zabraňujúce ich agregácii. Podobne, tvorba špeciálneho typu usporiadaných agregátov – amyloidných fibríl, je podmienená vonkajšími podmienkami. Amyloidné agregáty predstavujú nové potenciálne biomateriály vďaka ich unikátnym vlastnostiam. Nájdenie podmienok schopných indukovať tvorbu definovaných amyloidných agregátov je preto v centre záujmu. Cieľom práce je študovať vplyv špeciálnych solventov - iónových kvapalín a hlboko eutektických zmesí - na stabilitu, kinetiku amyloidnej agregácie a morfológiu amyloidných fibríl rôznych proteínov (lyzozým, inzulín). Zámerom je zistiť vzťah medzi zložením a fyzikálno-chemickými vlastnosťami solventov a ich schopnosťou stabilizovať/destabilizovať štruktúru proteínov a inhibovať/urýchľovať tvorbu amyloidnch agregátov s cieľom nájsť solventy schopné stabilizovať študované proteíny ako aj indukovať tvorbu amyloidných agregátov s definovanou morfológiou. Využívať sa budú spektroskopické (UV-VIS, CD, FTIR) a kalorimetrické (DSC, ITC) metódy ako aj atómová silová mikroskopia (AFM) a metódy počítačovej analýzy obrázkov.
1. Charakterizácia štrukturálnych zmien modelových proteínov v prítomnosti iónových kvapalín a eutektických zmesí 2. Identifikácia rozpúšťadiel schopných indukovať/potláčať tvorbu amyloidných fibríl - stanovenie účinkov na kinetiku amyloidnej agregácie 3. Objasnenie úlohy zložiek solventov na tvorbu morfologicky odlišných fibríl
1. Schindl, A., Hagen, M.L., Muzammal, S., Gunasekera, H.A., Croft A.K.: Proteins in Ionic Liquids: Reactions, Applications, and Futures, Front. Chem., 24 May 2019, Volume 7 - 2019. 2. 2. Takekiyo T., Yoshimura Y.:Suppression and dissolution of amyloid aggregates using ionic liquids. Biophys Rev. 2018 Jun; 10(3): 853–860. 3. Silva N.H., Pinto, R.J., Freire, C.R., Marrucho, I.M.:Production of lysozyme nanofibers using deep eutectic solvent aqueous solutions.Coloid. Surf.B: Biointerfaces, 2016, 147, 36-44.
progresívne materiály (PMd)
Stanovenie štruktúry kovových skiel pomocou rozptylových a spektroskopických techník využívajúcich rtg. žiarenie, synchrotrónové žiarenie a zobrazovacích techník na XFEL
Táto práca sa bude zaoberať prípravou a štúdiom štruktúry na atomárnej úrovni kovových skiel na báze (Fe, Ni, Cu)-(Hf, Ta, W) vo forme pások a tyčiniek pomocou metódy rýchleho chladenia otáčajúcim sa valcom a zlievaním do medenej zápustky. Amorfná štruktúra pripravených zliatin bude vyšetrovaná pomocou rozptylových a spektroskopických techník využívajúcich synchrotrónové žiarenie, konkrétne vysoko-energetickej röntgenovej difrakcie (HEXRD), anomálnej röntgenovej difrakcie (AXRD) a röntgenovej absorpčnej spektroskopie (XAS). Štruktúra bude taktiež konfrontovaná s pozorovaniami na TEM a MID beamline na EFEL v Hamburgu.
Cieľom práce je zvládnuť metodiky charakterizácie štruktúry amorfných kovových skiel
Aktuálna časopisecká literatúra z oblasti materiálových vied
progresívne materiály (PMdAj)
Štúdium štruktúry neusporiadaných a kvázi-usporiadaných kovových zliatin pomocou rozptylu elektrónového a RTG žiarenia.
Fázové prechody tuhých látok z neusporiadaného stavu do usporiadania komplexných štruktúr sú predmetom moderných výskumov. Vzájomný vzťah štruktúry východzieho a konečného stavu usporiadania hrá dôležitú úlohu pri tvorbe nových fáz, ktoré majú neobvyklé fyzikálne a chemické vlastnosti. Zmeny externých podmienok fázových prechodov, napr. silné magnetické polia alebo extrémne prudké zmeny teplôt, umožňujú veľkú variabilitu finálnych vlastností tuhých látok. Témou dizertačnej práce bude štúdium atomárnej stavby a stability syntetizovaných fáz vo vybraných materiáloch pomocou techník elektrónovej a fotónovej difrakcie, vo vzťahu k ich vlastnostiam. V práci bude kladený väčší dôraz na experimentálnu časť, ktorá sa bude realizovať na modernom elektrónovom mikroskope JEOL 2100F UHR. Pre úspešné zvládnutie práce však bude potrebné využívať aj infraštruktúru centier elektrónovej mikroskopie a synchrotrónov v zahraničí.
1.) Príprava zliatin na výrobu masívnych kovových skiel. 2.) Termomechanické spracovanie a testovanie mechanických a fyzikálnych vlastností masívnych kovových skiel. 3.) Štúdium lokálnej atómovej štruktúry kovových skiel a jej korelácii s fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami. 4.) Štúdium amorfizácie, kryštalizačných procesov a termomechanicky indukovaných fázových premien kryštalických fáz.
Williams D. B. and Crater C. B.: Transmission electron microscopy. 2nd ed., Springer Science, 2009, ISBN 978-0-387-76500-6. Inoue A. and Suryanarayana C.: Bulk metallic glasses. CRC Press, Talyor and Francis Group, 2011, ISBN-13: 978-1-4200-8597-6 Miller M. and Liaw P.: Bulk metallic glasses: An overview. Springer Science, 2008, ISBN 978-0-387-48920-9. Als-Nielsen J. and McMorrow D.: Elements of Modern X-ray Physics. 2nd ed., John Wiley & Sons Ltd, 2011, ISBN 978-0-470-97395-0
progresívne materiály (PMdAj)
Štruktúra a vlastnosti bezolovnatej feroelektrickej keramiky
Ťažiskom dizertačnej práce bude výskum a vývoj nových elektrokeramických materiálov na báze bezolovnatých feroelektrických systémov perovskitového typu. Súčasťou práce bude zvládnutie technologických postupov prípravy materiálov klasickou keramickou cestou, RTG difrakčná analýza štruktúry, rastrovacia a transmisná elektrónová mikroskopia a charakterizácia špecifických fyzikálnych vlastností funkčnej keramiky. Pri analytickom hodnotení makroskopických vlastností vo vzťahu k chemizmu a štruktúre elektrokeramiky bude dôraz kladený na implementáciu techniky dielektrickej spektroskopie vo výskume feroelektrických fázových prechodov.
Ťažiskom dizertačnej práce bude výskum a vývoj nových elektrokeramických materiálov na báze bezolovnatých feroelektrických systémov perovskitového typu. Súčasťou práce bude zvládnutie technologických postupov prípravy materiálov klasickou keramickou cestou, RTG difrakčná analýza štruktúry, rastrovacia a transmisná elektrónová mikroskopia a charakterizácia špecifických fyzikálnych vlastností funkčnej keramiky.
Aktuálna časopisecká literatúra.
fyzika (FdAj)
Štúdium podštruktúr v uhlových rozdeleniach produkovaných častíc v zrážkach ťažkých iónov
Dôležitým cieľom štúdia zrážok jadier pri vysokých energiách je hľadanie javov spájajúcich sa s veľkými hustotami získanými v takýchto zrážkach. Predpokladá sa, že prechod z QGP (kvark - gluónová plazma) späť do normálnej hadrónovej fázy prispieva k fluktuáciám v počtoch produkovaných častíc v lokálnych oblastiach fázového priestoru. S využitím jednotnej metodiky budú analyzované zrážky protón-protón a zrážky ťažkých iónov pri hybnostiach od 1 do 160 GeV/c/nukleón. Analýza sa uskutoční metódami priečnych hybností, hlavných vektorov, azimutálnych korelačných funkcií, Fourierovým rozvojom rozdelení azimutálnych uhlov a inými metódami. Experimentálne výsledky budú porovnané s modelovými výpočtami.
odborná literatúra
progresívne materiály (PMdAj)
Štúdium magnetických a tepelných vlastností vysoko-entropických funkčných zliatin
Hlavná myšlienka dizertačnej práce spočíva v nájdení vyhovujúceho chemického zloženia, ktoré bude spĺňať kritériá pre vysoko-entropické funkčné zliatiny. Vhodne zvolená kompozícia jednotlivých chemických prvkov vedie k príprave práve takých materiálov, kde sa môžeme venovať vybraným fyzikálnym vlastnostiam. Zameriame sa na kombináciu prvkov spadajúcich do skupiny polovičných Heuslerových zliatin so stochiometrickým vzorcom XYZ, kde X a Y predstavujú prechodový prvok a Z prvok z p bloku. Pre materiály, ktorým sa chceme venovať sa javí príprava vzoriek vo forme pások a mikrodrôtov pomocou Taylor-Ulitovského metódy veľmi výhodná. Súčasťou práce je aj návrh možnej chladiacej technológie a jej implementácia do technickej praxe.
Cieľom dizertačnej práce je výskumnových vysoko-entropických zliatin ako termoelektrických materiálov. Práca sa bude venovať nájdeniu vyhovujúcej kompozície, ktorá bude spĺňať kritériá pre vysoko-entropické zliatiny a zároveň bude patriť do skupiny termoelektrických materiálov. Zameriame sa na kombináciu prvkov spadajúcich do skupiny polovičných Heuslerových zliatin so stechiometrickým vzorcom XYZ, kde X a Y predstavujú prechodový prvok a Z prvok z p bloku.
[1] S. Skipidarov, M. Nikitin (Eds.): Novel Thermoelectric Materials and Device Design Concepts, Springer 2019, ISBN: 978-3-030-12056-6 [2] H. Fukuyama, Y. Waseda (Eds): High-Temperature Measurements of Materials, Springer 2009, ISBN: 978-3-540-85917 [3] P. Sharma, V. K. Dwivedi, S. P. Dwivedi: Development of high entropy alloys: A review, Materials Today: Proceedings 43, 2021, 502-509
progresívne materiály (PMdAj)
Štúdium stability tvarovej pamäte v Ni2FeGa mikrodrôtoch
Feromagnetická Heuslerová zliatina Ni2FeGa má širokospektrálny aplikačný potenciál v snímačoch a aktuátoroch vďaka kombinácii magnetických vlastností a existencii javu tvarovej pamäte (JTP). Teplotný interval termo-elastickej fázovej transformácie JTP je možné kontorlovať zmenou chemického zloženia, resp. atómovej konfigurácie usporiadanej materskej fázy. Kým rovnovážne chemické zloženie usporiadanej fázy má teplotu premeny okolo 50 K, presýtením usporiadanej fázy je možné posunúť premenu nad teplotu 300 K. Pilotné experiment preukazali, že zliatina v tvare mikrodrôtov má vďaka hrúbke (< 30 m) unikátnu odolnosť voči cyklickému prechodu cez teplotnú oblasť fázovej transformácie. Zmeny vlastností a štruktúry materiálu neboli zaznamenané po viac ako 106 cyklov. Téma dizertačnej práce je zameraná na štúdium tvarovej pamäte a vlastností Heuslerových zliatin vo vzťahu k ich štruktúre a forme pripravenej zliatiny. Práca bude zameraná na určenie teplotnej a mechanickej stability usporiadanej materskej fázy a zdôvodnenie vplyvov na telpotu transformácie vyrobených mikrodrôtov.
Téma dizertačnej práce je zameraná na štúdium tvarovej pamäte a vlastností Heuslerových zliatin vo vzťahu k ich štruktúre a forme pripravenej zliatiny. Práca bude zameraná na určenie teplotnej a mechanickej stability usporiadanej materskej fázy a zdôvodnenie vplyvov na telpotu transformácie vyrobených mikrodrôtov.
Aktuálna časopisecká literatúra.
fyzika (FdAj)
Štúdium vplyvu kozmického počasia na oblasť rozhrania medzi vesmírom a Zemou
Oblasť rozhrania medzi vesmírom a Zemou sa nachádza vo výškach 80 - 300 km nad zemským povrchom. Je to dynamická oblasť neustále ovplyvnňovaná slnečným žiarením a kozmickým počasím zhora a atmosferickými procesmi zospodu. Cieľom práce je študovať túto dynamiku najmä s dôrazom na identifikáciu vplyvu javov kozmického počasia. Využijú sa na to optické pozorovania airglowu zo satelitných misií a z pozemných celooblohových kamier a fotometrov; merania parametrov ionosféry z GNSS prijímačov a rádiových systémov založených na princípe Dopplerovho posunu; dáta kozmického počasia popisujúce slnečnú aktivitu, slnečný vietor, medziplanetárne magnetické pole a narušenie geomagnetického poľa. Práca sa bude zaoberať detailnými prípadovými štúdiami konkrétnych udalostí a tiež všeobecným dátovo-riadeným prístupom s využitím techník strojového učenia. Získané poznatky prispejú k lepšiemu pochopeniu dôsledkov kozmického počasia na prostredie, ktoré významne ovplyvňuje komunikáciu a prevádzku satelitov a teda je dôležité aj pre celú spoločnosť.
Cieľom práce je študovať dynamiku oblasti rozhrania medzi vesmírom a Zemou najmä s dôrazom na identifikáciu vplyvu javov kozmického počasia.
Space Physics, Ch. T. Russell, J. G. Luhmann, and R. J. Strangeway, Cambridge Univ. Press, 2016. Machine Learning Techniques for Space Weather, E. Camporeale, S. Wing, J. Johnson, Elsevier, 2018 Space Physics and Aeronomy, Y. Zhang, L. J. Paxton, American Geophysical Union, 2021
fyzika (FdAj)
Štúdium produkcie podivných častíc v protón-protónových zrážkach s vysokou multiplicitou v experimente ALICE na urýchľovači LHC v CERN ALICE
Upgrade experimentu ALICE v hardvérovej a v softvérovej oblasti umožnil v roku 2022 navýšiť doterajšiu štatistiku protón-protónových (pp) zrážok (získanú v rokoch 2009-2018) viac ako 300-krát. Zber dát je plánovaný až do roku 2025 a očakáva sa ďalšie rapídne navýšenie štatistiky. To otvára nové možnosti skúmania zriedkavých procesov v oblasti pp zrážok alebo v oblasti zrážok ťažkých iónov. Jedným z otvorených problémov je aj pôvod zvýšenej produkcie podivných a multi-podivných častíc oproti produkcii nepodivných častíc v pp zrážkach s vysokou multiplicitou [1]. Stále nevieme, či trend závislosti zvýšenej produkcie od multiplicity zrážky v pp bude sledovať trend zvýšenej produkcie v periférnych zrážkach ťažkých iónov, alebo sa bude signifikantne odkláňať. Práca má za cieľ skúmať produkciu podivných častíc v protón-protónových zrážkach s vysokou multiplicitou zozbieraných s bezprecedentnou štatistikou v Run3 (2022-2025) na urýchľovači LHC. [1] ALICE Collaboration., Adam, J., Adamová, D. et al. Enhanced production of multi-strange hadrons in high-multiplicity proton–proton collisions. Nature Phys 13, 535–539 (2017). https://doi.org/10.1038/nphys4111
Aktuálna časopisecká literatúra
progresívne materiály (PMdAj)
Štúdium kinetiky kryštalizácie amorfných prekurzorov na báze Fe
Jednou z najviac študovaných problematík v oblasti materiálového výskumu je bezpochyby kinetika fázových transformácií prvého druhu. Hlavným dôvodom takéhoto zvýšeného záujmu je skutočnosť, že fázové transformácie predstavujú účinný nástroj na modifikáciu mikroštruktúry študovaných materiálov a tým pádom ponúkajú možnosť optimalizácie ich výsledných vlastností. Úplné porozumenie mechanizmov kinetiky fázových transformácií, a s tým súvisiacich zmien v mikroštruktúre, vytvára predpoklad pre zlepšenie výsledných vlastností rôzneho typu a rozsahu. Rýchle ochladenie taveniny predstavuje typický príklad silne nerovnážneho procesu, ktorý vedie k tvorbe metastabilných materiálov, akými sú kovové sklá. Rýchlym ochladením sa amorfná štruktúra, ktorá je charakteristická pre kvapalný stav, uchová aj v tuhom stave. V dôsledku štruktúry, ktorá sa vyznačuje krátkodosahovým atomárnym usporiadaním, vykazujú kovové sklá rad vynikajúcich magnetických a mechanických vlastností. V prípade magnetických vlastností sa jedná o veľmi nízke hodnoty koercivity, magnetostrikcie a magnetizačných strát, ktoré sú sprevádzané vysokými hodnotami permeability. Jedným z hlavných cieľov navrhovanej dizertačnej práce bude podrobné štúdium procesu kinetiky kryštalizácie amorfného prekurzoru na báze Fe. Dôraz bude kladený na optimalizáciu výslednej mikroštruktúry s cieľom zlepšiť výsledné magnetické vlastnosti. Okrem štandardných laboratórnych metodík (DSC, SEM, TEM, RTG, MSB) budú pri štúdiu aplikované moderné metodiky využívajúce rozptyl synchrotrónového žiarenia.
Jedným z hlavných cieľov navrhovanej dizertačnej práce bude podrobné štúdium procesu kinetiky kryštalizácie amorfného prekurzoru na báze Fe. Dôraz bude kladený na optimalizáciu výslednej mikroštruktúry s cieľom zlepšiť výsledné magnetické vlastnosti.
relevantná časopisecká literatúra
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Substitučné zlúčeniny nových multiferoických funkčných materiálov s distorgovanou perovskitovou štruktúrou
Oxidy tranzitívnych kovov s distorgovanou perovskitovou štruktúrou sú intenzívne študované jednak z dôvodu silnej korelácie medzi orbitálnymi, elektrickými, spinovými a mriežkovými stupňami voľnosti, ako aj z dôvodu vysokého aplikačného potenciálu (katódy pre palivové články, senzory pre detekciu rôznych plynov, elektronické komponenty zo silnou magnetoelektrickou väzbou a iné) týchto materiálov. Distorgovaná perovskitová štruktúra je veľmi tolerantná na substitúciu na jednotlivých kryštalografických polohách, čo otvára možnosti ladenia fyzikálnych vlastností smerom k vyššiemu aplikačnému potenciálu týchto zlúčenín, ako aj možnosti lepšieho pochopenia základných fyzikálnych vlastností a dejeov. Cieľom práce je syntetizovať nové tuhé roztoky s chemickým vzorcom RET1-xT’xO3 (RE = vzácna zemina; T, T’ = tranzitívny kov; 0 ≤ x ≤ 1), charakterizovať ich základné fyzikálne vlastnosti s dôrazom na magnetizmus, multiferoicitu, tepelnú kapacitu a následne optimalizovať vlastnosti pomocou substitúcie. Využívať sa budú rôzne fyzikálne a chemické metódy, hlavne metóda float zone a mokré chemické procesy na prípravu vzoriek a DC/AC magnetometria, kalorimetrické metódy a dielektrické experimenty na charakterizáciu vzoriek.
Príprava nových materiálov s distorgovanou perovskitovou štruktúrou; štúdium magnetizmu
[1] A. M. Glazer, The Classification of Tilted Octahedra in Perovskites, Acta Crystographica B 28 (1972), 3384 - 3392 [2] K. Miura, M. Azuma a H. Funakubo, Electronic and Structural Properties of ABO3: Role of the B-O Coulomb Repulsions for Ferroelectricity, Materials 4 (2011), 260 - 273 [3] M. Mihalik a kol., Magnetic Properties of NdMn1-xFexO3+δ (0≤x≤0.3) System, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 345 (2013), 125-133 [4] M. Mihalik a kol., Magnetic Phase Diagram of the TbMn1-xFexO3 Solid Solution System, Physica B 506 (2017), 163-167 [5] R. Vilarinho a kol., Understanding the Magnetic Dynamics and Magnetostructural Coupling in the Paramagnetic Phase of TbMnO3 by Muon-Spin Spectroscopy, Physical Review B 108 (2023), 174401
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Substitučné zlúčeniny nových multiferoických funkčných materiálov s distorgovanou perovskitovou štruktúrou
Oxidy tranzitívnych kovov s distorgovanou perovskitovou štruktúrou sú intenzívne študované jednak z dôvodu silnej korelácie medzi orbitálnymi, elektrickými, spinovými a mriežkovými stupňami voľnosti, ako aj z dôvodu vysokého aplikačného potenciálu (katódy pre palivové články, senzory pre detekciu rôznych plynov, elektronické komponenty zo silnou magnetoelektrickou väzbou a iné) týchto materiálov. Distorgovaná perovskitová štruktúra je veľmi tolerantná na substitúciu na jednotlivých kryštalografických polohách, čo otvára možnosti ladenia fyzikálnych vlastností smerom k vyššiemu aplikačnému potenciálu týchto zlúčenín, ako aj možnosti lepšieho pochopenia základných fyzikálnych vlastností a dejeov. Cieľom práce je syntetizovať nové tuhé roztoky s chemickým vzorcom RET1-xT’xO3 (RE = vzácna zemina; T, T’ = tranzitívny kov; 0 ≤ x ≤ 1), charakterizovať ich základné fyzikálne vlastnosti s dôrazom na magnetizmus, multiferoicitu, tepelnú kapacitu a následne optimalizovať vlastnosti pomocou substitúcie. Využívať sa budú rôzne fyzikálne a chemické metódy, hlavne metóda float zone a mokré chemické procesy na prípravu vzoriek a DC/AC magnetometria, kalorimetrické metódy a dielektrické experimenty na charakterizáciu vzoriek.
Príprava nových materiálov s distorgovanou perovskitovou štruktúrou; štúdium magnetizmu
[1] A. M. Glazer, The Classification of Tilted Octahedra in Perovskites, Acta Crystographica B 28 (1972), 3384 - 3392 [2] K. Miura, M. Azuma a H. Funakubo, Electronic and Structural Properties of ABO3: Role of the B-O Coulomb Repulsions for Ferroelectricity, Materials 4 (2011), 260 - 273 [3] M. Mihalik a kol., Magnetic Properties of NdMn1-xFexO3+δ (0≤x≤0.3) System, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 345 (2013), 125-133 [4] M. Mihalik a kol., Magnetic Phase Diagram of the TbMn1-xFexO3 Solid Solution System, Physica B 506 (2017), 163-167 [5] R. Vilarinho a kol., Understanding the Magnetic Dynamics and Magnetostructural Coupling in the Paramagnetic Phase of TbMnO3 by Muon-Spin Spectroscopy, Physical Review B 108 (2023), 174401
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Superspinové sklo v obmedzujúcej geometrii.
Prechod do stavu spinového resp. superspinového skla predstavuje unikátny typ fázového prechodu, kde parametrom usporiadania je autokorelačná funkcia. Navyše v oboch stavoch koexistujú relaxačné procesy na extrémne širokej časovej škále 10-8 – 1010s. Práca je orientovaná na prípravu, štruktúrna charakterizáciu a štúdium magnetických vlastností umelo vytvorených usporiadaní obsahujúcich magnetické ióny resp. nanočastice ako magnetické entity a rôzne druhy matríc pre ich rozmiestnenie. Pre magnetické ióny budú použité matrice na báze tzv. umelej hliny (napr. smektit), usporiadania obsahujúce nanočastice budú vytvorené použitím litografických a elektrodepozičných techník. Cieľom práce je vyšetrenie podmienok vzniku stavu spinového skla resp. superspinového skla v závislosti od priestorovej anizotropie dipólových interakcií, pomeru veľkosti energetickej bariéry a veľkosti magnetickej interakcie, rozmerov magnetických klastrov a vzdialeností medzi nimi ako aj vytvorenie stavu superspinového skla v systémoch s magnetickou rozmernosťou menšou ako 3. Študent bude orientovaný na prípravu uvedených usporiadaní, ich štruktúrnu charakterizáciu a skúmanie magnetickej odozvy použitím príslušných meracích protokolov. Bude analyzovať experimentálne dáta použitím komerčných programových balíkov, pokúsi sa o simuláciu vplyvu vybraných usporiadaní na distribúciu veľkostí dipólových interakcií v nanočasticových systémoch.
Cieľom predkladanej práce je vyjasnenie podmienok formovania stavu spinového skla a superspinového skla v podmienkach obmedzujúcej geometrie s dôrazom na magnetickú nízkorozmernosť, kritický pomer veľkosti energetickej bariéry a veľkostí magnetických interakcií, ako aj efektov konečných rozmerov magnetických entít.
Vedecké publikácie so zameraním relevantným téme dizertačnej práce.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Superspinové sklo v obmedzujúcej geometrii.
Prechod do stavu spinového resp. superspinového skla predstavuje unikátny typ fázového prechodu, kde parametrom usporiadania je autokorelačná funkcia. Navyše v oboch stavoch koexistujú relaxačné procesy na extrémne širokej časovej škále 10-8 – 1010s. Práca je orientovaná na prípravu, štruktúrna charakterizáciu a štúdium magnetických vlastností umelo vytvorených usporiadaní obsahujúcich magnetické ióny resp. nanočastice ako magnetické entity a rôzne druhy matríc pre ich rozmiestnenie. Pre magnetické ióny budú použité matrice na báze tzv. umelej hliny (napr. smektit), usporiadania obsahujúce nanočastice budú vytvorené použitím litografických a elektrodepozičných techník. Cieľom práce je vyšetrenie podmienok vzniku stavu spinového skla resp. superspinového skla v závislosti od priestorovej anizotropie dipólových interakcií, pomeru veľkosti energetickej bariéry a veľkosti magnetickej interakcie, rozmerov magnetických klastrov a vzdialeností medzi nimi ako aj vytvorenie stavu superspinového skla v systémoch s magnetickou rozmernosťou menšou ako 3. Študent bude orientovaný na prípravu uvedených usporiadaní, ich štruktúrnu charakterizáciu a skúmanie magnetickej odozvy použitím príslušných meracích protokolov. Bude analyzovať experimentálne dáta použitím komerčných programových balíkov, pokúsi sa o simuláciu vplyvu vybraných usporiadaní na distribúciu veľkostí dipólových interakcií v nanočasticových systémoch.
Cieľom predkladanej práce je vyjasnenie podmienok formovania stavu spinového skla a superspinového skla v podmienkach obmedzujúcej geometrie s dôrazom na magnetickú nízkorozmernosť, kritický pomer veľkosti energetickej bariéry a veľkostí magnetických interakcií, ako aj efektov konečných rozmerov magnetických entít.
Vedecké publikácie so zameraním relevantným téme dizertačnej práce.
progresívne materiály (PMdAj)
Povrchové deformácie magnetických doménových stien v tenkých drôtoch
Valcová topografia feromagnetických vzoriek je jedným z faktorov, ktoré umožňujú veľké rýchlosti doménových stien. V našej práci sa zameriame na pozorovania povrchového tvaru doménových stien v tenkých valcoch pri malých rýchlostiach. Bude využívaná novovybudovaná metodika na báze Magneto-optického Kerrovho javu (MOKE), ktorá sa rozšíri o možnosť pozorovania viacerých doménových stien naraz. Študent bude participovať na návrhu a dizajne budiacich cievok a simulácie magnetických polí. Následne sa vykonajú pozorovania povrchového tvaru a deformácií doménovej steny v drôtoch s rôznymi hodnotami magnetických anizotropií.
Cieľom tejto práce je vykonanie magnetooptickýc pozorovaní na drôtoch s nerovinnou topografiou.
1. HUBERT, Alex; SCHÄFER, Rudolf. Magnetic domains: the analysis of magnetic microstructures. Springer Science & Business Media, 2008. 2. HAJKO ,Vladimír; POTOCKÝ, Ladislav; ZENTKO, Anton. Magnetizačné procesy. Bratislava : Alfa, 1982. 3. VIŠŇOVSKÝ, Štefan. Optics in magnetic multilayers and nanostructures. Crc Press, 2018. 4. CHEN, C. W. Magnetism and metallurgy of soft magnetic materials Dover Pub. Inc., New York, 1986.
biofyzika (BFd)
Svetelná robotika
Laserovým lúčom poháňané mechanické mikroštruktúry, zachytené a polohované pomocou optickej pinzety, sa dajú ľahko integrovať do mikrofluidného LOC (lab-on-chip) prostredia. Prevažná väčšina mikroštruktúr poháňaných svetlom sa pripravuje dvojfotónovou polymerizáciou. Cieľom práce je preskúmať možnosti využitia elastických mikroštruktúr v oblasti bio-medicínskych aplikácií. Konkrétne sa zameriame na dve oblasti: využitie svetlom ovládaných mikroštruktúr na meranie viskozity a na manipuláciu živých buniek.
- Vyvinúť a otestovať mobilný mikro-viskozimeter založený na stochastických fluktuáciách mikroštruktúr prenášaných pomocou optickej pinzety. - Zdokonaliť svetlom riadené mikro-roboty na manipuláciu živých buniek a použiť ich (i) na tvorbu viacbunkových štruktúr a (ii) na sledovanie medzi-bunkových interakcií.
- Z. Song, D. Cheng, L. Zhao: Microfluidics, Wiley-VCH, 2018 - J. Glückstad, Light robotics: Structure-mediated nanobiophotonics, Elsevier, 2017
progresívne materiály (PMd)
Štruktúra a vlastnosti bezolovnatej feroelektrickej keramiky
Ťažiskom dizertačnej práce bude výskum a vývoj nových elektrokeramických materiálov na báze bezolovnatých feroelektrických systémov perovskitového typu. Súčasťou práce bude zvládnutie technologických postupov prípravy materiálov klasickou keramickou cestou, RTG difrakčná analýza štruktúry, rastrovacia a transmisná elektrónová mikroskopia a charakterizácia špecifických fyzikálnych vlastností funkčnej keramiky. Pri analytickom hodnotení makroskopických vlastností vo vzťahu k chemizmu a štruktúre elektrokeramiky bude dôraz kladený na implementáciu techniky dielektrickej spektroskopie vo výskume feroelektrických fázových prechodov.
Ťažiskom dizertačnej práce bude výskum a vývoj nových elektrokeramických materiálov na báze bezolovnatých feroelektrických systémov perovskitového typu. Súčasťou práce bude zvládnutie technologických postupov prípravy materiálov klasickou keramickou cestou, RTG difrakčná analýza štruktúry, rastrovacia a transmisná elektrónová mikroskopia a charakterizácia špecifických fyzikálnych vlastností funkčnej keramiky.
Aktuálna časopisecká literatúra.
progresívne materiály (PMd)
Štúdium kinetiky kryštalizácie amorfných prekurzorov na báze Fe
Jednou z najviac študovaných problematík v oblasti materiálového výskumu je bezpochyby kinetika fázových transformácií prvého druhu. Hlavným dôvodom takéhoto zvýšeného záujmu je skutočnosť, že fázové transformácie predstavujú účinný nástroj na modifikáciu mikroštruktúry študovaných materiálov a tým pádom ponúkajú možnosť optimalizácie ich výsledných vlastností. Úplné porozumenie mechanizmov kinetiky fázových transformácií, a s tým súvisiacich zmien v mikroštruktúre, vytvára predpoklad pre zlepšenie výsledných vlastností rôzneho typu a rozsahu. Rýchle ochladenie taveniny predstavuje typický príklad silne nerovnážneho procesu, ktorý vedie k tvorbe metastabilných materiálov, akými sú kovové sklá. Rýchlym ochladením sa amorfná štruktúra, ktorá je charakteristická pre kvapalný stav, uchová aj v tuhom stave. V dôsledku štruktúry, ktorá sa vyznačuje krátkodosahovým atomárnym usporiadaním, vykazujú kovové sklá rad vynikajúcich magnetických a mechanických vlastností. V prípade magnetických vlastností sa jedná o veľmi nízke hodnoty koercivity, magnetostrikcie a magnetizačných strát, ktoré sú sprevádzané vysokými hodnotami permeability. Jedným z hlavných cieľov navrhovanej dizertačnej práce bude podrobné štúdium procesu kinetiky kryštalizácie amorfného prekurzoru na báze Fe. Dôraz bude kladený na optimalizáciu výslednej mikroštruktúry s cieľom zlepšiť výsledné magnetické vlastnosti. Okrem štandardných laboratórnych metodík (DSC, SEM, TEM, RTG, MSB) budú pri štúdiu aplikované moderné metodiky využívajúce rozptyl synchrotrónového žiarenia.
Jedným z hlavných cieľov navrhovanej dizertačnej práce bude podrobné štúdium procesu kinetiky kryštalizácie amorfného prekurzoru na báze Fe. Dôraz bude kladený na optimalizáciu výslednej mikroštruktúry s cieľom zlepšiť výsledné magnetické vlastnosti.
relevantná časopisecká literatúra
progresívne materiály (PMd)
Štúdium magnetických a tepelných vlastností vysoko-entropických funkčných zliatin
Hlavná myšlienka dizertačnej práce spočíva v nájdení vyhovujúceho chemického zloženia, ktoré bude spĺňať kritériá pre vysoko-entropické funkčné zliatiny. Vhodne zvolená kompozícia jednotlivých chemických prvkov vedie k príprave práve takých materiálov, kde sa môžeme venovať vybraným fyzikálnym vlastnostiam. Zameriame sa na kombináciu prvkov spadajúcich do skupiny polovičných Heuslerových zliatin so stochiometrickým vzorcom XYZ, kde X a Y predstavujú prechodový prvok a Z prvok z p bloku. Pre materiály, ktorým sa chceme venovať sa javí príprava vzoriek vo forme pások a mikrodrôtov pomocou Taylor-Ulitovského metódy veľmi výhodná. Súčasťou práce je aj návrh možnej chladiacej technológie a jej implementácia do technickej praxe.
Cieľom dizertačnej práce je výskumnových vysoko-entropických zliatin ako termoelektrických materiálov. Práca sa bude venovať nájdeniu vyhovujúcej kompozície, ktorá bude spĺňať kritériá pre vysoko-entropické zliatiny a zároveň bude patriť do skupiny termoelektrických materiálov. Zameriame sa na kombináciu prvkov spadajúcich do skupiny polovičných Heuslerových zliatin so stechiometrickým vzorcom XYZ, kde X a Y predstavujú prechodový prvok a Z prvok z p bloku.
[1] S. Skipidarov, M. Nikitin (Eds.): Novel Thermoelectric Materials and Device Design Concepts, Springer 2019, ISBN: 978-3-030-12056-6 [2] H. Fukuyama, Y. Waseda (Eds): High-Temperature Measurements of Materials, Springer 2009, ISBN: 978-3-540-85917 [3] P. Sharma, V. K. Dwivedi, S. P. Dwivedi: Development of high entropy alloys: A review, Materials Today: Proceedings 43, 2021, 502-509
fyzika (Fd)
Štúdium nerovnovážnych štatistických modelov metódami renormalizačnej grupy
Významnú oblasť teoretickej fyziky tvoria modely nerovnovážnych systémov. V poslednej dobe je veľká pozornosť venovaná modelom aktívnej hmoty a teoreticky príbuzným modelom aktívnych prímesí. Sľubné teoretické prístupy na ich kvantitatívny opis sa zakladajú na použití rôznych metód renormalizačnej grupy. Z technických dôvodov sa väčšina prác zameriava na najjednoduchšie jednoslučkové priblíženie. Zo zjavných dôvodov by bolo potrebné rozpracovanie nových a účinných analytických a numerických algoritmov pre výpočet škálovacích indexov a riadiacich parametrov uvažovaných modelov vo výšších radoch poruchovej teórie. Hlavným cieľom dizertačnej práce bude preto rozpracovanie univerzálnych prístupov k výpočtom predovšetkým dvoj- slučkových Feynmanových diagramov a ich aplikácia pri určení anomalných indexov pre rôzne triedy univerzality opisujúce veľkoškálové správanie sa štatistických korelácií skúmaných polí. Okrem dobrej znalosti základov modernej fyziky sa bude u doktoranda vyžadovať znalosť moderných programovacích jazykov.
Riešiť aktuálne úlohy nerovnovážnych fázových prechodov v rôznych modeloch aktívnej hmoty a aktívnej prímesi metódami kvantovej teórie poľa a renormalizačnej grupy.
Adzhemyan, L.T.; Antonov, N.V.; Vasiliev, A.N. Field theoretic renormalization group in fully developed turbulence; CRC Press, 1999. Active Matter and Nonequilibrium Statistical Physics: Lecture Notes of the Les Houches Summer School: Volume 112, (Oxford Academic, 2022) M. C. Marchetti, J. F. Joanny, S. Ramaswamy, T. B. Liverpool, J. Prost, M. Rao, and R. A. Simha, Rev. Mod. Phys. 85, 1143 (2013). A. Cavagna, I. Giardina, and T. S. Grigera, Phys. Rep. 728, 1 (2018). J. Zinn Justin, Quantum Field Theory and Critical Phenomena, (Oxford Univers Press, 1989) A. N. Vasil’ev The Field Theoretic Renormalization Group in Critical Behavior Theory and Stochastic Dynamics, Boca Raton:Chapman & Hall/CRC (2004)
fyzika (Fd)
Štúdium podštruktúr v uhlových rozdeleniach produkovaných častíc v zrážkach ťažkých iónov
Dôležitým cieľom štúdia zrážok jadier pri vysokých energiách je hľadanie javov spájajúcich sa s veľkými hustotami získanými v takýchto zrážkach. Predpokladá sa, že prechod z QGP (kvark - gluónová plazma) späť do normálnej hadrónovej fázy prispieva k fluktuáciám v počtoch produkovaných častíc v lokálnych oblastiach fázového priestoru. S využitím jednotnej metodiky budú analyzované zrážky protón-protón a zrážky ťažkých iónov pri hybnostiach od 1 do 160 GeV/c/nukleón. Analýza sa uskutoční metódami priečnych hybností, hlavných vektorov, azimutálnych korelačných funkcií, Fourierovým rozvojom rozdelení azimutálnych uhlov a inými metódami. Experimentálne výsledky budú porovnané s modelovými výpočtami.
odborná literatúra
fyzika (Fd)
Štúdium produkcie podivných častíc v protón-protónových zrážkach s vysokou multiplicitou v experimente ALICE na urýchľovači LHC v CERN ALICE
Upgrade experimentu ALICE v hardvérovej a v softvérovej oblasti umožnil v roku 2022 navýšiť doterajšiu štatistiku protón-protónových (pp) zrážok (získanú v rokoch 2009-2018) viac ako 300-krát. Zber dát je plánovaný až do roku 2025 a očakáva sa ďalšie rapídne navýšenie štatistiky. To otvára nové možnosti skúmania zriedkavých procesov v oblasti pp zrážok alebo v oblasti zrážok ťažkých iónov. Jedným z otvorených problémov je aj pôvod zvýšenej produkcie podivných a multi-podivných častíc oproti produkcii nepodivných častíc v pp zrážkach s vysokou multiplicitou [1]. Stále nevieme, či trend závislosti zvýšenej produkcie od multiplicity zrážky v pp bude sledovať trend zvýšenej produkcie v periférnych zrážkach ťažkých iónov, alebo sa bude signifikantne odkláňať. Práca má za cieľ skúmať produkciu podivných častíc v protón-protónových zrážkach s vysokou multiplicitou zozbieraných s bezprecedentnou štatistikou v Run3 (2022-2025) na urýchľovači LHC. [1] ALICE Collaboration., Adam, J., Adamová, D. et al. Enhanced production of multi-strange hadrons in high-multiplicity proton–proton collisions. Nature Phys 13, 535–539 (2017). https://doi.org/10.1038/nphys4111
Aktuálna časopisecká literatúra
fyzika (Fd)
Štúdium produkcie vektorových mezónov v rámci experimentu ALICE
Doktorand sa má zoznámiť s fyzikálnou problematikou chovania silne interagujúcej jadrovej hmoty pri extrémnych hustotách energie a vysokých teplotách, preštudovať výsledky predchádzajúcich experimentov hlavne na RHIC a SPS a ich interpretáciu. Preštudovat detektory a triggerový systém experimentu. Naučiť sa pomocou simulovaných prípadov a programov ROOT a Online-Offline Computing System (O2) zistiť odozvu detektorov z Run 3 dát, účinnosť spracovávateľského reťazca, stanoviť a preveriť kritériá výberu študovaných častíc. Zvládnuť prácu v distribuovanom systéme Hyperloop. Porovnať výsledky fyzikálnej analýzy s modelovými výsledkami.
1. Cheuk-Yin Wong: Introduction to High-Energy Heavy-Ion Collisions, World Scientific, 1994. 2. Ramona Vogt: Ultrarelativistic Heavy-Ion Collisions, Elsevier Science, 2008. 3. László Pál Csernai: Introduction to Relativistic Heavy Ion Collisions, John Wiley &Sons, Chichester, 1994. 4. Gunnar Lovhoiden: Heavy Ion Collisions at High Energies, Kompendium FYS338(UiB) og FYS374(UiO), August 14, 1996. 5. Donald H. Perkins: Introduction to High Energy Physics, Cambridge University Press, 1972. 6. F. Halzen, A.D. Martin : Quarks and Leptons, John Wiley &Sons, 1984. 7. B. Povh, K. Rith, C. Scholtz, F. Zetsche: Particles and Nuclei, Springer 1995.
progresívne materiály (PMd)
Štúdium stability tvarovej pamäte v Ni2FeGa mikrodrôtoch
Feromagnetická Heuslerová zliatina Ni2FeGa má širokospektrálny aplikačný potenciál v snímačoch a aktuátoroch vďaka kombinácii magnetických vlastností a existencii javu tvarovej pamäte (JTP). Teplotný interval termo-elastickej fázovej transformácie JTP je možné kontorlovať zmenou chemického zloženia, resp. atómovej konfigurácie usporiadanej materskej fázy. Kým rovnovážne chemické zloženie usporiadanej fázy má teplotu premeny okolo 50 K, presýtením usporiadanej fázy je možné posunúť premenu nad teplotu 300 K. Pilotné experiment preukazali, že zliatina v tvare mikrodrôtov má vďaka hrúbke (< 30 m) unikátnu odolnosť voči cyklickému prechodu cez teplotnú oblasť fázovej transformácie. Zmeny vlastností a štruktúry materiálu neboli zaznamenané po viac ako 106 cyklov. Téma dizertačnej práce je zameraná na štúdium tvarovej pamäte a vlastností Heuslerových zliatin vo vzťahu k ich štruktúre a forme pripravenej zliatiny. Práca bude zameraná na určenie teplotnej a mechanickej stability usporiadanej materskej fázy a zdôvodnenie vplyvov na telpotu transformácie vyrobených mikrodrôtov.
Téma dizertačnej práce je zameraná na štúdium tvarovej pamäte a vlastností Heuslerových zliatin vo vzťahu k ich štruktúre a forme pripravenej zliatiny. Práca bude zameraná na určenie teplotnej a mechanickej stability usporiadanej materskej fázy a zdôvodnenie vplyvov na telpotu transformácie vyrobených mikrodrôtov.
Aktuálna časopisecká literatúra.
progresívne materiály (PMd)
Štúdium štruktúry neusporiadaných a kvázi-usporiadaných kovových zliatin pomocou rozptylu elektrónového a RTG žiarenia.
Fázové prechody tuhých látok z neusporiadaného stavu do usporiadania komplexných štruktúr sú predmetom moderných výskumov. Vzájomný vzťah štruktúry východzieho a konečného stavu usporiadania hrá dôležitú úlohu pri tvorbe nových fáz, ktoré majú neobvyklé fyzikálne a chemické vlastnosti. Zmeny externých podmienok fázových prechodov, napr. silné magnetické polia alebo extrémne prudké zmeny teplôt, umožňujú veľkú variabilitu finálnych vlastností tuhých látok. Témou dizertačnej práce bude štúdium atomárnej stavby a stability syntetizovaných fáz vo vybraných materiáloch pomocou techník elektrónovej a fotónovej difrakcie, vo vzťahu k ich vlastnostiam. V práci bude kladený väčší dôraz na experimentálnu časť, ktorá sa bude realizovať na modernom elektrónovom mikroskope JEOL 2100F UHR. Pre úspešné zvládnutie práce však bude potrebné využívať aj infraštruktúru centier elektrónovej mikroskopie a synchrotrónov v zahraničí.
1.) Príprava zliatin na výrobu masívnych kovových skiel. 2.) Termomechanické spracovanie a testovanie mechanických a fyzikálnych vlastností masívnych kovových skiel. 3.) Štúdium lokálnej atómovej štruktúry kovových skiel a jej korelácii s fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami. 4.) Štúdium amorfizácie, kryštalizačných procesov a termomechanicky indukovaných fázových premien kryštalických fáz.
Williams D. B. and Crater C. B.: Transmission electron microscopy. 2nd ed., Springer Science, 2009, ISBN 978-0-387-76500-6. Inoue A. and Suryanarayana C.: Bulk metallic glasses. CRC Press, Talyor and Francis Group, 2011, ISBN-13: 978-1-4200-8597-6 Miller M. and Liaw P.: Bulk metallic glasses: An overview. Springer Science, 2008, ISBN 978-0-387-48920-9. Als-Nielsen J. and McMorrow D.: Elements of Modern X-ray Physics. 2nd ed., John Wiley & Sons Ltd, 2011, ISBN 978-0-470-97395-0
fyzika (Fd)
Štúdium vplyvu kozmického počasia na oblasť rozhrania medzi vesmírom a Zemou
Oblasť rozhrania medzi vesmírom a Zemou sa nachádza vo výškach 80 - 300 km nad zemským povrchom. Je to dynamická oblasť neustále ovplyvnňovaná slnečným žiarením a kozmickým počasím zhora a atmosferickými procesmi zospodu. Cieľom práce je študovať túto dynamiku najmä s dôrazom na identifikáciu vplyvu javov kozmického počasia. Využijú sa na to optické pozorovania airglowu zo satelitných misií a z pozemných celooblohových kamier a fotometrov; merania parametrov ionosféry z GNSS prijímačov a rádiových systémov založených na princípe Dopplerovho posunu; dáta kozmického počasia popisujúce slnečnú aktivitu, slnečný vietor, medziplanetárne magnetické pole a narušenie geomagnetického poľa. Práca sa bude zaoberať detailnými prípadovými štúdiami konkrétnych udalostí a tiež všeobecným dátovo-riadeným prístupom s využitím techník strojového učenia. Získané poznatky prispejú k lepšiemu pochopeniu dôsledkov kozmického počasia na prostredie, ktoré významne ovplyvňuje komunikáciu a prevádzku satelitov a teda je dôležité aj pre celú spoločnosť.
Cieľom práce je študovať dynamiku oblasti rozhrania medzi vesmírom a Zemou najmä s dôrazom na identifikáciu vplyvu javov kozmického počasia.
Space Physics, Ch. T. Russell, J. G. Luhmann, and R. J. Strangeway, Cambridge Univ. Press, 2016. Machine Learning Techniques for Space Weather, E. Camporeale, S. Wing, J. Johnson, Elsevier, 2018 Space Physics and Aeronomy, Y. Zhang, L. J. Paxton, American Geophysical Union, 2021
biofyzika (BFd)
Študium vzťahu štruktúra-stabilita-bunkový záchyt polymérnych transportných systémov pre protinádorové liečivá
Nanočastice tvorené spontánnou štruktúrnou organizáciou amfifilných kopolymérov si v poslednom období získali zvýšenú pozornosť ako inteligentný nosič pre lepšiu solubilizáciu a efektívny transport protirakovinových látok do buniek. Mnohé z týchto nanočastíc prešli klinickými skúškami a niektoré sa už i klinicky používajú. Na dosiahnutie vysokej terapeutickej účinnosti po intravenóznej aplikácii polymérnej formulácie nano-liečiva je jeho stabilita počas cirkulácie v krvných kompartmentoch nevyhnutným predpokladom na dodanie liečiva. Cieľom tejto práce je študovať a porozumieť chovaniu polymérnych nanočastíc za podmienok, ktorým budú čeliť in vivo, ako sú extrémne zriedenia a interakcie s krvnými proteínmi (napr. sérovým albumínom, globulínom) a bunkami. Doktorand bude skúmať, ako malé štrukturálne zmeny kopolyméru ovplyvnia vzťah medzi stabilitou a aktivitou nanočastíc, čo môže hrať rozhodujúcu úlohu pri navrhovaní účinných polymérnych nanočastíc pre biomedicínske aplikácie.
Cieľom tejto práce je študovať a porozumieť chovaniu polymérnych nanočastíc za podmienok, ktorým budú čeliť in vivo, ako sú extrémne zriedenia a interakcie s krvnými proteínmi (napr. sérovým albumínom, globulínom) a bunkami.
1. Datta S.*, Huntosova V.*, Jutkova A., Seliga R., Kronek J., Tomkova A., Lenkavska L., Macajova M., Bilcik B., Kundekova B., Cavarga I., Pavlova E., Sloufl M., Miskovsky P., Jancura D.: Influence of hydrophobic side-chain length in amphiphilic gradient copoly(2-oxazoline)s on the therapeutics loading, stability, cellular uptake and pharmacokinetics of nano-formulation with curcumin. Pharmaceutics 14, 2576 (2022) 2. Huntosova V.*, Datta S., Lenkavska L., Macajova M., Bilcik B., Kundekova B., Cavarga I., Kronek J., Jutkova A., Miskovsky P., Jancura D.: Alkyl Chain Length in Poly(2-oxazoline)-Based Amphiphilic Gradient Copolymers Regulates the Delivery of Hydrophobic Molecules: A Case of the Biodistribution and the Photodynamic Activity of the Photosensitizer Hypericin. Biomacromolecules, 22: 4199-4216 (2021)
fyzika (Fd)
Teoretické štúdium lokalizovaných magnetických systémov s magnetoelastickou väzbou
Väčšina súčasných teoretických prác v oblasti lokalizovaných magnetických systémov skúma jednoduché teoretické modely, ktoré ignorujú magnetostrikčné javy a tepelnú rozťažnosť materiálov. Tieto efekty sú však vždy prítomné vo všetkých reálnych magnetických systémoch a môžu výrazne ovplyvniť takmer všetky ich termodynamické vlastnosti. Vzhľadom na túto skutočnosť je hlavným cieľom navrhovaného výskumného programu preskúmať niekoľko teoretických modelov lokalizovaných magnetických systémov, ktoré budú okrem magnetickej energie zahŕňať aj energiu mriežky. Na tento účel skombinujeme rôzne statické kryštálové potenciály s anharmonickými Einsteinovými alebo Debyeovými teóriami vibrácií a magnetickú časť energie zahrnieme pomocou zovšeobecnených Isingových alebo Heisenbergových modelov s výmennými interakciami závislými od vzdialenosti/objemu. Špeciálnu pozornosť budeme venovať magnetickým systémom s negatívnou tepelnou rozťažnosťou mriežky. Takýto prístup otvorí nový pohľad na magnetizmus kryštalických izolantov a môže viesť k predpovedi mnohých originálnych a zaujímavých fyzikálnych javov.
Cieľom dizertačnej práce je teoretické štúdium termodynamických vlastností lokalizovaných magnetických modelov s magnetoelastickou väzbou.
1. M. Rončík, T. Balcerzak, K. Szalowski and M. Jaščur, Mean-field theory of the spin-1/2 transverse field Ising model with a negative thermal expansion, Journal of Physics: Condensed Matter 34 (2022) 485802 (9pp). 2. M. Jaščur, M. Rončík, T. Balcerzak, and K. Szalowski, A novel critical behavior of the spin-1 Blume–Capel model with a distance-dependent nearest-neighbor exchange interaction and magneto-elastic coupling, Journal of Physics: Condensed Matter 32 (2020) 335801 (11pp).
biofyzika (BFd)
Teoretické štúdium možných mechanizmov alosterickej aktivácie vápnikovej pumpy SERCA
Nedávny výskum poukázal na dôležitosť narušenej vápnikovej signalizácie pri mnohých patologických procesoch. Kľúčovú úlohu pri zachovávaní vápnikovej homeostázy zabezpečuje vápniková ATPáza sarko/endoplazmatického retikula SERCA, ktorá pumpuje vápnikové ióny z cytoplazmy do lumenu. Aktivitu SERCA, ktorá môže byť za patologických podmienok znížená, je možné zvýšiť alosterickými aktivátormi. Je pravdepodobné, že ich mechanizmus účinku, ktorý doteraz nie je známy, môže byť založený na interferencii s modulačnými účinkami ATP. Cieľom práce bude prispieť k objasneniu modulačných účinkov ATP a možného mechanizmu alosterickej aktivácie pomocou metód molekulového modelovania a molekulovej dynamiky. Práca vyžaduje predchádzajúce skúsenosti s uvedenými metódami a prácou s vysokovýkonnou výpočtovou technikou (HPC).
Cieľom práce je prispieť k objasneniu modulačných účinkov ATP a možného mechanizmu alosterickej aktivácie pomocou metód molekulového modelovania a molekulovej dynamiky.
Rodríguez, Yoel - Májeková, Magdaléna**. Structural Changes of Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase Induced by Rutin Arachidonate: A Molecular Dynamics Study. In Biomolecules : Open Access Journal, 2020, 10, no. 2, art. no. 214. https://doi.org/10.3390/biom10020214 Clausen, J.D.; McIntosh, D.B.; Woolley, D.G.; Andersen, J.P. Modulatory ATP Binding Affinity in Intermediate States of E2P Dephosphorylation of Sarcoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase. Journal of Biological Chemistry 2011, 286, 11792–11802, doi:10.1074/jbc.M110.206094
fyzika (Fd)
Teoretické štúdium skyrmionových stavov vo frustrovaných antiferomagnetikách
Antisymetrická spinová výmenná interakcia typu Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) môže viesť k vzniku skrútených magnetických štruktúr. Tieto vzbudili veľký záujem najmä po experimentálnom pozorovaní netriviálnych magnetických konfigurácií, nazývaných magnetické skyrmionové mriežky, ktoré majú potenciálne technologické aplikácie [1]. Vo feromagnetických (FM) systémoch vzniká skyrmionová fáza z konkurencie medzi FM interakciami a DMI a je stabilizovaná magnetickým poľom a tepelnými fluktuáciami. Podobná antiferomagnetická (AFM) skyrmionová fáza bola objavená vo frustrovanom klasickom Heisenbergovom AFM na trojuholníkovej mriežke v poli a to nielen s DMI [2], ale aj bez DMI v dôsledku interakcií medzi ďalšími susedmi [3]. Ukázalo sa, že magnetická frustrácia môže zlepšiť stabilitu skyrmiónovej fázy [4] a že použitie AFM v zariadeniach založených na skyrmionoch má určité výhody oproti implementácii FM [5]. Cieľom navrhovaného výskumu je teoretické hľadanie a štúdium vhodných kandidátov medzi frustrovanými AFM, ktoré by vykazovali skyrmionové fázy s fyzikálne a technologicky zaujímavými vlastnosťami.
1. N. Romming, C. Hanneken, M. Menzel, J. E. Bickel, B.Wolter, K. von Bergmann, A. Kubetzka, and R. Wiesendanger, Science 341, 636 (2013). 2. H. D. Rosales, D. C. Cabra, and Pierre Pujol, Phys. Rev. B. 92, 214439 (2015) 3. T. Okubo, S. Chung and H. Kawamura, Phys. Rev. Lett. 108, 017206 (2012). 4. H. Y. Yuan, O. Gomonay, and Mathias Kläui, Phys. Rev. B 96, 134415 (2017). 5. J. Barker, O. A. Tretiakov, Phys. Rev. Lett. 116, 147203 (2016); W. Legrand et al., Nature materials 19, 34 (2020).
biofyzika (BFd)
Termodynamické vlastnosti katalytického centra respiračných hem-meďnatých oxidáz
Väčšina biologickej spotreby kyslíka je katalyzovaná jednou rodinou respiračných oxidáz, nazývanou hem-meďnaté oxidázy. Táto trieda oxidáz je nevyhnutná pre bunkové dýchanie a transformáciu energie v aeróbnych organizmoch. Oxidázy sú súčasťou organizovaného dýchacieho reťazca enzýmov umiestnených vo vnútornej mitochondriálnej membráne eukaryotov alebo plazmatickej membráne mnohých prokaryotov. V tomto dýchacom reťazci prebieha tok elektrónov rovnobežne s rovinou membrány. Tento elektrónový transport poskytuje energiu na endergonický prenos protónov cez membránu. Dochádza tak k premena potenciálnej energie elektrónov na transmembránový protónový gradient. Tento gradient je tvorený dvoma rôznymi molekulovými mechanizmami, pričom jedným z týchto mechanozmov je pumpovanie protónov. Napriek zásadnej dôležitosti pumpovania protónov pri transformácii energie v bunkách nie je mechanizmus prepojenia toku elektrónov s pumpovaním protónov dostatočne objasnený. Je známe, že pumpovanie protónov sa vyskytuje v dvoch typoch enzýmov dýchacieho reťazca, pričom jedným z týchto typov sú terminálne oxidázy. Hem-meďnaté oxidázy katalyzujú redukciu O2 na H2O v katalytickom centre týchto oxidáz pozostávajúcom z hemu a iónu medi. Veľkou triedou hem-meďnatých oxidáz sú cytochróm c oxidázy (CcO), ktoré využívajú na redukciu O2 elektróny dodávané cytochrómom c. Publikované údaje naznačujú, že pumpovanie protónov musí byť spojené s redoxnými prechodmi v tomto katalytickom centre. Napriek významnej dôležitosti tohto katalytického centra neboli doteraz precízne stanovené jeho termodynamické vlastnosti, ktorých popis je zásadný pre objasnenie mechanizmu protónového pumpovania v tomto type enzýmov. Cieľom tejto dizertačnej práce je získať podrobný opis termodynamických vlastností katalytického centra v CcO, s dôrazom na stanovenie redoxných potenciálov hemu a iónu medi tvoriacich katalytické centrum CcO a ich závislosti na pH prostredia. Na tento účel sa použije purifikovaná CcO z mitochondrií hovädzích sŕdc. Medzi najviac používané experimentálne techniky v tejto práci budú patriť: UV - Vis absorpčná spektroskopia, magnetický kruhový dichroizmus izotermálna titračná kalorimetria a elektrónová paramagnetická spektroskopia. Využitím týchto techník sa získa podrobná termodynamická charakteristika katalytického centra CcO.
Cieľom tejto dizertačnej práce je získať podrobný opis termodynamických vlastností katalytického centra v CcO, s dôrazom na stanovenie redoxných potenciálov hemu a iónu medi tvoriacich katalytické centrum CcO a ich závislosti na pH prostredia. Na tento účel sa použije purifikovaná CcO z mitochondrií hovädzích sŕdc. Medzi najviac používané experimentálne techniky v tejto práci budú patriť: UV - Vis absorpčná spektroskopia, magnetický kruhový dichroizmus izotermálna titračná kalorimetria a elektrónová paramagnetická spektroskopia. Využitím týchto techník sa získa podrobná termodynamická charakteristika katalytického centra CcO.
1. D. Nicholls and S. Fergusson. Bioenergetics 4, Academic Press, 2013. 2. M. Wikström (Ed.). Biophysical and Structural Aspects of Bioenergetics, The Royal Society of Chemistry, 2005. 3. D. Harris. Bioenergetics at a Glance, Blackwell Science Ltd., 1995. 4. S. Pappa, F. Guerrini, J. Tager (Eds.). Frontiers of Cellular Bioenergetics, Kluwer Academic, 1999. 5. V. Saks (Ed.). Molecular System Bioenergetics, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., 2007.
biofyzika (BFdAj)
Porovnanie bunkových odpovedí na vonkajšie podnety v 2D a 3D modeli neurodegeneratívnych ochorení.
Etiológia väčšiny neurodegeneračných ochorení nie je jednoznačná, no ukázalo sa, že interakcie medzi genetickými a environmentálnymi faktormi, životným štýlom a stravovacími faktormi zohrávajú úlohu pri Parkinsonovej (PD) alebo Alzheimerovej (AD) chorobe a ALS (amyotrofická laterálna skleróza. Dlhodobé vystavenie nízkym dávkam kovov, pesticídom, rozpúšťadlám a petrochemickým látkam bolo indikované ako rizikové faktory životného prostredia pri PD, AD a ALS. PD bola pozitívne spojená s dvoma skupinami pesticídov, vrátane rotenónu (ROT) a paraquatu (PAR, ktoré zhoršujú mitochondriálnu funkciu a zvyšujú oxidačný stres, čo ďalej podporuje úlohu týchto mechanizmov v patofyziológii PD. ROT navodené PD modely in vitro a in vivo vykazujú klinické patologické znaky PD, ako je strata dopaminergných buniek, zvýšený oxidatívny stres a agregáty alfa-synukleínu (aSN) (Lewyho telieska). Štúdia sa zameria na porovnanie odpovedí buniek na oxidačný stres, signalizáciu Ca2+ a zmeny aSN v 2D a 3D bunkových štruktúrach. Výskum bude využívať interdisciplinárny prístup využívajúci fluorescenčnú mikroskopiu, AFM, biochémiu, spektroskopiu a molekulárnu biológiu.
Určenie rozdielov medzi 2D a 3D modelom PD v odpovedi buniek na stresové signály.
1. Baltazar et al. (2014) Toxicology Letters 230 85– 2. Tanner et al. (2011) Environmental Health Perspectives 119 (6) 3. Johnson & Bobrovskaya (2015) NeuroToxicology 46 (2015) 101–116 4. Henderson, T.A. and L.D. Morries, Neuropsych. Dis. and Treat. (2015) 11: p. 2191-2208 5. Johnstone, D.M. et al. (2016) Frontiers in Neuroscience, 9. 6. Tang, X., et al. (2014) Front Physiol, 5: p. 175. 7. Yang et al (2018) Experimental Neurology 299 86–96. 8. Stroffekova, K; Kolesarova, S and Tomkova, S (2021 EUR. BIOPHYS. J. WITH BIOPHYS. LETT. 50 (SUPPL 1)
progresívne materiály (PMdAj)
Vývoj funkčných nanomateriálov pomocou elektrochemickej depozície
Hlavným zámerom práce je štúdium funkčných nanomateriálov pripravených pomocou elektrochemickej depozície vo forme nanodrôtov. Na základe štúdia odbornej literatúry vybrať vhodné viacprvkové zliatiny s význačnými fyzikálnymi vlastnosťami a postupnými krokmi skúmať možnosti ich prípravy. Pripravené materiály následne charakterizovať dostupnými analytickými metódami za účelom rozboru ich štruktúrnych, magnetických a iných fyzikálnych vlastností.
Cieľom práce je vývoj Heuslerových nanodrôtov s význačnými fyzikálnymi vlastnosťami vhodnými pre bioaplikácie.
1. M. Varga, L. Galdun, P. Diko, K. Saksl, R. Varga, Analysis of magnetocaloric effect in parallel Ni-Mn-Ga Heusler alloy nanowires J. Alloys Compd., 944 (2023) 169196. 2. L. Galdun, P. Szabo, V. Vega, E. D. Barriga-Castro, R. Mendoza-Reséndez, C. Luna, J. Kovac, O. Milkovic, R. Varga, V. M. Prida, High Spin Polarisation in Co2FeSn Heusler Nanowires for Spintronics, ACS Appl. Nano Mater., 3, 8, (2020) 7438-7445. 3. T. Graf, C. Felser, S. S. P. Parkin, Simple Rules for the Understanding of Heusler Compounds. Prog. Solid State Chem., 39, (2011), 1−50.
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Vplyv obsahu kyslíka na funkcionalitu RMnO3 materiálov s perovskitovou štruktúrou
Ortorombické materiály RMnO3 s perovskitovou štruktúrou vykazujú funkcionálne vlastnosti spojené napr. so silnou magneto - elektrickou väzbou (multiferroické materiály) v dôsledku veľkej variability štruktúrnych parametrov a rozmanitosti typov magnetického usporiadania v týchto materiálov. V práci [1] sme ukázali možnosť vytvorenia vakancií v kyslíkových kryštálových polohách čo otvorilo otázku do akej miery cielené variovanie týchto vakancií ovplyvní funkcionálne vlastnosti spojené s magnetickým usporiadaním. V práci [2] sme ukázali aký je dopad podmienok prípravy multiferroického materiálu GdMnO3 v atmosfére vzduch, Ar alebo O2 na magnetický fázový prechod spojený s generovaním silnej magneto - elektrickej väzby. Témou doktorandského štúdia je zistiť do akej miery takto vytvorená defektná štruktúra a obsah kyslíka ovplyvňujú funkcionalitu týchto materiálov z pohľadu magnetických a elektrických vlastnosti. Úspešné absolvovanie doktorandského štúdia predpokladá zvládnutie prípravy vhodných materiálov vo forme nanopráškov, keramík a kryštálov ako aj ich charakterizáciu z pohľadu štruktúry, magnetických a elektrických vlastností.
Cieľom doktorandského štúdia je zistiť do akej miery možnosť vytvorenia vakancií v kyslíkových kryštálových polohách a obsah kyslíka vo vybraných materiáloch s perovskitovou štruktúrou ovplyvňujú funkcionalitu týchto materiálov z pohľadu magnetických a elektrických vlastnosti.
1. Matúš Mihalik, K. Csach, V. Kavečanský, Marian Mihalik: Cooperative Jahn-Teller effect in NdMn1-xFexO3+delta (0 ≤ x ≤ 0.2), Journal of Alloys and Compounds, 857 (2021) 157612 2. Matúš Mihalik, A. Pacanowska, M. Orendáč, K. Csach, M. Fitta, Marian Mihalik, Vacancy-driven magnetism of GdMnO3+delta multiferroic compound, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 587 (2023) 171221
biofyzika (BFdAj)
Vplyv vybraných pesticídov na genetický materiál buniek
Používanie pesticídov predstavuje pretrvávajúci ekologický problém, preto je potrebné skúmať ich pôsobenie na rôznych úrovniach živých organizmov. V súčasnosti sa mnohé vedecké pracoviská zaoberajú účinkom týchto toxických látok z viacerých pohľadov, napríklad z pohľadu ich genetického pôsobenia alebo účinkov na vznik voľných radikálov v tkanivách. Dizertačný projekt je zameraný na skúmanie interakcií molekúl pesticídov s genetickým materiálom eukaryotických buniek, ktorým budú v prvej etape lineárna a kruhová DNA. Ďalším cieľom sú históny - malé bázické proteíny, ktoré vytvárajú jadro nukleozómov nachádzajúcich sa v bunkovom jadre. Jadro nukleozómu tvorí tzv. histónový oktamér obalený kruhovou DNA, na ktorý sa zameriame po získaní výsledkov z predchádzajúceho štúdia. Úlohou doktoranda bude biofyzikálnymi, fyzikálno-chemickými a termodynamickými metódami určiť spôsob a silu interakcie medzi molekulami pesticídov a hore uvedenými objektami. Pri riešení projektu sa budú využívať metódy zahrňujúce absorpčnú, fluorescenčnú, infračervenú spektroskopiu, priestorové spektrá, optický dichroizmus, kalorimetriu a v spolupráci s Ústavom genetiky aj genetické metódy.
Dizertačný projekt je zameraný na skúmanie interakcií molekúl pesticídov s genetickým materiálom eukaryotických buniek, ktorým budú v prvej etape lineárna a kruhová DNA. Ďalším cieľom sú históny - malé bázické proteíny, ktoré vytvárajú jadro nukleozómov nachádzajúcich sa v bunkovom jadre. Jadro nukleozómu tvorí tzv. histónový oktamér obalený kruhovou DNA, na ktorý sa zameriame po získaní výsledkov z predchádzajúceho štúdia. Úlohou doktoranda bude biofyzikálnymi, fyzikálno-chemickými a termodynamickými metódami určiť spôsob a silu interakcie medzi molekulami pesticídov a hore uvedenými objektami.
LAKOWICZ, Joseph R. Introduction to fluorescence. In: Principles of fluorescence spectroscopy. Springer, Boston, MA, 1999. p. 1-23. GALDÍKOVÁ, Martina, et al. The effect of thiacloprid formulation on DNA/chromosome damage and changes in GST activity in bovine peripheral lymphocytes. Journal of Environmental Science and Health, Part B, 2015, 50.10: 698-707. RATHNAYAKE, P. V. G. M., et al. Trends in the binding of cell penetrating peptides to siRNA: A molecular docking study. Journal of Biophysics, 2017, 2017. GHOLIVAND, M. B., et al. DNA-binding study of anthraquinone derivatives using chemometrics methods. European journal of medicinal chemistry, 2011, 46.7: 2630-2638. VEREBOVÁ, Valéria, et al. Anthraquinones quinizarin and danthron unwind negatively supercoiled DNA and lengthen linear DNA. Biochemical and biophysical research communications, 2014, 444.1: 50-55.
progresívne materiály (PMdAj)
Stanovenie štruktúry kovových skiel pomocou rozptylových a spektroskopických techník využívajúcich rtg. žiarenie, synchrotrónové žiarenie a zobrazovacích techník na XFEL
Táto práca sa bude zaoberať prípravou a štúdiom štruktúry na atomárnej úrovni kovových skiel na báze (Fe, Ni, Cu)-(Hf, Ta, W) vo forme pások a tyčiniek pomocou metódy rýchleho chladenia otáčajúcim sa valcom a zlievaním do medenej zápustky. Amorfná štruktúra pripravených zliatin bude vyšetrovaná pomocou rozptylových a spektroskopických techník využívajúcich synchrotrónové žiarenie, konkrétne vysoko-energetickej röntgenovej difrakcie (HEXRD), anomálnej röntgenovej difrakcie (AXRD) a röntgenovej absorpčnej spektroskopie (XAS). Štruktúra bude taktiež konfrontovaná s pozorovaniami na TEM a MID beamline na EFEL v Hamburgu.
Cieľom práce je zvládnuť metodiky charakterizácie štruktúry amorfných kovových skiel
Aktuálna časopisecká literatúra z oblasti materiálových vied
biofyzika (BFdAj)
Využitie moderných metód biofotoniky pre štúdium dynamiky vzťahu bunkových štruktúr pri Wolframovom syndróme
Využitie svetelného žiarenia pri výskume, diagnostike ako aj terapii ochorení zaznamenáva prudký rozmach. Dôvodom sú unikátne vlastnosti svetelného žiarenia, dostupnosť vysokovýkonných svetelných zdrojov a detektorov na jeho snímanie. Svetelná mikroskopia predstavuje v tomto ohľade významnú oblasť aplikácie týchto princípov. V práci využijeme najmodernejšie metódy konfokálnej mikroskopie a mikroskopie so super vysokým rozlíšením pre výskum štruktúry a funkcie buniek, ich organel a špecifických proteínov pri štúdiu zriedkavého ochorenia Wolframovho syndrómu.
Využitie najmodernejších metód konfokálnej mikroskopie a mikroskopie so super vysokým rozlíšením pre výskum štruktúry a funkcie buniek, ich organel a špecifických proteínov pri štúdiu zriedkavého ochorenia Wolframovho syndrómu.
1. Understanding Biophotonics Fundamentals, Advances, and Applications. K. Tsia et al., 2015 2. Super-Resolution Microscopy: A Practical Guide. U.J. Birk, 2017 3. Calcium Signaling and Contractility in Cardiac Myocyte of Wolframin Deficient Rats. Cagalinec et al., 2019
biofyzika (BFdAj)
Využitie metód evolúcie proteínov pri modifikácii vlastností proteínov a enzýmov
Metódy riadenej evolúcie proteínov ponúkajú efektívny spôsob zmeny vlastnosti proteínov na lokálnej ako aj globálnej úrovni. Ambíciou tohto projektu je zmena lokálnych vlastností enzýmov ako špecificita, afinita a katalytické vlastnosti a zmena globálnych vlastností ako je rozpustnosť proteínu. Objektom tohto projektu budú vybrané enzýmy z rodiny haloalkánových dehalogenáz (HLDs) a -opioid receptor, integrálny proteín z rodiny G-proteín spojených receptorov (GPCR). HLDs sú mikrobiálne enzýmy, ktoré katalyzujú rozštiepenie väzby uhlík-halogén a podieľajú sa na premene toxických halogénovaných uhľovodíkov na menej toxické zlúčeniny – alkoholy. Tieto enzýmy majú preto veľký potenciál pri bioremediácii toxických environmentálnych polutantov, dekontaminácii chemických bojových látok, biomonitoringu znečisťujúcich látok v prostredí a vďaka špecifickej reakcii aj pri značení proteínov pri bunkovom zobrazovaní. GPCR sú receptory nachádzajúce sa na povrchu buniek, sprostredkúvajú odpovede na mnohé endogénne signálne molekuly ako aj na exogénne signály. GPCR patria do centra záujmu farmaceutického priemyslu, keďže viac ako 50% liečiv používaných v súčasnosti pôsobí na GPCR. Zlepšenie uvedených špecifických vlasností týchto proteínov by výrazne napomohlo pochopenie funkcionality týchto proteínov a ich praktickému využitiu. Tento projekt predpokladá zvládnutie viacerých biofyzikálnych, biochemických a molekulárno biologických metód.
Metódami riadenej proteínovej evolúcie dosiahnuť zlepšenie špecifických vlastností vybraných enzýmov a proteínov.
1. Könning D, Kolmar H. Beyond antibody engineering: directed evolution of alternative binding scaffolds and enzymes using yeast surface display. Microb Cell Fact. 2018 Feb 26;17(1):32. doi: 10.1186/s12934-018-0881-3. 2. Rosenfeld L, Heyne M, Shifman JM, Papo N. Protein Engineering by Combined Computational and In Vitro Evolution Approaches. Trends Biochem Sci. 2016 May;41(5):421-433. doi: 10.1016/j.tibs.2016.03.002. 3. Plückthun A. Ribosome display: a perspective. Methods Mol Biol. 2012;805:3-28. doi: 10.1007/978-1-61779-379-0_1. 4. Yan X, Xu Z. Ribosome-display technology: applications for directed evolution of functional proteins. Drug Discov Today. 2006 Oct;11(19-20):911-6. doi: 10.1016/j.drudis.2006.08.012. 5. Články vo vedeckých časopisoch.
fyzika (FdAj)
Teoretické štúdium lokalizovaných magnetických systémov s magnetoelastickou väzbou
Väčšina súčasných teoretických prác v oblasti lokalizovaných magnetických systémov skúma jednoduché teoretické modely, ktoré ignorujú magnetostrikčné javy a tepelnú rozťažnosť materiálov. Tieto efekty sú však vždy prítomné vo všetkých reálnych magnetických systémoch a môžu výrazne ovplyvniť takmer všetky ich termodynamické vlastnosti. Vzhľadom na túto skutočnosť je hlavným cieľom navrhovaného výskumného programu preskúmať niekoľko teoretických modelov lokalizovaných magnetických systémov, ktoré budú okrem magnetickej energie zahŕňať aj energiu mriežky. Na tento účel skombinujeme rôzne statické kryštálové potenciály s anharmonickými Einsteinovými alebo Debyeovými teóriami vibrácií a magnetickú časť energie zahrnieme pomocou zovšeobecnených Isingových alebo Heisenbergových modelov s výmennými interakciami závislými od vzdialenosti/objemu. Špeciálnu pozornosť budeme venovať magnetickým systémom s negatívnou tepelnou rozťažnosťou mriežky. Takýto prístup otvorí nový pohľad na magnetizmus kryštalických izolantov a môže viesť k predpovedi mnohých originálnych a zaujímavých fyzikálnych javov.
Cieľom dizertačnej práce je teoretické štúdium termodynamických vlastností lokalizovaných magnetických modelov s magnetoelastickou väzbou.
1. M. Rončík, T. Balcerzak, K. Szalowski and M. Jaščur, Mean-field theory of the spin-1/2 transverse field Ising model with a negative thermal expansion, Journal of Physics: Condensed Matter 34 (2022) 485802 (9pp). 2. M. Jaščur, M. Rončík, T. Balcerzak, and K. Szalowski, A novel critical behavior of the spin-1 Blume–Capel model with a distance-dependent nearest-neighbor exchange interaction and magneto-elastic coupling, Journal of Physics: Condensed Matter 32 (2020) 335801 (11pp).
biofyzika (BFdAj)
Teoretické štúdium možných mechanizmov alosterickej aktivácie vápnikovej pumpy SERCA
Nedávny výskum poukázal na dôležitosť narušenej vápnikovej signalizácie pri mnohých patologických procesoch. Kľúčovú úlohu pri zachovávaní vápnikovej homeostázy zabezpečuje vápniková ATPáza sarko/endoplazmatického retikula SERCA, ktorá pumpuje vápnikové ióny z cytoplazmy do lumenu. Aktivitu SERCA, ktorá môže byť za patologických podmienok znížená, je možné zvýšiť alosterickými aktivátormi. Je pravdepodobné, že ich mechanizmus účinku, ktorý doteraz nie je známy, môže byť založený na interferencii s modulačnými účinkami ATP. Cieľom práce bude prispieť k objasneniu modulačných účinkov ATP a možného mechanizmu alosterickej aktivácie pomocou metód molekulového modelovania a molekulovej dynamiky. Práca vyžaduje predchádzajúce skúsenosti s uvedenými metódami a prácou s vysokovýkonnou výpočtovou technikou (HPC).
Cieľom práce je prispieť k objasneniu modulačných účinkov ATP a možného mechanizmu alosterickej aktivácie pomocou metód molekulového modelovania a molekulovej dynamiky.
Rodríguez, Yoel - Májeková, Magdaléna**. Structural Changes of Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase Induced by Rutin Arachidonate: A Molecular Dynamics Study. In Biomolecules : Open Access Journal, 2020, 10, no. 2, art. no. 214. https://doi.org/10.3390/biom10020214 Clausen, J.D.; McIntosh, D.B.; Woolley, D.G.; Andersen, J.P. Modulatory ATP Binding Affinity in Intermediate States of E2P Dephosphorylation of Sarcoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase. Journal of Biological Chemistry 2011, 286, 11792–11802, doi:10.1074/jbc.M110.206094
fyzika (FdAj)
Teoretické štúdium skyrmionových stavov vo frustrovaných antiferomagnetikách
Antisymetrická spinová výmenná interakcia typu Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) môže viesť k vzniku skrútených magnetických štruktúr. Tieto vzbudili veľký záujem najmä po experimentálnom pozorovaní netriviálnych magnetických konfigurácií, nazývaných magnetické skyrmionové mriežky, ktoré majú potenciálne technologické aplikácie [1]. Vo feromagnetických (FM) systémoch vzniká skyrmionová fáza z konkurencie medzi FM interakciami a DMI a je stabilizovaná magnetickým poľom a tepelnými fluktuáciami. Podobná antiferomagnetická (AFM) skyrmionová fáza bola objavená vo frustrovanom klasickom Heisenbergovom AFM na trojuholníkovej mriežke v poli a to nielen s DMI [2], ale aj bez DMI v dôsledku interakcií medzi ďalšími susedmi [3]. Ukázalo sa, že magnetická frustrácia môže zlepšiť stabilitu skyrmiónovej fázy [4] a že použitie AFM v zariadeniach založených na skyrmionoch má určité výhody oproti implementácii FM [5]. Cieľom navrhovaného výskumu je teoretické hľadanie a štúdium vhodných kandidátov medzi frustrovanými AFM, ktoré by vykazovali skyrmionové fázy s fyzikálne a technologicky zaujímavými vlastnosťami.
1. N. Romming, C. Hanneken, M. Menzel, J. E. Bickel, B.Wolter, K. von Bergmann, A. Kubetzka, and R. Wiesendanger, Science 341, 636 (2013). 2. H. D. Rosales, D. C. Cabra, and Pierre Pujol, Phys. Rev. B. 92, 214439 (2015) 3. T. Okubo, S. Chung and H. Kawamura, Phys. Rev. Lett. 108, 017206 (2012). 4. H. Y. Yuan, O. Gomonay, and Mathias Kläui, Phys. Rev. B 96, 134415 (2017). 5. J. Barker, O. A. Tretiakov, Phys. Rev. Lett. 116, 147203 (2016); W. Legrand et al., Nature materials 19, 34 (2020).
biofyzika (BFdAj)
Termodynamické vlastnosti katalytického centra respiračných hem-meďnatých oxidáz
Väčšina biologickej spotreby kyslíka je katalyzovaná jednou rodinou respiračných oxidáz, nazývanou hem-meďnaté oxidázy. Táto trieda oxidáz je nevyhnutná pre bunkové dýchanie a transformáciu energie v aeróbnych organizmoch. Oxidázy sú súčasťou organizovaného dýchacieho reťazca enzýmov umiestnených vo vnútornej mitochondriálnej membráne eukaryotov alebo plazmatickej membráne mnohých prokaryotov. V tomto dýchacom reťazci prebieha tok elektrónov rovnobežne s rovinou membrány. Tento elektrónový transport poskytuje energiu na endergonický prenos protónov cez membránu. Dochádza tak k premena potenciálnej energie elektrónov na transmembránový protónový gradient. Tento gradient je tvorený dvoma rôznymi molekulovými mechanizmami, pričom jedným z týchto mechanozmov je pumpovanie protónov. Napriek zásadnej dôležitosti pumpovania protónov pri transformácii energie v bunkách nie je mechanizmus prepojenia toku elektrónov s pumpovaním protónov dostatočne objasnený. Je známe, že pumpovanie protónov sa vyskytuje v dvoch typoch enzýmov dýchacieho reťazca, pričom jedným z týchto typov sú terminálne oxidázy. Hem-meďnaté oxidázy katalyzujú redukciu O2 na H2O v katalytickom centre týchto oxidáz pozostávajúcom z hemu a iónu medi. Veľkou triedou hem-meďnatých oxidáz sú cytochróm c oxidázy (CcO), ktoré využívajú na redukciu O2 elektróny dodávané cytochrómom c. Publikované údaje naznačujú, že pumpovanie protónov musí byť spojené s redoxnými prechodmi v tomto katalytickom centre. Napriek významnej dôležitosti tohto katalytického centra neboli doteraz precízne stanovené jeho termodynamické vlastnosti, ktorých popis je zásadný pre objasnenie mechanizmu protónového pumpovania v tomto type enzýmov. Cieľom tejto dizertačnej práce je získať podrobný opis termodynamických vlastností katalytického centra v CcO, s dôrazom na stanovenie redoxných potenciálov hemu a iónu medi tvoriacich katalytické centrum CcO a ich závislosti na pH prostredia. Na tento účel sa použije purifikovaná CcO z mitochondrií hovädzích sŕdc. Medzi najviac používané experimentálne techniky v tejto práci budú patriť: UV - Vis absorpčná spektroskopia, magnetický kruhový dichroizmus izotermálna titračná kalorimetria a elektrónová paramagnetická spektroskopia. Využitím týchto techník sa získa podrobná termodynamická charakteristika katalytického centra CcO.
Cieľom tejto dizertačnej práce je získať podrobný opis termodynamických vlastností katalytického centra v CcO, s dôrazom na stanovenie redoxných potenciálov hemu a iónu medi tvoriacich katalytické centrum CcO a ich závislosti na pH prostredia. Na tento účel sa použije purifikovaná CcO z mitochondrií hovädzích sŕdc. Medzi najviac používané experimentálne techniky v tejto práci budú patriť: UV - Vis absorpčná spektroskopia, magnetický kruhový dichroizmus izotermálna titračná kalorimetria a elektrónová paramagnetická spektroskopia. Využitím týchto techník sa získa podrobná termodynamická charakteristika katalytického centra CcO.
1. D. Nicholls and S. Fergusson. Bioenergetics 4, Academic Press, 2013. 2. M. Wikström (Ed.). Biophysical and Structural Aspects of Bioenergetics, The Royal Society of Chemistry, 2005. 3. D. Harris. Bioenergetics at a Glance, Blackwell Science Ltd., 1995. 4. S. Pappa, F. Guerrini, J. Tager (Eds.). Frontiers of Cellular Bioenergetics, Kluwer Academic, 1999. 5. V. Saks (Ed.). Molecular System Bioenergetics, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., 2007.
biofyzika (BFdAj)
Študium vzťahu štruktúra-stabilita-bunkový záchyt polymérnych transportných systémov pre protinádorové liečivá
Nanočastice tvorené spontánnou štruktúrnou organizáciou amfifilných kopolymérov si v poslednom období získali zvýšenú pozornosť ako inteligentný nosič pre lepšiu solubilizáciu a efektívny transport protirakovinových látok do buniek. Mnohé z týchto nanočastíc prešli klinickými skúškami a niektoré sa už i klinicky používajú. Na dosiahnutie vysokej terapeutickej účinnosti po intravenóznej aplikácii polymérnej formulácie nano-liečiva je jeho stabilita počas cirkulácie v krvných kompartmentoch nevyhnutným predpokladom na dodanie liečiva. Cieľom tejto práce je študovať a porozumieť chovaniu polymérnych nanočastíc za podmienok, ktorým budú čeliť in vivo, ako sú extrémne zriedenia a interakcie s krvnými proteínmi (napr. sérovým albumínom, globulínom) a bunkami. Doktorand bude skúmať, ako malé štrukturálne zmeny kopolyméru ovplyvnia vzťah medzi stabilitou a aktivitou nanočastíc, čo môže hrať rozhodujúcu úlohu pri navrhovaní účinných polymérnych nanočastíc pre biomedicínske aplikácie.
Cieľom tejto práce je študovať a porozumieť chovaniu polymérnych nanočastíc za podmienok, ktorým budú čeliť in vivo, ako sú extrémne zriedenia a interakcie s krvnými proteínmi (napr. sérovým albumínom, globulínom) a bunkami.
1. Datta S.*, Huntosova V.*, Jutkova A., Seliga R., Kronek J., Tomkova A., Lenkavska L., Macajova M., Bilcik B., Kundekova B., Cavarga I., Pavlova E., Sloufl M., Miskovsky P., Jancura D.: Influence of hydrophobic side-chain length in amphiphilic gradient copoly(2-oxazoline)s on the therapeutics loading, stability, cellular uptake and pharmacokinetics of nano-formulation with curcumin. Pharmaceutics 14, 2576 (2022) 2. Huntosova V.*, Datta S., Lenkavska L., Macajova M., Bilcik B., Kundekova B., Cavarga I., Kronek J., Jutkova A., Miskovsky P., Jancura D.: Alkyl Chain Length in Poly(2-oxazoline)-Based Amphiphilic Gradient Copolymers Regulates the Delivery of Hydrophobic Molecules: A Case of the Biodistribution and the Photodynamic Activity of the Photosensitizer Hypericin. Biomacromolecules, 22: 4199-4216 (2021)
fyzika (FdAj)
Štúdium produkcie vektorových mezónov v rámci experimentu ALICE
Doktorand sa má zoznámiť s fyzikálnou problematikou chovania silne interagujúcej jadrovej hmoty pri extrémnych hustotách energie a vysokých teplotách, preštudovať výsledky predchádzajúcich experimentov hlavne na RHIC a SPS a ich interpretáciu. Preštudovat detektory a triggerový systém experimentu. Naučiť sa pomocou simulovaných prípadov a programov ROOT a Online-Offline Computing System (O2) zistiť odozvu detektorov z Run 3 dát, účinnosť spracovávateľského reťazca, stanoviť a preveriť kritériá výberu študovaných častíc. Zvládnuť prácu v distribuovanom systéme Hyperloop. Porovnať výsledky fyzikálnej analýzy s modelovými výsledkami.
1. Cheuk-Yin Wong: Introduction to High-Energy Heavy-Ion Collisions, World Scientific, 1994. 2. Ramona Vogt: Ultrarelativistic Heavy-Ion Collisions, Elsevier Science, 2008. 3. László Pál Csernai: Introduction to Relativistic Heavy Ion Collisions, John Wiley &Sons, Chichester, 1994. 4. Gunnar Lovhoiden: Heavy Ion Collisions at High Energies, Kompendium FYS338(UiB) og FYS374(UiO), August 14, 1996. 5. Donald H. Perkins: Introduction to High Energy Physics, Cambridge University Press, 1972. 6. F. Halzen, A.D. Martin : Quarks and Leptons, John Wiley &Sons, 1984. 7. B. Povh, K. Rith, C. Scholtz, F. Zetsche: Particles and Nuclei, Springer 1995.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd); fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Vplyv obsahu kyslíka na funkcionalitu RMnO3 materiálov s perovskitovou štruktúrou
Ortorombické materiály RMnO3 s perovskitovou štruktúrou vykazujú funkcionálne vlastnosti spojené napr. so silnou magneto - elektrickou väzbou (multiferroické materiály) v dôsledku veľkej variability štruktúrnych parametrov a rozmanitosti typov magnetického usporiadania v týchto materiálov. V práci [1] sme ukázali možnosť vytvorenia vakancií v kyslíkových kryštálových polohách čo otvorilo otázku do akej miery cielené variovanie týchto vakancií ovplyvní funkcionálne vlastnosti spojené s magnetickým usporiadaním. V práci [2] sme ukázali aký je dopad podmienok prípravy multiferroického materiálu GdMnO3 v atmosfére vzduch, Ar alebo O2 na magnetický fázový prechod spojený s generovaním silnej magneto - elektrickej väzby. Témou doktorandského štúdia je zistiť do akej miery takto vytvorená defektná štruktúra a obsah kyslíka ovplyvňujú funkcionalitu týchto materiálov z pohľadu magnetických a elektrických vlastnosti. Úspešné absolvovanie doktorandského štúdia predpokladá zvládnutie prípravy vhodných materiálov vo forme nanopráškov, keramík a kryštálov ako aj ich charakterizáciu z pohľadu štruktúry, magnetických a elektrických vlastností.
Cieľom doktorandského štúdia je zistiť do akej miery možnosť vytvorenia vakancií v kyslíkových kryštálových polohách a obsah kyslíka vo vybraných materiáloch s perovskitovou štruktúrou ovplyvňujú funkcionalitu týchto materiálov z pohľadu magnetických a elektrických vlastnosti.
1. Matúš Mihalik, K. Csach, V. Kavečanský, Marian Mihalik: Cooperative Jahn-Teller effect in NdMn1-xFexO3+delta (0 ≤ x ≤ 0.2), Journal of Alloys and Compounds, 857 (2021) 157612 2. Matúš Mihalik, A. Pacanowska, M. Orendáč, K. Csach, M. Fitta, Marian Mihalik, Vacancy-driven magnetism of GdMnO3+delta multiferroic compound, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 587 (2023) 171221
progresívne materiály (PMd)
Vplyv prítomnosti atomárneho vodíka na vlastnosti vybraných ocelí
Kovové materiály sú v mnohých prípadoch počas svojej výroby a používaní vystavené pôsobeniu vodíka na ich štruktúru. Pri výrobe a povrchovej úprave materiálov sa nesprávnym technologickým postupom môže vodík naviazať na iné štruktúrne súčasti a tým vyvolať skrehnutie materiálu. Okrem toho sú materiály počas ich používania a prevádzky vystavené pôsobeniu vodíka, ktoré tak isto môžu z dlhodobého hľadiska spôsobiť kritické poškodena materiálu. Termínom vodíková krehkosť sa označuje degradácia materiálu následkom prítomnosti vodíka. Stále sú nezodpovedané otázky o kinetike procesu a taktiež nebol vytvorený dôkladný model alebo mechanizmus, ktorý by presne určil kde, kedy a za akých podmienok dôjde ku krehnutiu oceli následkom prítomnosti vodíka. Vodík v oceli spôsobuje spevnenie ale zároveň aj výrazný pokles tvárnosti a húževnatosti. Zhoršenie mechanických vlastností a nečakaný vznik lomov a trhlín sa vyskytuje u ocelí vystavených aj málo agresívnym prostrediam ako napríklad vlhkému vzduchu alebo plynnému vodíku pri nízkom tlaku. Taktiež sa malé množstvo vodíka dostane do ocele už počas výrobného procesu. Preto je v záujme zvyšovania bezpečnosti a spoľahlivosti strojov a strojných súčastí, chápať a prekonávať účinky vodíka. Aby sa mohli testovať a zlepšovať oceli, ktoré budú vystavené vodíkovému prostrediu, je potrebné simulovať reálne podmienky v podmienkach laboratórnych. Hlavným cieľom práce je popísať metódy, ktorými sa do ocelí privádza vodík, vyvolať skrehnutie a analýzu lomových plôch. Na základe experimentov sú merané charakteristiky daných materiálov, ktoré umožňujú vybrať najvhodnejší materiál pre potrebnú aplikáciu v praxi. Taktiež je možné testovať rôzne legury či prísady, ktoré by účinky vodíka znižovali alebo povlaky, ktoré by vnikanie vodíka do materiálu zmenšovali alebo úplne zastavili. Vodíkovanie a následné mechanické skúšky navodíkovaných ocelí nie sú bežné, pretože vyžadujú presné a drahé zariadenia, sú časovo náročné a taktiež nebezpečné, keďže vodík je vysoko reaktívny a výbušný. V súčasnosti existuje niekoľko teórií (mechanizmov) vodíkoveho krehnutia ocelí, ktoré popisujú príčiny degradácie materiálu vodíkom. Tieto teórie však neplatia všeobecne, jednotlivé úvahy boli vytvorené a popisujú vodíkovú krehkosť len pre konkrétne podmienky a za iných môžu v popise zlyhávať.
Cieľom tejto práce je zistiť vplyv atomárneho vodíka v štruktúre oceli po katodickom navodíkovaní a určiť kedy je prítomnosť vodíka ešte bezpečná.
Qian Liu and Andrej Atren, A critical review of the influence of hydrogen on the mechanical properties of medium-strength steels, rros Rev 2013; 31(3-6): 85–103
biofyzika (BFd)
Vplyv vybraných pesticídov na genetický materiál buniek
Používanie pesticídov predstavuje pretrvávajúci ekologický problém, preto je potrebné skúmať ich pôsobenie na rôznych úrovniach živých organizmov. V súčasnosti sa mnohé vedecké pracoviská zaoberajú účinkom týchto toxických látok z viacerých pohľadov, napríklad z pohľadu ich genetického pôsobenia alebo účinkov na vznik voľných radikálov v tkanivách. Dizertačný projekt je zameraný na skúmanie interakcií molekúl pesticídov s genetickým materiálom eukaryotických buniek, ktorým budú v prvej etape lineárna a kruhová DNA. Ďalším cieľom sú históny - malé bázické proteíny, ktoré vytvárajú jadro nukleozómov nachádzajúcich sa v bunkovom jadre. Jadro nukleozómu tvorí tzv. histónový oktamér obalený kruhovou DNA, na ktorý sa zameriame po získaní výsledkov z predchádzajúceho štúdia. Úlohou doktoranda bude biofyzikálnymi, fyzikálno-chemickými a termodynamickými metódami určiť spôsob a silu interakcie medzi molekulami pesticídov a hore uvedenými objektami. Pri riešení projektu sa budú využívať metódy zahrňujúce absorpčnú, fluorescenčnú, infračervenú spektroskopiu, priestorové spektrá, optický dichroizmus, kalorimetriu a v spolupráci s Ústavom genetiky aj genetické metódy.
Dizertačný projekt je zameraný na skúmanie interakcií molekúl pesticídov s genetickým materiálom eukaryotických buniek, ktorým budú v prvej etape lineárna a kruhová DNA. Ďalším cieľom sú históny - malé bázické proteíny, ktoré vytvárajú jadro nukleozómov nachádzajúcich sa v bunkovom jadre. Jadro nukleozómu tvorí tzv. histónový oktamér obalený kruhovou DNA, na ktorý sa zameriame po získaní výsledkov z predchádzajúceho štúdia. Úlohou doktoranda bude biofyzikálnymi, fyzikálno-chemickými a termodynamickými metódami určiť spôsob a silu interakcie medzi molekulami pesticídov a hore uvedenými objektami.
LAKOWICZ, Joseph R. Introduction to fluorescence. In: Principles of fluorescence spectroscopy. Springer, Boston, MA, 1999. p. 1-23. GALDÍKOVÁ, Martina, et al. The effect of thiacloprid formulation on DNA/chromosome damage and changes in GST activity in bovine peripheral lymphocytes. Journal of Environmental Science and Health, Part B, 2015, 50.10: 698-707. RATHNAYAKE, P. V. G. M., et al. Trends in the binding of cell penetrating peptides to siRNA: A molecular docking study. Journal of Biophysics, 2017, 2017. GHOLIVAND, M. B., et al. DNA-binding study of anthraquinone derivatives using chemometrics methods. European journal of medicinal chemistry, 2011, 46.7: 2630-2638. VEREBOVÁ, Valéria, et al. Anthraquinones quinizarin and danthron unwind negatively supercoiled DNA and lengthen linear DNA. Biochemical and biophysical research communications, 2014, 444.1: 50-55.
biofyzika (BFd)
Využitie metód evolúcie proteínov pri modifikácii vlastností proteínov a enzýmov
Metódy riadenej evolúcie proteínov ponúkajú efektívny spôsob zmeny vlastnosti proteínov na lokálnej ako aj globálnej úrovni. Ambíciou tohto projektu je zmena lokálnych vlastností enzýmov ako špecificita, afinita a katalytické vlastnosti a zmena globálnych vlastností ako je rozpustnosť proteínu. Objektom tohto projektu budú vybrané enzýmy z rodiny haloalkánových dehalogenáz (HLDs) a -opioid receptor, integrálny proteín z rodiny G-proteín spojených receptorov (GPCR). HLDs sú mikrobiálne enzýmy, ktoré katalyzujú rozštiepenie väzby uhlík-halogén a podieľajú sa na premene toxických halogénovaných uhľovodíkov na menej toxické zlúčeniny – alkoholy. Tieto enzýmy majú preto veľký potenciál pri bioremediácii toxických environmentálnych polutantov, dekontaminácii chemických bojových látok, biomonitoringu znečisťujúcich látok v prostredí a vďaka špecifickej reakcii aj pri značení proteínov pri bunkovom zobrazovaní. GPCR sú receptory nachádzajúce sa na povrchu buniek, sprostredkúvajú odpovede na mnohé endogénne signálne molekuly ako aj na exogénne signály. GPCR patria do centra záujmu farmaceutického priemyslu, keďže viac ako 50% liečiv používaných v súčasnosti pôsobí na GPCR. Zlepšenie uvedených špecifických vlasností týchto proteínov by výrazne napomohlo pochopenie funkcionality týchto proteínov a ich praktickému využitiu. Tento projekt predpokladá zvládnutie viacerých biofyzikálnych, biochemických a molekulárno biologických metód.
Metódami riadenej proteínovej evolúcie dosiahnuť zlepšenie špecifických vlastností vybraných enzýmov a proteínov.
1. Könning D, Kolmar H. Beyond antibody engineering: directed evolution of alternative binding scaffolds and enzymes using yeast surface display. Microb Cell Fact. 2018 Feb 26;17(1):32. doi: 10.1186/s12934-018-0881-3. 2. Rosenfeld L, Heyne M, Shifman JM, Papo N. Protein Engineering by Combined Computational and In Vitro Evolution Approaches. Trends Biochem Sci. 2016 May;41(5):421-433. doi: 10.1016/j.tibs.2016.03.002. 3. Plückthun A. Ribosome display: a perspective. Methods Mol Biol. 2012;805:3-28. doi: 10.1007/978-1-61779-379-0_1. 4. Yan X, Xu Z. Ribosome-display technology: applications for directed evolution of functional proteins. Drug Discov Today. 2006 Oct;11(19-20):911-6. doi: 10.1016/j.drudis.2006.08.012. 5. Články vo vedeckých časopisoch.
biofyzika (BFd)
Využitie moderných metód biofotoniky pre štúdium dynamiky vzťahu bunkových štruktúr pri Wolframovom syndróme
Využitie svetelného žiarenia pri výskume, diagnostike ako aj terapii ochorení zaznamenáva prudký rozmach. Dôvodom sú unikátne vlastnosti svetelného žiarenia, dostupnosť vysokovýkonných svetelných zdrojov a detektorov na jeho snímanie. Svetelná mikroskopia predstavuje v tomto ohľade významnú oblasť aplikácie týchto princípov. V práci využijeme najmodernejšie metódy konfokálnej mikroskopie a mikroskopie so super vysokým rozlíšením pre výskum štruktúry a funkcie buniek, ich organel a špecifických proteínov pri štúdiu zriedkavého ochorenia Wolframovho syndrómu.
Využitie najmodernejších metód konfokálnej mikroskopie a mikroskopie so super vysokým rozlíšením pre výskum štruktúry a funkcie buniek, ich organel a špecifických proteínov pri štúdiu zriedkavého ochorenia Wolframovho syndrómu.
1. Understanding Biophotonics Fundamentals, Advances, and Applications. K. Tsia et al., 2015 2. Super-Resolution Microscopy: A Practical Guide. U.J. Birk, 2017 3. Calcium Signaling and Contractility in Cardiac Myocyte of Wolframin Deficient Rats. Cagalinec et al., 2019
fyzika (Fd)
Využitie spinových modelov v predikcií priestorových dát
Problematika je zameraná na využitie vhodne definovaných spinových modelov na predikciu chýbajúcich hodnôt primárne v masívnych časovo-priestorových dátach, napr. z diaľkového snímania Zeme. Tradičné predikčné metódy nie sú vhodné pre takéto dáta najmä kvôli vysokej výpočtovej zložitosti ako aj iným obmedzeniam [1]. Nedávny výskum ukázal, že predikčné metódy, založené napríklad na aplikácii jednoducho modifikovaného spinového modelu planárneho rotátora [2,3] a jeho zovšeobecnenej verzie [4], môžu byť výpočtovo oveľa efektívnejšie. Potenciál spinových modelov tkvie v schopnosti modelovať rôzne typy časovo-priestorových korelácií pomocou krátko-dosahových medzispinových interakcií globálnych vonkajších vplyvov. Navrhovaný výskum si kladie za cieľ vyvinúť stratégie pre vývoj efektívnych predikčných metód na báze spinových modelov, ktoré by boli flexibilné a vhodné pre automatické spracovanie s využitím masívne paralelných algoritmov implementovaných na grafických procesoroch (GPU).
1. N. Cressie and C.K. Wikle, Statistics for spatio-temporal data. John Wiley & Sons, 2015. 2. M. Žukovič and D.T. Hristopulos, Gibbs Markov random fields with continuous values based on the modified planar rotator model, Phys. Rev. E 98 062135 (2018). 3. M. Žukovič, M. Borovský, M. Lach and D.T. Hristopulos, GPU-Accelerated Simulation of Massive Spatial Data Based on the Modified Planar Rotator Model, Mathematical Geosciences 52 123 (2020). 4. M. Žukovič and D.T. Hristopulos, Spatial data modeling by means of Gibbs Markov random fields based on a generalized planar rotator model, Physica A 612 128509 (2023).
biofyzika (BFd)
Vývoj celulárnych modelových platforiem na štúdium toxicity ľahkého reťazca IgG onkohematologických ochorení
Táto PhD práca má za cieľ posunúť naše chápanie onkohematologických ochorení spojených s produkciou patologických variantov ľahkých reťazcov IgG. Výskum je kľúčový pre odhalenie mechanizmov tkanivo-špecifickej toxicity týchto patologických foriem. Využijete kombináciu techník z oblasti bunkovej biológie, bioinžinierstva a biotechnológií pri vývoji týchto platforiem, čo umožní podrobnú analýzu tkanivo-špecifických toxických účinkov variantov. Tento výskum môže významne posunúť naše pochopenie tkanivo-špecifických účinkov variantov ľahkých reťazcov IgG, čo otvára cesty k efektívnejším liečebným metódam. Ako doktorand budete na čele tohto inovatívneho výskumu a budete spolupracovať s uznávanými medzinárodnými vedcami, vrátane Dr. Magdalény Harakalovej z Výskumného centra pre cirkulačné zdravie v Utrechte, Holandsko. Táto spolupráca ponúka bohaté prostredie pre vedecký rast a medzinárodné vzťahy.
1) Vyvinúť inovatívne celulárne platformy na posúdenie toxicity rôznych patologických variantov ľahkých reťazcov IgG nájdených u rôznych pacientov. 2) Návrh analytického čipu pre rôzne celulárne platformy. 3) Postup od tvorby biočipov s využitím prokaryotických buniek až po eukaryotické bunky a v prípade úspechu až k prototypom tkaniva na čipe.
1. Džupponová V, Žoldák G. Aggregation mechanism and branched 3D morphologies of pathological human light chain proteins under reducing conditions. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023 Jan;221:112983. doi: 10.1016/j.colsurfb.2022.112983. 2. Džupponová V, Žoldák G. Salt-dependent passive adsorption of IgG1κ-type monoclonal antibodies on hydrophobic microparticles. Biophys Chem. 2021 Aug;275:106609. doi: 10.1016/j.bpc.2021.106609. 3. Džupponová V, Huntošová V, Žoldák G. A kinetic coupling between protein unfolding and aggregation controls time-dependent solubility of the human myeloma antibody light chain. Protein Sci. 2020 Dec;29(12):2408-2421. doi: 10.1002/pro.3968. 4. Nemergut M, Pluskal D, Horackova J, Sustrova T, Tulis J, Barta T, Baatallah R, Gagnot G, Novakova V, Majerova M, Sedlackova K, Marques SM, Toul M, Damborsky J, Prokop Z, Bednar D, Janin YL, Marek M. Illuminating the mechanism and allosteric behavior of NanoLuc luciferase. Nat Commun. 2023 Nov 29;14(1):7864. doi: 10.1038/s41467-023-43403-y.
progresívne materiály (PMd)
Vývoj funkčných nanomateriálov pomocou elektrochemickej depozície
Hlavným zámerom práce je štúdium funkčných nanomateriálov pripravených pomocou elektrochemickej depozície vo forme nanodrôtov. Na základe štúdia odbornej literatúry vybrať vhodné viacprvkové zliatiny s význačnými fyzikálnymi vlastnosťami a postupnými krokmi skúmať možnosti ich prípravy. Pripravené materiály následne charakterizovať dostupnými analytickými metódami za účelom rozboru ich štruktúrnych, magnetických a iných fyzikálnych vlastností.
Cieľom práce je vývoj Heuslerových nanodrôtov s význačnými fyzikálnymi vlastnosťami vhodnými pre bioaplikácie.
1. M. Varga, L. Galdun, P. Diko, K. Saksl, R. Varga, Analysis of magnetocaloric effect in parallel Ni-Mn-Ga Heusler alloy nanowires J. Alloys Compd., 944 (2023) 169196. 2. L. Galdun, P. Szabo, V. Vega, E. D. Barriga-Castro, R. Mendoza-Reséndez, C. Luna, J. Kovac, O. Milkovic, R. Varga, V. M. Prida, High Spin Polarisation in Co2FeSn Heusler Nanowires for Spintronics, ACS Appl. Nano Mater., 3, 8, (2020) 7438-7445. 3. T. Graf, C. Felser, S. S. P. Parkin, Simple Rules for the Understanding of Heusler Compounds. Prog. Solid State Chem., 39, (2011), 1−50.
progresívne materiály (PMd)
Vývoj keramických vlákien metódou elektrostatického zvlákňovania pre špeciálne technické aplikácie
Dizertačná práca je orientovaná na nanovlákenné systémy vyrobené relatívne novou, finančne nenáročnou a pritom produktívnou metódou, u ktorých sa očakáva veľký potenciál v oblasti solárnych aplikácií, plynových senzorov, varistorov a iných špeciálnych technických aplikácií. Očakávaným prínosom práce je zodpovedanie vzťahov medzi podmienkami prípravy, formovaním mikroštruktúry a vybranými funkčnými vlastnosťami vyvíjaných nanovlákien a má všetky predpoklady posunúť hranice poznania prípravy daných vlákien smerom k reálnym produkčným možnostiam. Cieľom práce je na základe získaných výsledkov predikovať aplikačné možnosti študovaných materiálov v praxi.
Cieľom práce je na základe získaných výsledkov predikovať aplikačné možnosti študovaných materiálov v praxi.
Aktuálna časopisecká literatúra.
progresívne materiály (PMd)
Vývoj kompozične komplexných keramických povlakov reakčným naprašovaním
Vývoj magnetrónového naprašovania sa orientuje na technológie s výrazne vyšším stupňom ionizácie odprašovaného materiálu kvôli lepšej kontrole procesu depozície a lepším výsledným vlastnostiam povlaku. Medzi najznámejšie ionizované PVD (iPVD) technológie patrí High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) a do tejto kategórie možno zaradiť aj relativne novú technológiu nazvanú High Target Utilization Sputtering (HiTUS). Vysoká ionizácia plazmy je v prípade HiPIMS dosahovaná krátkymi nizkofrekvenčnými pulzami s extrémne vysokou hustotou výkonu, u HiTUSu výkonom na samostatnom plazmovom zdroji. Obsahom práce je optimalizácia parametrov depozície tvrdých viackomponentných karbidických, boridických a nitridických povlakov z hľadiska kontroly ich elastických a plastických vlastností prostredníctvom určenia závislostí medzi jednotlivými parametrami depozície, vlastnostami plazmy, štruktúrou povlakov a ich mechanickými a tribologickými vlastnostami. Práca bude realizovaná na iPVD zariadeniach Cryofox Discovery (Polyteknik Dánsko) a HiTUS C500 (PQL, UK) v kombinácii s mikroskopickými pozorovaniami na SEM a TEM a meraniami mechanických vlastností.
Výskum vplyvu parametrov depozície tvrdých viackomponentných karbidických, boridických a nitridických povlakov na ich mechanické a tribologické vlastnosti.
1. D.M. Mattox, Physical sputtering and sputter deposition (sputtering), pp. 343-405 in Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) processing, Mattox D.M., Noyes Publ., New Jersey, 1998. 2. B. Cantor, I.T.H. Chang, P. Knight, A.J.B. Vincent, Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys (2004) Mater. Sci. Eng. A, 375-377 (1-2 SPEC. ISS.), pp. 213-218. doi: 10.1016/j.msea.2003.10.257 3. E. Lewin, E. Multi-component and high-entropy nitride coatings - A promising field in need of a novel approach J. Appl. Phys. 127, 160901 (2020); doi: 10.1063/1.5144154 4. F. Lofaj, L. Kvetková, T. Roch, J. Dobrovodský, V. Girman, M. Kabátová, M. Beňo, Reactive HiTUS TiNbVTaZrHf-Nx coatings: structure, composition and mechanical properties, Materials 16 (2) (2023) 563. https://doi.org/10.3390/ma16020563
fyzika (Fd)
Vývoj modelu výpočtov trajektórii kozmického žiarenia v magnetosfére Zeme
Simulácie trajektórii kozmického žiarenia sú nástrojom na opis radiačnej situácie v Zemskej magnetosfére. Sú spojené s viacerými výskumnými témami od radiačnej situácie v magnetosfére, témami kozmického počasia, cez vplyv kozmického žiarenia na tvorbu oblakov a širšie vplyv na klímu až po skúmanie presnosti datovacej metódy rádioaktívneho uhlíka C14. Cieľom práce je vylepšenie súčasných modelov pre výpočty trajektórii kozmického žiarenia v magnetospfére a ich využitie na skúmanie vybraných problémov spojených s kozmickým žiarením v magnetosfére Zeme. Medzi vybrané témy patrí vývoj modelu umožňujúceho simuláciu intenzít kozmického žiarenia počas geomagnetických búrok, hľadanie optimálnej metodiky pre skúmanie vplyvu kozmického žiarenia na tvorbu oblakov a určenie vplyvu krustálneho geomagnetického poľa na energetické prahy kozmického žiarenia na povrchu Zeme a v magnetosfére.
Cieľom práce je vývoj modelov pohybu častíc kozmického žiarenia v magnetosfére Zeme, Magnetické pole magnetosféry je v týchto modeloch sumou interného, externého ale aj krustálneho magnetického poľa.
1. Gecášek D, Bobík P, Genči J, Villim J, Vaško M, COR system: a tool to evaluate cosmic ray trajectories in the Earth's magnetosphere, Advances in Space Research, 2022, ISSN 0273-1177, https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.06.001 2. Boella G., Boschini M. J., Gervasi M., Grandi D., Pensotti S., Rancoita P. G., Bobik P., Kudela K., Evaluation of the flux of CR nuclei inside the magnetosphere, Astroparticle, Particle and Space Physics, Detectors and Medical Physics Applications. Proceedings of the 10th Conference. Held 8-12 October 2007 in Villa Olmo, Como, Italy, Published by World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2008. ISBN #9789812819093, pp. 875-880, 2008 3, Kudela K., Bobik P., Long-Term Variations of Geomagnetic Rigidity Cutoffs, Solar Physics, Volume 224, Issue 1-2, pp. 423-431, 2004
progresívne materiály (PMd)
Vývoj novej entropicky stabilizovanej ultravysokoteplotnej keramiky s vynikajúcou pevnosťou a plasticitou
Téma dizertačnej práce je v oblasti materiálových vied vysoko aktuálna a zaoberá sa vývojom keramiky odolnej voči poškodeniu a ultra-vysokoteplotnej keramiky pre hypersonické a vesmírne aplikácie. Tieto materiály, tzv. ultravysokoteplotná keramika (UHTC), sú jediná skupina materiálov, ktoré odolávajú teplotám presahujúcim 2000 °C v oxidačnej atmosfére a používajú sa napríklad v tepelných ochranných vrstvách kozmických lodí. Keďže existuje len asi desiatka UHTC (napr. HfC, ZrB2) a tie sú pri nízkych teplotách (izbová teplota) krehké, dizertačná práca sa zameriava na vývoj nových materiálov vo forme entropicky stabilizovaných UHTC, ktoré pozostávajú z najmenej štyroch rôznych prechodných kovov v kryštálovej mriežke, so zlepšenou plasticitou/deformovateľnosťou a pevnosťou. Téma zahŕňa návrh materiálu, syntézu, štruktúrnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) a mechanické testovanie od nano až po makroškálu, s ktorými sa doktorand počas PhD. štúdia oboznámi. Hlavnou úlohou však bude mikro/nanomechanické testovanie (napr. nanoindentácia, stláčanie mikropilierov) zŕn a hraníc zŕn pomocou najmodernejšieho nanoindentačného zariadenia. Poznatky získané z deformačného správania zŕn sa využijú na návrh nových entropicky stabilizovaných kompozícií s vynikajúcou pevnosťou a plasticitou, čím sa dosiahnu originálne a vysoko impaktované výsledky.
Téma dizertačnej práce je v oblasti materiálových vied vysoko aktuálna a zaoberá sa vývojom keramiky odolnej voči poškodeniu a ultra-vysokoteplotnej keramiky pre hypersonické a vesmírne aplikácie.
Aktuálna časopisecká literatúra.
biofyzika (BFd)
Vývoj nových trombolytík metódami riadenej proteínovej evolúcie
Zvýšenie efektivity a špecificity trombolytík predstavuje komplexný problém v oblasti proteínového inžinierstva. Metódy riadenej evolúcie proteínov, ako ribozómový a kvasinkový displej, ponúkajú robustnú alternatívu ku klasickým prístupom proteínového inžinierstva. V tomto projekte sa zameráme na zlepšenie kritických konformačných a funkčných vlastností trombolytík na báze stafylokinázy, bakteriálneho proteínu získaného zo Staphylococcus aureus, ktoré sú už využívané v klinicej praxi. Témou dizertačnej práce bude selekcia stafylokinázových variantov s vylepšenými vlastnosťami metódami ribozomového a kvasinkového displeja. Konformačné a funkčné vlastnosti selektovaných proteínov budú charakterizované biofyzikálnymi metódami vrátane absorbčnej spektroskopie, fluorescencie, kruhového dichrozimu, diferenčnej skenujúcej klaorimetrie a zopdpovedajúcimi funkčnými testami. Cieľom práce bude vývoj vylepšeného trombolytika na báze stafylokinázy s využitím v klinickej praxi.
Zlepšenie konformačných a funkčných vlastností stafylokinázy metódami riadenej evolúcie proteínov.
1. Toul M, Mican J, Slonkova V, Nikitin D, Marek M, Bednar D, Damborsky J, Prokop Z. Hidden Potential of Highly Efficient and Widely Accessible Thrombolytic Staphylokinase. Stroke. 2022 Oct;53(10):3235-3237. doi: 10.1161/STROKEAHA.122.040219. 2. Nikitin D, Mican J, Toul M, Bednar D, Peskova M, Kittova P, Thalerova S, Vitecek J, Damborsky J, Mikulik R, Fleishman SJ, Prokop Z, Marek M. Computer-aided engineering of staphylokinase toward enhanced affinity and selectivity for plasmin. Comput Struct Biotechnol J. 2022 Mar 12;20:1366-1377. doi: 10.1016/j.csbj.2022.03.004. 3. Abdul Rahim P, Rengaswamy D. Fibrinolytic Enzyme - An Overview. Curr Pharm Biotechnol. 2022;23(11):1336-1345. doi: 10.2174/1389201023666220104143113. 4. Nedaeinia R, Faraji H, Javanmard SH, Ferns GA, Ghayour-Mobarhan M, Goli M, Mashkani B, Nedaeinia M, Haghighi MHH, Ranjbar M. Bacterial staphylokinase as a promising third-generation drug in the treatment for vascular occlusion. Mol Biol Rep. 2020 Jan;47(1):819-841. doi: 10.1007/s11033-019-05167-x. 5. Články vo vedeckých časopisoch.
biofyzika (BFd)
Vývoj účinných geneticky kódovaných fotosenzibilizátorov na báze vybraných flavoproteínov
Geneticky kódované fotosenzibilizátory (GKF) majú na rozdiel od tradičných fotosenzibilizátorov na báze malých molekúl, používaných vo fotodynamickej terapii, kritickú výhodu v schopnosti selektívnej distribúcie do chorého tkaniva. Avšak výrazným funkčným limitom GKF v porovnaní s malými fotosenzibilizátormi je značné zníženie efektivity produkcie singletového kyslíka fotosenzibilizátora viazaného do proteínu. V tomto projekte využijeme pri vývoji efektívnych GKF nami nedávno vyvinutý dizajn zvýšenia produkcie singletového kyslíka GKF v kombinácii s vysokoúčinnou metódou analýzy efektívnych producentov singletového kyslíka na úrovni klonov. Náš prístup budeme testovať na vybraných flavoproteínoch. Tento projekt predpokladá zvládnutie viacerých biofyzikálnych, biochemických a molekulárno biologických metód.
Zvýšenie produkcie singletového kyslíka vo vybraných flavoproteínoch.
1. Jang J, Woolley GA. Directed evolution approaches for optogenetic tool development. Biochem Soc Trans. 2021 Dec 17;49(6):2737-2748. doi: 10.1042/BST20210700. 2. Westberg M, Etzerodt M, Ogilby PR. Rational design of genetically encoded singlet oxygen photosensitizing proteins. Curr Opin Struct Biol. 2019 Aug;57:56-62. doi: 10.1016/j.sbi.2019.01.025. 3. Ogilby PR. Singlet oxygen: there is indeed something new under the sun. Chem Soc Rev. 2010 Aug;39(8):3181-209. doi: 10.1039/b926014p. 4. Petrenčáková M, Filandr F, Hovan A, Yassaghi G, Man P, Kožár T, Schwer MS, Jancura D, Plückthun A, Novák P, Miškovský P, Bánó G, Sedlák E. Photoinduced damage of AsLOV2 domain is accompanied by increased singlet oxygen production due to flavin dissociation. Sci Rep. 2020 Mar 5;10(1):4119. doi: 10.1038/s41598-020-60861-2. 5. Články vo vedeckých časopisoch.
progresívne materiály (PMd)
Vývoj vysoko - entropických keramických materiálov: modelovanie, príprava, charakterizácia a skúšanie
Téma dizertačnej práce je zameraná na vývoj a charakterizáciu nových vysoko-entropických keramických materiálov na báze ternárnych karbidov a nitridov s unikátnymi vlastnosťami pri izbových teplotách ako aj vysokoteplotnými vlastnosťami. Tieto keramické materiály sú určené pre prácu a použitie v extrémnych podmienkach ako špecifické komponenty pre vesmírne aplikácie, výhrevné elementy do pecí, žiaruvzdorné komponenty a pod., ktoré vyžadujú excelentnú tepelnú stabilitu, supervysokú tvrdosť a výborné tribologické vlastnosti. Vývoj týchto materiálov je možný iba aplikovaním moderných metód modelovania, technologických postupov (ako vysokoenergetické mletie vstupných práškov, či spekanie v prítomnosti elektrického prúdu) a pokročilých metód charakterizácie ich vlastností (mikro/nano mechanické testy, tribologické testy, SEM, EBSD, TEM/HREM, AFM mikroskopia, oxidačné testy, ablačné testy, testy odolnosti voči tepelným šokom). Hlavným zámerom je správne pochopenie fyzikálnych procesov jednak pre materiálové vedy ako aj pre budúce inžinierske aplikácie. Riešenie práce prinesie systematické štúdium vysoko-entropických keramík na báze ternárnych karbidov a nitridov v takom rozsahu a natoľko komplexne, že sa dajú očakávať originálne výsledky v tejto oblasti materiálových vied.
Hlavným zámerom je správne pochopenie fyzikálnych procesov jednak pre materiálové vedy ako aj pre budúce inžinierske aplikácie. Riešenie práce prinesie systematické štúdium vysoko-entropických keramík na báze ternárnych karbidov a nitridov v takom rozsahu a natoľko komplexne, že sa dajú očakávať originálne výsledky v tejto oblasti materiálových vied.
Aktuálna časopisecká literatúra.
biofyzika (BFd)
Zmeny alosterickej regulacie ryanodínového receptora v dôsledku patogénnych mutácii študované pomocou molekulových simulácii.
Ryanodínové receptory (RyR) zabezpečujú spriahnutie excitácie s kontrakciou v kostrovom (RyR1) aj srdcovom svale (RyR2). Mnohé patogénne mutácie RyR narušujú reguláciu RyR iónmi Ca2+ a Mg2+ a spôsobujú závažné genetické ochorenia kostrového a srdcového svalu. Pre vývoj účinnej terapie je potrebné objasnenie molekulových mechanizmov, ktoré je však experimentálne veľmi ťažko realizovateľné. Cieľom práce je preto objasniť vplyv najzávažnejších mutácií na alosterické regulačné dráhy v známej molekulovej štruktúre RyR pomocou molekulárnych simulácií in silico. Téma nadväzuje na projekty riešené v skupine Ing. A. Zahradníkovej, DrSc. [1, 2].
1. Vytvoriť štruktúrne modely jadra RyR v rôznych vrátkovacích stavoch s použitím údajov z databázy RCSB a sledovať dynamiku vybraných intra- a interdoménových interakcií dôležitých pri prenose regulačných signálov. 2. Vyhodnotiť najdôležitejšie alosterické dráhy medzi aktivačnými a inhibičnými miestami RyR a jeho vrátkovacou doménou v štruktúrach získaných v cieli 1 pomocou verejne dostupných serverov ako OHM. 3. Stanoviť vplyv vybraných patogénnych mutácií RyR1 a RyR2 na dynamiku intra- a interdoménových interakcií a na alosterické dráhy špecifikované v cieli 2.
[1] A. R. Nayak and M. Samso. Ca(2+) inactivation of the mammalian ryanodine receptor type 1 in a lipidic environment revealed by cryo-EM. Elife 11: e75568, 2022 [2] W. Zheng and H. Wen. Investigating dual Ca(2+) modulation of the ryanodine receptor 1 by molecular dynamics simulation. Proteins 88: 1528-1539, 2020 [3] V. R. Chirasani, K. I. Popov, G. Meissner, and N. V. Dokholyan. Mapping co-regulatory interactions among ligand-binding sites in ryanodine receptor 1. Proteins 90: 385-394, 2022
teória vyučovania fyziky (TVFd)
Zmiešaná výučba v astronomickom vzdelávaní na gymnáziu
Na základnej škole je koncept výučby astronómie rozpracovaný do formy samostatného voliteľného predmetu. Vo výučbe predmetu fyzika majú učitelia možnosť zaradzovať astronomické témy vo väzbe na tradičné tematické celku. V nadväzujúcom gymnaziálnom štúdiu chýba z pohľadu vzdelávacieho štandardu spracovanie astronomických tém ako aj podpora učiteľov v podobe námetov na vzdelávacie aktivity. Vzhľadom na rastúci podiel neformálneho a informálneho vzdelávania a dostupnosť vysokokvalitných informačných zdrojov, javí sa uvedená problematika ako vhodná pre sprístupnenie metódou zmiešanej výučby. Našim zámerom bude zaviesť astrofyzikálny obsah do výučby fyziky v podobe samostatného tematického celku. V hybridnom vzdelávacom priestore budeme akčným výskumom overovať efektívnosť vyučovacej metódy a dopad na rozvoj vybraných žiackych zručností a vedomostí. Overené metodiky budeme implementovať do pripravovaného kurzu fyziky v rámci študijného programu STEM tried na gymnáziu.
1. Zmapovať stav astronomického vzdelávania a zmiešanej výučby na úrovni žiakov gymnázia. 2. Navrhnúť a pilotne overiť vzdelávacie aktivity pre hybridné vzdelávanie metódou ačného výskumu.
[1] Dan MacIsaac; Astrophysics Lessons for High School Physics Students. Phys. Teach. 1 September 2023; 61 (6): 544. https://doi.org/10.1119/10.0020780 [2] Boyd, Nora. (2023). Laboratory Astrophysics: Lessons for Epistemology of Astrophysics. 10.1007/978-3-031-26618-8_2. [3] Fitzgerald MT, Hollow R, Rebull LM, Danaia L, McKinnon DH. A Review of High School Level Astronomy Student Research Projects Over the Last Two Decades. Publications of the Astronomical Society of Australia. 2014;31:e037. doi:10.1017/pasa.2014.30 [4] Kapusta, Joseph & Gale, Charles. (2023). Astrophysics and cosmology. 10.1017/9781009401968.017.