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
doc. RNDr. Marián Kireš, PhD.
prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.
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
doc. RNDr. Marián Kireš, PhD.
prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.
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, Gemini alebo Mistral si vďaka svojim impozantným schopnostiam v rokoch 2023-2024 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] J. A. Bowen and C.E. Watson, Teaching with AI: A Practical Guide to a New Era of Human Learning. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 2024. [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.) et 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] D. Borovský, J. Hanč, and M. Hančová, “Innovative approaches to high school physics competitions: Harnessing the power of AI and open science”, J. Phys.: Conf. Ser., roč. 2715, č. 1, s. 012011, 2024 [7] 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.
doc. RNDr. Jozef Hanč, PhD.
biofyzika (BFd)
Aplikácia fotonických nanosenzorov v životnom prostredí, poľnohospodárstve, medicíne a kontrole kvality potravín
Interakcia svetla s nanoštruktúrami povrchu kovov, ako je striebro alebo zlato, spôsobuje značné zosilnenie elektrického poľa na povrchu kovov. To je základom takzvanej plazmónmi zosilnenej Ramanonovskej spektroskopie /povrchom zosilnenej Ramanovskej spektroskopie – PERS/SERS, ktorá vedie k výraznému zosilneniu Ramanovského signálu z molekúl umiestnených na kovovom nanoštruktúrnom povrchu. Cieľom dizertačnej práce je vývoj a príprava senzorických nanoštruktúr s inovatívnymi vlastnosťami, ich funkcionalizácia a aplikácia na selektívnu a vysoko citlivú detekciu organických molekúl so širokou škálou aplikácií v praxi (medicína - špecifické markery nádorových ochorení zameraných na včasnú diagnostiku), životnom prostredí - kontrola znečistenia vôd polutantmi, mikro a nano-plastami a pod)) a to v rôznych komplexných matriciach vrátane prchavých/volatilných markerov.
Vývoj a príprava senzorických nanoštruktúr s inovatívnymi vlastnosťami, ich funkcionalizácia a aplikácia na selektívnu a vysoko citlivú detekciu organických molekúl so širokou škálou aplikácií v praxi (medicína - špecifické markery nádorových ochorení zameraných na včasnú diagnostiku), životnom prostredí - kontrola znečistenia vôd polutantmi, mikro a nano-plastami a pod)) a to v rôznych komplexných matriciach vrátane prchavých/volatilných markerov.
J. Kubackova, G. Fabriciova, P. Miskovsky, D. Jancura and S. Sanchez-Cortes. Sensitive surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) detection of organochlorine pesticides by alkyl dithiol-functionalized metal nanoparticles induced plasmonic hot spots. Anal. Chem. 87, 663-669 (2015). Súbor vedeckých článkov z danej problematiky.
prof. RNDr. Pavol Miškovský, DrSc.
Dr. Santiago Sanchez Cortes, Ph.D.
biofyzika (BFdAj)
Využitie moderných metód konfokálnej mikroskopie a respirometrie pri štúdiu metabolickej záťaže srdca
Kardiovaskulárne komplikácie predstavujú najčastejšiu príčinu morbidity a mortality na svete. Pre detailné štúdium týchto stavov sa čoraz viac uplatňujú moderné biofyzikálne metódy ako biofotonika, konfokálna a superrozlišujúca mikroskopia, či vysokovýkonná respirometria, ktoré sú ideálne pre výskum štruktúry a funkcie buniek, ich organel a špecifických proteínov. Preto tieto metódy využijeme pri štúdiu vápnikovej signalizácie a metabolizmu mitochondrií vo vybraných experimentálnych modeloch metabolickej záťaže srdca.
Využitie moderných biofyzikálnych metód pri štúdiu vápnikovej signalizácie a metabolizmu mitochondrií vo vybraných experimentálnych modeloch metabolickej záťaže srdca.
1. Cagalinec M, Zahradníková A, Zahradníková A Jr, Kováčová D, Paulis L, Kureková S, Hot'ka M, Pavelková J, Plaas M, Novotová M, Zahradník I. Calcium Signaling and Contractility in Cardiac Myocyte of Wolframin Deficient Rats. Front Physiol. 2019 Mar 13;10:172. doi: 10.3389/fphys.2019.00172. 2. Marcek Chorvatova A, Cagalinec M, Chorvat D Jr. Time-Resolved Imaging of Mitochondrial Flavin Fluorescence and Its Applications for Evaluating the Oxidative State in Living Cardiac Cells. Methods Mol Biol. 2021;2275:403-414. doi: 10.1007/978-1-0716-1262-0_26. 3. Baglaeva I, Iaparov B, Zahradník I, Zahradníková A. Analysis of noisy transient signals based on Gaussian process regression. Biophys J. 2023 Feb 7;122(3):451-459. doi: 10.1016/j.bpj.2023.01.003.
RNDr. Michal Cagalinec, PhD.
biofyzika (BFdAj)
Aplikácia fotonických nanosenzorov v životnom prostredí, poľnohospodárstve, medicíne a kontrole kvality potravín
Interakcia svetla s nanoštruktúrami povrchu kovov, ako je striebro alebo zlato, spôsobuje značné zosilnenie elektrického poľa na povrchu kovov. To je základom takzvanej plazmónmi zosilnenej Ramanonovskej spektroskopie /povrchom zosilnenej Ramanovskej spektroskopie – PERS/SERS, ktorá vedie k výraznému zosilneniu Ramanovského signálu z molekúl umiestnených na kovovom nanoštruktúrnom povrchu. Cieľom dizertačnej práce je vývoj a príprava senzorických nanoštruktúr s inovatívnymi vlastnosťami, ich funkcionalizácia a aplikácia na selektívnu a vysoko citlivú detekciu organických molekúl so širokou škálou aplikácií v praxi (medicína - špecifické markery nádorových ochorení zameraných na včasnú diagnostiku), životnom prostredí - kontrola znečistenia vôd polutantmi, mikro a nano-plastami a pod)) a to v rôznych komplexných matriciach vrátane prchavých/volatilných markerov.
Vývoj a príprava senzorických nanoštruktúr s inovatívnymi vlastnosťami, ich funkcionalizácia a aplikácia na selektívnu a vysoko citlivú detekciu organických molekúl so širokou škálou aplikácií v praxi (medicína - špecifické markery nádorových ochorení zameraných na včasnú diagnostiku), životnom prostredí - kontrola znečistenia vôd polutantmi, mikro a nano-plastami a pod)) a to v rôznych komplexných matriciach vrátane prchavých/volatilných markerov.
J. Kubackova, G. Fabriciova, P. Miskovsky, D. Jancura and S. Sanchez-Cortes. Sensitive surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) detection of organochlorine pesticides by alkyl dithiol-functionalized metal nanoparticles induced plasmonic hot spots. Anal. Chem. 87, 663-669 (2015). Súbor vedeckých článkov z danej problematiky.
prof. RNDr. Pavol Miškovský, DrSc.
Dr. Santiago Sanchez Cortes, Ph.D.
biofyzika (BFd)
Biologické a väzobné vlastnosti vybraných vírusových a ľudských glykoproteínov a ich klinický význam pri imunitnej odpovedi
Hlavným cieľom práce je podrobne skúmať molekulárne základy imunitného rozpoznávania klinicky významných glykoproteínov kódovaných ľudskými vírusmi. Za týmto účelom plánujeme rekombinantne pripraviť, charakterizovať a stanoviť expresné a purifikačné profily vírusových i ľudských génov, ktoré sú asociované s procesmi cytotoxicity a viroprotektivity v bunke.
Podrobne skúmať molekulárne základy imunitného rozpoznávania klinicky významných glykoproteínov kódovaných ľudskými vírusmi.
Súbor vedeckých publikácií z danej oblasti.
Mgr. Ivana Nemčovičová, PhD.
biofyzika (BFdeAj)
Biologické a väzobné vlastnosti vybraných vírusových a ľudských glykoproteínov a ich klinický význam pri imunitnej odpovedi
Hlavným cieľom práce je podrobne skúmať molekulárne základy imunitného rozpoznávania klinicky významných glykoproteínov kódovaných ľudskými vírusmi. Za týmto účelom plánujeme rekombinantne pripraviť, charakterizovať a stanoviť expresné a purifikačné profily vírusových i ľudských génov, ktoré sú asociované s procesmi cytotoxicity a viroprotektivity v bunke.
Podrobne skúmať molekulárne základy imunitného rozpoznávania klinicky významných glykoproteínov kódovaných ľudskými vírusmi.
Súbor vedeckých publikácií z danej oblasti.
Mgr. Ivana Nemčovičová, PhD.
biofyzika (BFdAj)
Biologické a väzobné vlastnosti vybraných vírusových a ľudských glykoproteínov a ich klinický význam pri imunitnej odpovedi
Hlavným cieľom práce je podrobne skúmať molekulárne základy imunitného rozpoznávania klinicky významných glykoproteínov kódovaných ľudskými vírusmi. Za týmto účelom plánujeme rekombinantne pripraviť, charakterizovať a stanoviť expresné a purifikačné profily vírusových i ľudských génov, ktoré sú asociované s procesmi cytotoxicity a viroprotektivity v bunke.
Podrobne skúmať molekulárne základy imunitného rozpoznávania klinicky významných glykoproteínov kódovaných ľudskými vírusmi.
Súbor vedeckých publikácií z danej oblasti.
Mgr. Ivana Nemčovičová, PhD.
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.
Aktuálna časopisecká literatúra
RNDr. Pavol Bobík, PhD.
RNDr. Blahoslav Pastirčák, CSc.
progresívne materiály (PMdAj)
Kryštálová plasticita a lom entropicky stabilizovaných karbidov: mikro/nanomechanické testovanie a modelovanie MKP
Dizertačná práca sa zaoberá vývojom deformovateľnej keramiky prostredníctvom pochopenia a modifikácie plasticity kryštálov a lomov zŕn s využitím mikro/nanomechanického testovania a modelovania metódou konečných prvkov (MKP). Výskum sa zameriava najmä na entropicky stabilizované karbidy, čo je veľká nová skupina materiálov, predovšetkým ako sľubná ultravysokoteplotná keramika novej generácie (UHTC) pre hyperzvukové a vesmírne aplikácie. Téma zahŕňa štruktúrnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) vzoriek, ale hlavnými úlohami budú najmodernejšie mikro/nanomechanické skúšky zŕn (nanoindentácia, stláčanie mikropilierov, ohýbanie mikronosníkov) a ich modelovanie MKP, vrátane plastickej deformácie aj plasticity. Doktorand sa oboznámi so všetkými technikami, vyžaduje sa však základná znalosť modelovania MKP. Okrem toho je výhodou samostatné osvojovanie si nových poznatkov a dobré komunikačné schopnosti v anglickom jazyku (písomné aj ústne). Znalosť modelovania kohéznej zóny a/alebo plasticity kryštálov v MKP je veľkou výhodou počas výberového konania.
Téma zahŕňa štruktúrnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) vzoriek, ale hlavnými úlohami budú najmodernejšie mikro/nanomechanické skúšky zŕn (nanoindentácia, stláčanie mikropilierov, ohýbanie mikronosníkov) a ich modelovanie MKP, vrátane plastickej deformácie aj plasticity.
časopisecká literatúra
MSc. Tamás Csanádi, PhD.
progresívne materiály (PMdAj)
Návrh a syntéza entropicky stabilizovanej ultravysokoteplotnej keramiky s vynikajúcou pevnosťou a plasticitou
Dizertačná práca sa zaoberá návrhom a syntézou novej ultravysokoteplotnej keramiky (UHTC), jedinej skupiny materiálov, ktoré odolávajú teplotám vyšším ako 2000 °C, majú vynikajúcu pevnosť a plasticitu. Výskum sa zameriava na entropicky stabilizované UHTC ako veľkú novú skupinu materiálov, ktorá pozostáva z najmenej štyroch rôznych prechodných kovov v kryštálovej mriežke. Tento veľký priestor umožňuje navrhnúť deformovateľnú keramiku namiesto krehkej UHTC ktorá existuje v súčasnosti (napr. HfC, ZrB2). Téma zahŕňa návrh termodynamicky stabilných kompozícií, optimalizáciu spôsobu spracovania, štrukturálnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) a mechanické testovanie vzoriek. Doktorand sa oboznámi so všetkými technikami, vyžadujú sa však základné znalosti termodynamiky a používania fázových diagramov. Okrem toho je výhodou samostatné osvojovanie si nových poznatkov a dobré komunikačné schopnosti v anglickom jazyku (písomné aj ústne). Veľkou výhodou pri výberovom konaní je znalosť softvéru CALPHAD na výpočty fázových diagramov, napríklad Thermo-Calc.
Dizertačná práca sa zaoberá návrhom a syntézou novej ultravysokoteplotnej keramiky (UHTC), jedinej skupiny materiálov, ktoré odolávajú teplotám vyšším ako 2000 °C, majú vynikajúcu pevnosť a plasticitu.
časopisecká literatúra
MSc. Tamás Csanádi, PhD.
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.
prof. RNDr. Ján Dusza, DrSc.
MSc. Tamás Csanádi, PhD.
progresívne materiály (PMdAj)
Vývoj keramických nanovlákien na báze kovov získaných z recyklácie odpadov technológiou elektrostatického zvlákňovania
Dizertačná práca je orientovaná na nanovlákenné systémy vyrobené relatívne novou, finančne nenáročnou a pritom produktívnou metódou z roztokov kovov získaných hydrometalurgickým spracovaním odpadov, u ktorých sa očakáva veľký potenciál v oblasti rôznych 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.
prof. RNDr. Ján Dusza, DrSc.
Ing. Eva Múdra, PhD.
biofyzika (BFdAj)
Vývoj metód na stanovenie proteolytickej aktivity priemyselne využívaných bakteriálnych toxínov
Dizertačná práca je zameraná na výskum metód merania proteolytickej aktivity toxínov, ktoré štiepia špecifické sekvencie peptidov odvodené od SNARE proteínov. Tento mechanizmus hrá kľúčovú úlohu v biologickej aktivite toxínu, avšak jeho presná kinetika a substrátová špecificita sú stále nedostatočne preskúmané. V rámci práce budú vyvinuté metódy na monitorovanie tejto aktivity, predovšetkým rýchle a rutinné testy na báze substrátových peptidov s FRET párom. Vývoj nových experimentálnych prístupov umožní presnejšie kvantifikovať kinetiku štiepenia a identifikovať faktory ovplyvňujúce substrátovú selektivitu toxínov. Výskum prebieha v rámci spolupráce tzv. vo forme priemyselného doktorátu so súkromným sektorom - firmou JUHAPHARM, s.r.o., pričom získané poznatky môžu prispieť nielen k vývoju analytických nástrojov, ale aj k lepšiemu pochopeniu molekulárnych mechanizmov toxínov s potenciálnymi aplikáciami v biotechnológii a farmaceutickom výskume.
1. Vyvinúť metódy na stanovenie aktivity bakteriálnych toxínov používaných v priemysle 2. Charakterizovať robustnosť a spoľahlivosť vyvíjaných metód
1. Gregory RW, Werner WE, Ruegg C. A quantitative bifunctional in vitro potency assay for botulinum neurotoxin serotype A. J Pharmacol Toxicol Methods. 2014 Mar-Apr;69(2):103-7. doi: 10.1016/j.vascn.2013.12.002. Epub 2013 Dec 12. PMID: 24333955. 2.Halliwell J, Gwenin C. A label free colorimetric assay for the detection of active botulinum neurotoxin type A by SNAP-25 conjugated colloidal gold. Toxins (Basel). 2013 Aug 6;5(8):1381-91. doi: 10.3390/toxins5081381. PMID: 23925142; PMCID: PMC3760041.
doc. RNDr. Gabriel Žoldák, DrSc.
fyzika (FdAj)
Vývoj transportného softvéru pre neutrínové teleskopy experimentu KM3NeT a jeho implementácia do všeobecného simulačného rámca experimentu
Experiment KM3Net je zameraný predovšetkým na hľadanie galaktických a extragalaktických zdrojov neutrín. Využíva teleskop vysokonergetických neutrín, tvorený sieťou 1 km dlhých girlánd scintilačných detektorov ponorených do vody Stredozemného mora. Využíva vodu na detekciu Čerenkovho žiarenia od sekundárnych častíc produkovaných vysokoenergetickými neutrínami v citlivom objeme alebo jeho blízkosti. Jeho hlavným vedeckým cieľom je zmapovať oblohu v oblasti vysokoenergetických neutrín v južnej hemisfére zahŕňajúc oblasť centra Galaxie. Práca bude súčasťou širšej úlohy zameranej na simulácie a analýzu miónových trekov produkovaných tokom astrofyzikálnych neutrín v atmosfére Zeme a jeho odlíšenie od pozadia produkovaného inými zdrojmi v meraniach experimentu KM3Net. Fyzikálne simulácie pre experiment KM3Net sú prevádzané v troch hlavných krokoch. Simulácie toku atmosférických miónov na úrovni mora, transport miónov do úrovne detektora, simulácie odozvy aparatúry na čerenkovské žiarenie miónov so započítaním práce elektronických systémov teleskopu. Všetky kroky sú prevádzané vo všeobecnom simulačnom rámci gSeaGen. Práca doktoranta je čiastkovou úlohou v druhom kroku simulačného reťazca. Bude vyvíjať softvér v C++ spájajúci nasimulované dáta z CORSIKY so vstupom do simulačných balíkov pre ďalší transport sekundárnych miónov vodou do detektorov ORCA a ARCA experimentu KM3Net. V súčasnosti sa používa v kolaborácii na tento transport starší fortranovský balík MUSIC, ktorý je potrebné nahradiť moderným objektovo orientovaným softvérom s názvom PROPOSAL, k čomu bude potrebná modifikácia celého reťazca. Oba tieto prístupy sa líšia fyzikálne aj programátorským prevedením. Cieľom je vyvinúť nový propagačný softvér a následne ho detailne porovnať s predchádzajúcim a analyzovať. Zároveň bude veľmi žiadúce rozšíriť propagačný softvér aj o propagáciu tau neutrín (doteraz nepoužívané) gSeaGen aplikáciami TAUSIC a TAUOLA.
Aktuálna časopisecká literatúra
RNDr. Blahoslav Pastirčák, CSc.
RNDr. Pavol Bobík, PhD.
biofyzika (BFdAj)
Vývoj transportných systémov pre cielené doručovanie liečiva do nádorových buniek v 3D modeloch
Nanotechnológia sa čoraz viac využíva v medicíne, napríklad na bezpečnejšiu a efektívnejšiu diagnostiku, liečbu a cielenie nádorov. Umožňuje vývoj funkčných materiálov, zariadení a systémov na atómovej a molekulárnej úrovni a využitie nových vlastností a javov. Systémy dodávania liekov na báze nanočastíc preukázali mnohé výhody pri liečbe rakoviny, ako je dobrá farmakokinetika, presné zacielenie na nádorové bunky, zníženie vedľajších účinkov a rezistencia voči liekom. Ako nosiče liečiv boli navrhnuté rôzne materiály, ale veľká pozornosť sa v oblasti cieleného dodávania liečiva venuje mikro- a mezoporéznym nanočasticiam, napríklad metalo-organickým sieťam (MOF). Tieto materiály patria do skupiny hybridných anorganicko-organických zlúčenín pozostávajúcich z kovových katiónov/klastrov, ktoré sú následne premostené organickými linkermi. Vyznačujú sa veľkou kapacitou pre enkapsuláciu liečiva v póroch, kinetickou a termodynamickou stabilitou, dobrou biokompatibilitou, nízkou cytotoxicitou a možnosťou povrchovej funkcionalizácie so získaním požadovaných fyzikálno-chemických vlastností. Úlohou doktoranda bude charakterizovať vyvinuté transportné systémy biofyzikálnymi technikami a zhodnotiť ich využitie vo fotodiagnostike a fotodynamickej terapii v rôznych bunkových modeloch. Študent pri plnení úloh v dizertačnej práci využije metódy fluorescenčnej spektroskopie, mikroskopie (konfokálna fluorescenčná mikroskopia a FLIM), biozobrazovanie, prietoková cytometria, imunoznačenie, western blot a PCR. Na štúdium budú použité bunkové kultúry v 2D a 3D, ako aj predklinický model vtáčej chorioalantoickej membrány. V rámci projektu bude študent aktívne spolupracovať s inými laboratóriami na Slovensku a v zahraničí.
Cieľom práce je vyvinúť spoľahlivý systém podávania liekov pre cielenú terapiu nádorov, charakterizovať ho pomocou biofyzikálnych techník a zhodnotiť jeho využitie vo fotodiagnostike a fotodynamickej terapii v rôznych bunkových modeloch.
1) Zanoni, M., Piccinini, F., Arienti, C. et al. 3D tumor spheroid models for in vitro therapeutic screening: a systematic approach to enhance the biological relevance of data obtained. Sci Rep 6, 19103 (2016). https://doi.org/10.1038/srep19103 2) Benziane A, Huntošová V, Pevná V, Zauška L, Vámosi G, Hovan A, Zelenková G, Zeleňák V, Almáši M. Synergistic effect of folic acid and hypericin administration to improve the efficacy of photodynamic therapy via folate receptors. J Photochem Photobiol B. 2024 Dec;261:113046. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2024.113046 3) Pevná V, Huntošová V. Imaging of heterogeneity in 3D spheroids of U87MG glioblastoma cells and its implications for photodynamic therapy. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2023 Dec;44:103821. doi: 10.1016/j.pdpdt.2023.103821 4) Shano LB, Karthikeyan S, Kennedy LJ, Chinnathambi S, Pandian GN. MOFs for next-generation cancer therapeutics through a biophysical approach-a review. Front Bioeng Biotechnol. 2024 Jun 13;12:1397804. doi: 10.3389/fbioe.2024.1397804
RNDr. Veronika Huntošová, PhD.
doc. RNDr. Miroslav Almáši, PhD.
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.
doc. RNDr. Marián Kireš, PhD.
biofyzika (BFdAj)
Zavedenie pokročilých techník pre produkciu proteínov v hmyzích bunkách
Produkcia eukaryotických proteínov v baktériálnych expresných systémoch je náročná v dôsledku niekoľkých faktorov – nízka solubilita a výťažok proteínov, absencia posttranslačných modifikácií a limitácie v produkcii membránových proteínov. Expresné systémy hmyzích buniek sú veľmi dobrou alternatívou a ponúkajú spoľahlivú produkciu proteínov s jednoduchou glykozyláciou, posttranslačnými modifikáciami a sú dobré škálovateľné. Práca je zameraná na zavedenie metodiky produkcie proteínov v hmyzích bunkách – prípravu a optimalizáciu expresného systému pre produkciu vybraných modelových proteínov. Vlastnosti proteínových preparátov budú v nadväzujúcich krokoch charakterizované pomocou biofyzikálnych metód.
Príprava rekombinantných bakulovírusových vektorov pre expresiu vybraných proteínov Transfekcia Sf9 hmyzích buniek, expresia proteínov v malej škále a kvantifikácia expresie pomocou western blotu Optimalizácia expresie a „upscaling“ produkcie proteínov Chromatografická purifikácia proteínov a optimalizácia purifikačného postupu Charakterizácia biofyzikálych vlastností pripravených proteínov pomocou cirkulárneho dichroizmu a kalorimetrie
Insect cells-baculovirus system for the production of difficult to express proteins (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25447865/) Efficient production of a functional G protein-coupled receptor in E. coli for structural studies (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33501610/) GPCR expression using baculovirus-infected Sf9 cells (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19513645/) Sf9 cells: a versatile model system to investigate the pharmacological properties of G protein-coupled receptors (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20705094/) Baculovirus-mediated expression of GPCRs in insect cells (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25857783/) Expression and purification of recombinant G protein-coupled receptors: A review (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31678667/)
prof. RNDr. Erik Sedlák, DrSc.
Mgr. Ľuboš Ambro, PhD.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Experimentálne štúdium supravodivosti v systémoch s porušenou inverznou symetriou.
Objav supravodivosti v materiáloch s porušenou inverznou symetriou vyvolal veľký záujem o štúdium ich elektrónovej štruktúry a jej vzťahu k vytvoreniu supravodivého kondenzátu. Absencia inverznej symetrie v týchto tzv. necentrosymetrických (NCS) supravodičoch umožňuje netriviálne stavy, ako je zmiešanie spin-singletných a tripletných komponentov do supravodivého párovania alebo Isingova supravodivosť v 2D systémoch s extrémne vysokou hodnotou kritického magnetického poľa. NCS supravodivosť vykazuje väčšina 2D monovrstiev a niekoľko objemových systémov, ako napr. La3Se4, CeRh2As2, TaIrB2, a iné. V rámci dizertačnej práce budeme študovať supravodivé vlastnosti rôznych objemových NCS supravodičov. Plánujeme študovať vplyv porušenej inverznej symetrie v týchto systémoch na ich pásovú štruktúru a na kritické magnetické polia.
Experimentálne štúdium supravodičov s porušenou inverznou symetriou pomocou STM, mikrokontaktovej spektroskopie a transportných meraní.
[1] KITTEL Ch., Úvod do fyziky pevných látek, Academia, Praha, 1985 [2] F. Košuth, et al.,Two-gap superconductivity in the noncentrosymmetric La3Se4 compound, Phys. Rev. B 110, 174518.
Mgr. Pavol Szabó, CSc.
doc. RNDr. Peter Samuely, DrSc.
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
doc. RNDr. František Lofaj, DrSc.
fyzika (FdAj)
Metódy poľovo-teoretickej renormalizačnej grupy v nerovnovážnej stochastickej dynamike
V posledných rokoch nadobudla značný význam interdisciplinárna oblasť výskumu zaoberajúca sa rôznymi reakčno-difúznymi modelmi. Takéto modely možno použiť na opis rôznorodých javov akými sú napr. šírenie porúch v materiáli, vývoj infekcií v biologických systémoch, alebo aj politických názorov. Hlavná pozornosť bude zameraná na výskum škálového správania sa a jeho aspektov v rôznych typoch perkoláčného procesu. Dynamika procesov s premenným počtom agentov je opísaná pomocou riadiacich rovníc pre pravdepodobnosti, ktoré je možné preformulovať do rovníc pre stavové vektory pomocou Doi mechanizmu a tieto následne transformovať ako teoreticko-poľové modely pre fluktuujúce polia s určitými efektívnymi účinkami. Typickým znakom týchto modelov je prítomnosť silných fluktuácií v kritickej oblasti, ktoré znemožňujú použitie obyčajnej poruchovej teórie. Je potrebné aplikovať poruchové metódy kvantovej-teórie poľa, funkcionálneho integrovania a renormalizačnej grupy. Pomocou nich by sa preskúmali dané účinky s cieľom identifikácie zaujímavého makroskopického správania. Z praktického hľadiska by podobne ako v teórii kritických javov boli študované univerzálne veličiny typu kritických indexov a počítané v rámci danej poruchovej schémy. Konkrétne výpočty by boli realizované vo forme Feynmanovych diagramov, pričom snaha by bola smerovaná na vylepšenie existujúcich viacslučkových výsledkov.
Riešenie aktuálnych problémov nerovnovážnych fázových prechodov v rôznych modeloch perkolačného procesu pomocou metód štatistickej teórie poľa a poruchovej renormalizačnej grupy. Dôraz bude kladený na aplikáciu mnohoslučkových výpočtov reprezentatívnych univerzálnych veličín.
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) U. C. Tauber, Critical Dynamics: A Field Theory Ap- proach to Equilibrium and Non-equilibrium Scaling Be- havior (Cambridge University Press, 2014)] H.-K. Janssen and U. C. Tauber, Annals of Physics 315, 147 (2005), U. C. Tauber, M. Howard, and B. P. Vollmayr-Lee, Journal of Physics A: Mathematical and General 38, R79 (2005) H.-K. Janssen. O. Stenull 2017 J. Phys. A: Math. Theor. 50 324002
RNDr. Tomáš Lučivjanský, PhD., univerzitný docent
prof. RNDr. Michal Hnatič, DrSc.
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
doc. RNDr. Zuzana Ješková, PhD.
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
doc. RNDr. Zuzana Ješková, PhD.
fyzika (Fd)
Fotometrické a spektroskopické štúdium trpasličích nov pomocou metód strojového učenia
Trpasličie novy sú podskuponou kataklyzmatických premenných hviezd, ktoré sú zložené z bieleho trpaslíka ako primárnej zložky a hviezdy neskorého spektrálneho typu často na hlavnej postupnosti ako sekundárnej zložky v tesnom dvojhviezdnom systéme. Hmota sa prenáša zo sekundárnej hviezdy na bieleho trpaslíka prostredníctvom akrečného disku, čo vedie k charakteristickým vzplanutiam spôsobeným tepelno-viskóznymi nestabilitami v disku. Tieto vzplanutia poskytujú cenné poznatky o fyzike akrécie, procesoch prenosu hmoty a vývoji kompaktných dvojhviezdnych systémov. Táto dizertačná práca sa zameriava na fotometrický a spektroskopický výskum trpasličích nov, pričom sa využijú vlastné pozorovania aj archívne dáta z rôznych prehliadok oblohy (napr. ZTF, ASAS-SN, Gaia, SDSS, LAMOST). Cieľom výskumu je analyzovať svetelné krivky a spektrálne vlastnosti na charakterizáciu ich premenlivosti, mechanizmov vzplanutí a spektrálneho vývoja. Použijú sa tiež metódy strojového učenia na klasifikáciu a predikciu stavov aktivity trpasličích nov, detekciu periodicít v časových radoch a identifikáciu kľúčových spektrálnych čŕt súvisiacich s dynamikou akrécie. Spojenie pokročilých výpočtových metód s tradičnými pozorovacími technikami prispeje k hlbšiemu pochopeniu vzplanutí trpasličích nov a širších astrofyzikálnych procesov riadiacich akréciu v kompaktných dvojhviezdnych systémoch. Okrem toho môže vývoj automatizovaných metód analýzy uľahčiť budúce rozsiahle štúdie kataklyzmatických premenných hviezd.
Analyzovať svetelné krivky a spektrálne vlastnosti trpasličích nov na charakterizáciu ich premenlivosti, mechanizmov vzplanutí a spektrálneho vývoja pomocou metód strojového učenia
Frank, J., King, A., & Raine, D. (2002). Accretion Power in Astrophysics (3rd ed.). Cambridge University Press. Hellier, C. (2001). Cataclysmic Variable Stars: How and Why They Vary. Springer. Chaty, S. (2022), Accreting Binaries, Nature, formation and evolution. IOP Publishing Warner, B. (1995). Cataclysmic Variable Stars. Cambridge University Press.
doc. Mgr. Štefan Parimucha, PhD.
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).
doc. RNDr. Katarína Štroffeková, PhD.
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).
doc. RNDr. Katarína Štroffeková, PhD.
biofyzika (BFdAj)
Interakcia sérových proteínov s ľahkým reťazcom imunoglobulínu G: mechanizmy stabilizácie a potlačenia agregácie
Dizertačná práca sa zameriava na interakcie sérových proteínov s patologickými ľahkými reťazcami IgG, ktoré sú spojené s onkohematologickými ochoreniami, ako je amyloidóza ľahkých reťazcov a mnohopočetný myelóm. Cieľom je pochopiť mechanizmy agregácie, identifikovať nízkomolekulárne stabilizátory, skúmať úlohu proteínových šaperónov pri inhibícii agregácie a štruktúrne charakterizovať interakcie stabilizátorov s hLC. Práca nadväzuje a je financovaná projektom APVV-23-0212 Unraveling the Molecular Mechanisms of IgG Light Chain Aggregation in Oncohematological Diseases: From Serum Proteins to Kinetic Stabilizers. Výsledky prispejú k hlbšiemu pochopeniu patogenézy a potenciálnym terapeutickým stratégiám.
1. Identifikovať proteíny z krvného séra, ktoré interagujú s ľahkým reťazcom imunoglobulínu G 2. Charakterizovať termodynamické a kinetické parametre viazania identifikovaných sérových proteínov s ľahkým reťazcom imunoglobulínu G
1. Guman T, Sýkora J, Demčáková V, Žoldák G. Protein Misfolding and Aggregation of Pathological Igg Light Chains in Oncohematological Dyscrasias: From Molecular Pathways to Clinical Implications. Curr Protein Pept Sci. 2025 Jan 2. doi: 10.2174/0113892037336731241029075530. Epub ahead of print. PMID: 39757641. 2. 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. Epub 2022 Nov 2. PMID: 36401959. 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. Epub 2020 Oct 19. PMID: 33030218; PMCID: PMC7679964.
doc. RNDr. Gabriel Žoldák, DrSc.
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.
doc. RNDr. Jozef Hanč, PhD.
biofyzika (BFd)
Interakcia sérových proteínov s ľahkým reťazcom imunoglobulínu G: mechanizmy stabilizácie a potlačenia agregácie
Dizertačná práca sa zameriava na interakcie sérových proteínov s patologickými ľahkými reťazcami IgG, ktoré sú spojené s onkohematologickými ochoreniami, ako je amyloidóza ľahkých reťazcov a mnohopočetný myelóm. Cieľom je pochopiť mechanizmy agregácie, identifikovať nízkomolekulárne stabilizátory, skúmať úlohu proteínových šaperónov pri inhibícii agregácie a štruktúrne charakterizovať interakcie stabilizátorov s hLC. Práca nadväzuje a je financovaná projektom APVV-23-0212 Unraveling the Molecular Mechanisms of IgG Light Chain Aggregation in Oncohematological Diseases: From Serum Proteins to Kinetic Stabilizers. Výsledky prispejú k hlbšiemu pochopeniu patogenézy a potenciálnym terapeutickým stratégiám.
1. Identifikovať proteíny z krvného séra, ktoré interagujú s ľahkým reťazcom imunoglobulínu G 2. Charakterizovať termodynamické a kinetické parametre viazania identifikovaných sérových proteínov s ľahkým reťazcom imunoglobulínu G
1. Guman T, Sýkora J, Demčáková V, Žoldák G. Protein Misfolding and Aggregation of Pathological Igg Light Chains in Oncohematological Dyscrasias: From Molecular Pathways to Clinical Implications. Curr Protein Pept Sci. 2025 Jan 2. doi: 10.2174/0113892037336731241029075530. Epub ahead of print. PMID: 39757641. 2. 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. Epub 2022 Nov 2. PMID: 36401959. 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. Epub 2020 Oct 19. PMID: 33030218; PMCID: PMC7679964.
doc. RNDr. Gabriel Žoldák, DrSc.
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.
doc. RNDr. Jozef Hanč, PhD.
progresívne materiály (PMd)
Jednosmerný rast REBCO masívnych kryštálov, štruktúra a supravodivé vlastnosti
Téma je zameraná na prípravu REBCO (REBCO znamená zlúčeninu REBa2Cu3O7, kde RE je Y alebo vzácna zemina) masívnych monokryštalických supravodičov (MMS) jednosmerným rastom (Single-Direction Melt-Growth: SDMG) z veľkoplošného zárodku a štúdium ich mikroštruktúry a supravodivých vlastností. SDMG technológia bola iba nedávno vyvinutá [1, 2] a predstavuje výrazný pokrok v príprave REBCO MMS pre praktické aplikácie, lebo umožňuje prípravu veľkorozmerných kryštálov s komplikovanou geometriou. Rast masívnych REBCO kryštálov, štruktúrna analýza a meranie makroskopických supravodivých vlastností budú uskutočnené na zariadeniach Oddelenia materiálovej fyziky ÚEF SAV metódami beztéglikového rastu kryštálov, RTG difrakcie, optickej a elektrónovej mikroskopie, meraním zachyteného magnetického poľa a levitačnej sily pri 77 K. Magnetizačné merania budú realizované na zariadeniach ÚEF SAV. Téma spadá do rámca riešenie projektu APVV-21-0387, REBCO masívne supravodiče na báze Y, Gd, Sm a Eu pre praktické aplikácie
Téma je zameraná na prípravu REBCO (REBCO znamená zlúčeninu REBa2Cu3O7, kde RE je Y alebo vzácna zemina) masívnych monokryštalických supravodičov (MMS) jednosmerným rastom (Single-Direction Melt-Growth: SDMG) z veľkoplošného zárodku a štúdium ich mikroštruktúry a supravodivých vlastností.
[1] T. Motoki, R. Sasada, T. Tomihisa, M. Miwa, S. Nakamura, J. Shimoyama, Development of homogeneous and high-performance REBCO bulks with various shapes by the single-direction melt-growth (SDMG) method, Superconducting Science and Technology 35 (2022), 094003. [2] P. Diko, K. Zmorayová, T. Motoki, J. Shimoyama, Microstructure of DyBCO bulk superconductors prepared using single-direction melt-growth (SDMG) method, Ceramics International 49 (2023), 39280-39288.
Ing. Pavel Diko, DrSc.
RNDr. Jozef Bednarčík, PhD., univerzitný docent
progresívne materiály (PMd)
Kryštálová plasticita a lom entropicky stabilizovaných karbidov: mikro/nanomechanické testovanie a modelovanie MKP
Dizertačná práca sa zaoberá vývojom deformovateľnej keramiky prostredníctvom pochopenia a modifikácie plasticity kryštálov a lomov zŕn s využitím mikro/nanomechanického testovania a modelovania metódou konečných prvkov (MKP). Výskum sa zameriava najmä na entropicky stabilizované karbidy, čo je veľká nová skupina materiálov, predovšetkým ako sľubná ultravysokoteplotná keramika novej generácie (UHTC) pre hyperzvukové a vesmírne aplikácie. Téma zahŕňa štruktúrnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) vzoriek, ale hlavnými úlohami budú najmodernejšie mikro/nanomechanické skúšky zŕn (nanoindentácia, stláčanie mikropilierov, ohýbanie mikronosníkov) a ich modelovanie MKP, vrátane plastickej deformácie aj plasticity. Doktorand sa oboznámi so všetkými technikami, vyžaduje sa však základná znalosť modelovania MKP. Okrem toho je výhodou samostatné osvojovanie si nových poznatkov a dobré komunikačné schopnosti v anglickom jazyku (písomné aj ústne). Znalosť modelovania kohéznej zóny a/alebo plasticity kryštálov v MKP je veľkou výhodou počas výberového konania.
Téma zahŕňa štruktúrnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) vzoriek, ale hlavnými úlohami budú najmodernejšie mikro/nanomechanické skúšky zŕn (nanoindentácia, stláčanie mikropilierov, ohýbanie mikronosníkov) a ich modelovanie MKP, vrátane plastickej deformácie aj plasticity.
časopisecká literatúra
MSc. Tamás Csanádi, PhD.
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
doc. RNDr. Slavomír Gabáni, PhD.
RNDr. Oleksandr Onufriienko, PhD.
fyzika (FdAj)
Magnetické a štrukturálne vlastnosti dvojrozmerných halogenidov kovov
Atomárne tenké dvojrozmerne magnetické materiály predstavujú systémy s vyznamným technologickým a inovatívnym potenciálom. Ich magnetické a štrukturálne vlastnosti sú navzájom úzko prepojené a ktorých poznanie je kľúčové pri návrhu nanotechnologických súčiastok. Teoretický výskum bude zameraný na štúdium štrukturálnej a magnetickej stability pomocou techník výpočtov z prvých princípov aplikovaných na samotné atomárne tenké vrstvy ako aj vplyv efektov blízkosti vo van der Waalsových heteroštruktúrach s grafénom.
Výpočet elektrónovej štruktúry, štrukturálnych a magnetických vlastností, a ich vplyv na transportné vlastnosti v dvojrozmerných kovových halogenidoch.
[1] K. Mustonen et al., Advanced Materials 34, 2106922 (2022) [2] Tony F. Heinz, 2D Materials Properties and Devices, Cambridge University Press, 2017 ISBN 9781316681619 [3] R. M. Martin, Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods, Cambridge Press, 2004 ISBN 9780521782852 [4] E. Kaxiras, J. D. Joannopoulos, Quantum Theory of Materials, Cambridge University Press, 2019 ISBN 9781139030809
RNDr. Martin Gmitra, PhD.
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Magnetické a teplotné štúdie magneticky mäkkých kompozitov
doc. RNDr. Ján Füzer, PhD.
fyzika (Fd)
Magnetické a štrukturálne vlastnosti dvojrozmerných halogenidov kovov
Atomárne tenké dvojrozmerne magnetické materiály predstavujú systémy s vyznamným technologickým a inovatívnym potenciálom. Ich magnetické a štrukturálne vlastnosti sú navzájom úzko prepojené a ktorých poznanie je kľúčové pri návrhu nanotechnologických súčiastok. Teoretický výskum bude zameraný na štúdium štrukturálnej a magnetickej stability pomocou techník výpočtov z prvých princípov aplikovaných na samotné atomárne tenké vrstvy ako aj vplyv efektov blízkosti vo van der Waalsových heteroštruktúrach s grafénom.
Výpočet elektrónovej štruktúry, štrukturálnych a magnetických vlastností, a ich vplyv na transportné vlastnosti v dvojrozmerných kovových halogenidoch.
[1] K. Mustonen et al., Advanced Materials 34, 2106922 (2022) [2] Tony F. Heinz, 2D Materials Properties and Devices, Cambridge University Press, 2017 ISBN 9781316681619 [3] R. M. Martin, Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods, Cambridge Press, 2004 ISBN 9780521782852 [4] E. Kaxiras, J. D. Joannopoulos, Quantum Theory of Materials, Cambridge University Press, 2019 ISBN 9781139030809
RNDr. Martin Gmitra, PhD.
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
doc. RNDr. Ján Füzer, PhD.
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
RNDr. Ivan Škorvánek, CSc.
Ing. Branislav Kunca, PhD.
RNDr. Jozef Marcin, PhD.
fyzika (Fd)
Metódy poľovo-teoretickej renormalizačnej grupy v nerovnovážnej stochastickej dynamike
V posledných rokoch nadobudla značný význam interdisciplinárna oblasť výskumu zaoberajúca sa rôznymi reakčno-difúznymi modelmi. Takéto modely možno použiť na opis rôznorodých javov akými sú napr. šírenie porúch v materiáli, vývoj infekcií v biologických systémoch, alebo aj politických názorov. Hlavná pozornosť bude zameraná na výskum škálového správania sa a jeho aspektov v rôznych typoch perkoláčného procesu. Dynamika procesov s premenným počtom agentov je opísaná pomocou riadiacich rovníc pre pravdepodobnosti, ktoré je možné preformulovať do rovníc pre stavové vektory pomocou Doi mechanizmu a tieto následne transformovať ako teoreticko-poľové modely pre fluktuujúce polia s určitými efektívnymi účinkami. Typickým znakom týchto modelov je prítomnosť silných fluktuácií v kritickej oblasti, ktoré znemožňujú použitie obyčajnej poruchovej teórie. Je potrebné aplikovať poruchové metódy kvantovej-teórie poľa, funkcionálneho integrovania a renormalizačnej grupy. Pomocou nich by sa preskúmali dané účinky s cieľom identifikácie zaujímavého makroskopického správania. Z praktického hľadiska by podobne ako v teórii kritických javov boli študované univerzálne veličiny typu kritických indexov a počítané v rámci danej poruchovej schémy. Konkrétne výpočty by boli realizované vo forme Feynmanovych diagramov, pričom snaha by bola smerovaná na vylepšenie existujúcich viacslučkových výsledkov.
Riešenie aktuálnych problémov nerovnovážnych fázových prechodov v rôznych modeloch perkolačného procesu pomocou metód štatistickej teórie poľa a poruchovej renormalizačnej grupy. Dôraz bude kladený na aplikáciu mnohoslučkových výpočtov reprezentatívnych univerzálnych veličín.
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) U. C. Tauber, Critical Dynamics: A Field Theory Ap- proach to Equilibrium and Non-equilibrium Scaling Be- havior (Cambridge University Press, 2014)] H.-K. Janssen and U. C. Tauber, Annals of Physics 315, 147 (2005), U. C. Tauber, M. Howard, and B. P. Vollmayr-Lee, Journal of Physics A: Mathematical and General 38, R79 (2005) H.-K. Janssen. O. Stenull 2017 J. Phys. A: Math. Theor. 50 324002
RNDr. Tomáš Lučivjanský, PhD., univerzitný docent
prof. RNDr. Michal Hnatič, DrSc.
biofyzika (BFdAj)
Nesprávne zbaľovanie proteínov v amyloidných ochoreniach a ich prevencia/terapia
S predlžujúcou sa dĺžkou nášho života sa zvyšuje aj pravdepodobnosť výskytu ochorení ako Alzheimerova a choroba alebo cukrovka. Jednou z príčin vzniku týchto amyloidných ochorení je narušenie mašinérie 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. V súčasnosti chýba detailné poznanie príčin tvorby amyloidov a neexistuje liečba pre žiadne zo známych amyloidných ochorení. S využitím moderných biofyzikálnych metód sa zameriame na štúdium mechanizmov tvorby amyloidných agregátov globulárnych a prirodzene rozbalených proteínov, ktoré súvisia s amyloidnými ochoreniami, konkrétne s Alzheimerovou chorobou, diabetom a systémovou lyzozýmovou amyloidózou. Zároveň sa budeme venovať systematickému hľadaniu interakčných partnerov, ktoré by mali potenciál zabrániť vzniku týchto ochorení, resp. ich liečiť.
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
doc. RNDr. Zuzana Gažová, DrSc.
RNDr. Zuzana Bednáriková, PhD.
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
doc. RNDr. František Lofaj, DrSc.
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
doc. RNDr. Zuzana Ješková, PhD.
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
doc. RNDr. Zuzana Ješková, PhD.
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 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 práce j 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.
časopisecká literatúra
RNDr. Viera Homolová, PhD.
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 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 práce j 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.
časopisecká literatúra
RNDr. Viera Homolová, PhD.
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
doc. RNDr. Zuzana Gažová, DrSc.
Mgr. Andrea Antošová, PhD.
biofyzika (BFd)
Modulácia amyloidnej agregácie proteínov: malé molekuly a peptidy v boji proti neurodegeneratívnym ochoreniam
Výskyt neurodegeneratívnych ochorení ako Alzheimerova a Parkinsonova choroba neustále narastá so zvyšujúcim sa vekom ľudskej populácie. 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. Napriek enormnej snahe vedcov je mechanizmus vzniku amyloidných štruktúr z väčšej časti neobjasnený a tieto ochorenia nevyliečiteľné. Táto dizertačná práca sa zameria na skúmanie nových inhibítorov na báze malých molekúl a peptidov schopných modulovať amyloidnú agregáciu vnútorne neusporiadaných proteínov, ako je Amyloidný β peptid, tau proteín a α-synukleín, ktoré sú spojené s patogenézou ACH a PCH. Cieľom je identifikovať mechanizmus inhibície tvorby amyloidných štruktúr proteínov, interakcie a vplyv týchto inhibítorov na patologické procesy spojené s neurodegeneratívnymi ochoreniami, ako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba.
1. Identifikovať a charakterizovať nové inhibítory na báze malých molekúl a proteínov so schopnosťou modulovať amyloidnú agregáciu vnútorne neusporiadaných proteínov spojených s neurodegeneratívnymi ochoreniami (Amyloid-β, Tau a α-synukleín). 2. Pochopiť molekulárne mechanizmy, ktorými tieto inhibítory interagujú s amyloidogénnymi proteínmi a ovplyvňujú ich agregáciu. 3. Zhodnotiť terapeutický potenciál inhibítorov prostredníctvom analýzy ich účinku na agregáciu proteínov, toxicitu a bunkové modely neurodegeneračných ochorení.
1. Hartl F.U. Protein misfolding diseases. Annu. Rev. Biochem. 2017;86:21–26. doi: 10.1146/annurev-biochem-061516-044518 2. Zaman M, Khan AN, Wahiduzzaman, Zakariya SM, Khan RH. Protein misfolding, aggregation and mechanism of amyloid cytotoxicity: An overview and therapeutic strategies to inhibit aggregation. Int J Biol Macromol. 2019 Aug 1;134:1022-1037. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.05.109. 3. Gregoire, S., Irwin, J. & Kwon, I. Techniques for monitoring protein misfolding and aggregation in vitro and in living cells. Korean J. Chem. Eng. 29, 693–702 (2012). https://doi.org/10.1007/s11814-012-0060-x
RNDr. Zuzana Bednáriková, PhD.
doc. RNDr. Zuzana Gažová, DrSc.
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
doc. RNDr. Zuzana Gažová, DrSc.
Mgr. Andrea Antošová, PhD.
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, Gemini alebo Mistral si vďaka svojim impozantným schopnostiam v rokoch 2023-2024 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] J. A. Bowen and C.E. Watson, Teaching with AI: A Practical Guide to a New Era of Human Learning. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 2024. [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.) et 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] D. Borovský, J. Hanč, and M. Hančová, “Innovative approaches to high school physics competitions: Harnessing the power of AI and open science”, J. Phys.: Conf. Ser., roč. 2715, č. 1, s. 012011, 2024 [7] 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.
doc. RNDr. Jozef Hanč, PhD.
progresívne materiály (PMd)
Návrh a syntéza entropicky stabilizovanej ultravysokoteplotnej keramiky s vynikajúcou pevnosťou a plasticitou
Dizertačná práca sa zaoberá návrhom a syntézou novej ultravysokoteplotnej keramiky (UHTC), jedinej skupiny materiálov, ktoré odolávajú teplotám vyšším ako 2000 °C, majú vynikajúcu pevnosť a plasticitu. Výskum sa zameriava na entropicky stabilizované UHTC ako veľkú novú skupinu materiálov, ktorá pozostáva z najmenej štyroch rôznych prechodných kovov v kryštálovej mriežke. Tento veľký priestor umožňuje navrhnúť deformovateľnú keramiku namiesto krehkej UHTC ktorá existuje v súčasnosti (napr. HfC, ZrB2). Téma zahŕňa návrh termodynamicky stabilných kompozícií, optimalizáciu spôsobu spracovania, štrukturálnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) a mechanické testovanie vzoriek. Doktorand sa oboznámi so všetkými technikami, vyžadujú sa však základné znalosti termodynamiky a používania fázových diagramov. Okrem toho je výhodou samostatné osvojovanie si nových poznatkov a dobré komunikačné schopnosti v anglickom jazyku (písomné aj ústne). Veľkou výhodou pri výberovom konaní je znalosť softvéru CALPHAD na výpočty fázových diagramov, napríklad Thermo-Calc.
Dizertačná práca sa zaoberá návrhom a syntézou novej ultravysokoteplotnej keramiky (UHTC), jedinej skupiny materiálov, ktoré odolávajú teplotám vyšším ako 2000 °C, majú vynikajúcu pevnosť a plasticitu.
časopisecká literatúra
MSc. Tamás Csanádi, PhD.
biofyzika (BFd)
Nesprávne zbaľovanie proteínov v amyloidných ochoreniach a ich prevencia/terapia
S predlžujúcou sa dĺžkou nášho života sa zvyšuje aj pravdepodobnosť výskytu ochorení ako Alzheimerova a choroba alebo cukrovka. Jednou z príčin vzniku týchto amyloidných ochorení je narušenie mašinérie 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. V súčasnosti chýba detailné poznanie príčin tvorby amyloidov a neexistuje liečba pre žiadne zo známych amyloidných ochorení. S využitím moderných biofyzikálnych metód sa zameriame na štúdium mechanizmov tvorby amyloidných agregátov globulárnych a prirodzene rozbalených proteínov, ktoré súvisia s amyloidnými ochoreniami, konkrétne s Alzheimerovou chorobou, diabetom a systémovou lyzozýmovou amyloidózou. Zároveň sa budeme venovať systematickému hľadaniu interakčných partnerov, ktoré by mali potenciál zabrániť vzniku týchto ochorení, resp. ich liečiť.
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
doc. RNDr. Zuzana Gažová, DrSc.
RNDr. Zuzana Bednáriková, PhD.
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.
doc. RNDr. Erik Čižmár, PhD.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Nové supravodiče na báze vysokoentropických zliatin
Vysoko-entropické zliatiny (VEZ) predstavujú relatívne novú triedu materiálov, ktorá je v 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.
RNDr. Gabriel Pristáš, PhD.
doc. RNDr. Karol Flachbart, DrSc.
progresívne materiály (PMdAj)
Vývoj ultra-vysokoteplotných karbidov so zvýšenou oxidačnou odolnosťou
Téma dizertačnej práce je zameraná na vývoj nových UHTC materiálov odolných voči oxidácii prostredníctvom systematickej experimentálnej štúdie, v ktorej sa skúmajú vysokoteplotné vlastnosti (odolnosť voči oxidácii a ablácii, odolnosť voči tepelným šokom a ďalšie) a mechanické správanie sa monokarbidov a binárnych žiaruvzdorných karbidov. Následne budú syntetizované karbidy s prídavkom sekundárnej fázy so zabudovaným kremíkom, vo forme SiC a silicidov prechodných kovov, ktoré sú známe ako zlúčeniny tvoriace ochrannú sklovitú fázu, ktoré môžu ďalej zlepšovať odolnosť voči oxidácii novo vyvíjaných UHTC. Riešenie PhD. práce vytvorí súbor základných poznatkov, ktoré sú nevyhnutné pre návrh nových zložitejších viackomponentných keramických materiálov s výrazne zvýšenou oxidačnou odolnosťou, čo bude významným prínosom pre celú komunitu materiálových vied.
Riešenie PhD. práce vytvorí súbor základných poznatkov, ktoré sú nevyhnutné pre návrh nových zložitejších viackomponentných keramických materiálov s výrazne zvýšenou oxidačnou odolnosťou, čo bude významným prínosom pre celú komunitu materiálových vied.
časopisecká literatúra
Ing. Alexandra Kovalčíková, PhD.
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.
doc. RNDr. Erik Čižmár, PhD.
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
doc. RNDr. František Lofaj, DrSc.
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
doc. RNDr. František Lofaj, DrSc.
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
RNDr. Magdaléna Strečková, PhD.
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
RNDr. Magdaléna Strečková, PhD.
fyzika (FdAj)
Fotometrické a spektroskopické štúdium trpasličích nov pomocou metód strojového učenia
Trpasličie novy sú podskuponou kataklyzmatických premenných hviezd, ktoré sú zložené z bieleho trpaslíka ako primárnej zložky a hviezdy neskorého spektrálneho typu často na hlavnej postupnosti ako sekundárnej zložky v tesnom dvojhviezdnom systéme. Hmota sa prenáša zo sekundárnej hviezdy na bieleho trpaslíka prostredníctvom akrečného disku, čo vedie k charakteristickým vzplanutiam spôsobeným tepelno-viskóznymi nestabilitami v disku. Tieto vzplanutia poskytujú cenné poznatky o fyzike akrécie, procesoch prenosu hmoty a vývoji kompaktných dvojhviezdnych systémov. Táto dizertačná práca sa zameriava na fotometrický a spektroskopický výskum trpasličích nov, pričom sa využijú vlastné pozorovania aj archívne dáta z rôznych prehliadok oblohy (napr. ZTF, ASAS-SN, Gaia, SDSS, LAMOST). Cieľom výskumu je analyzovať svetelné krivky a spektrálne vlastnosti na charakterizáciu ich premenlivosti, mechanizmov vzplanutí a spektrálneho vývoja. Použijú sa tiež metódy strojového učenia na klasifikáciu a predikciu stavov aktivity trpasličích nov, detekciu periodicít v časových radoch a identifikáciu kľúčových spektrálnych čŕt súvisiacich s dynamikou akrécie. Spojenie pokročilých výpočtových metód s tradičnými pozorovacími technikami prispeje k hlbšiemu pochopeniu vzplanutí trpasličích nov a širších astrofyzikálnych procesov riadiacich akréciu v kompaktných dvojhviezdnych systémoch. Okrem toho môže vývoj automatizovaných metód analýzy uľahčiť budúce rozsiahle štúdie kataklyzmatických premenných hviezd.
Analyzovať svetelné krivky a spektrálne vlastnosti trpasličích nov na charakterizáciu ich premenlivosti, mechanizmov vzplanutí a spektrálneho vývoja pomocou metód strojového učenia
Frank, J., King, A., & Raine, D. (2002). Accretion Power in Astrophysics (3rd ed.). Cambridge University Press. Hellier, C. (2001). Cataclysmic Variable Stars: How and Why They Vary. Springer. Chaty, S. (2022), Accreting Binaries, Nature, formation and evolution. IOP Publishing Warner, B. (1995). Cataclysmic Variable Stars. Cambridge University Press.
doc. Mgr. Štefan Parimucha, PhD.
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 dynamiky individuálnych biologických častíc s vysokým časovým aj priestorovým rozlíšením v reálnych tokoch je atraktívna téma pre viaceré zobrazovacie modality. Pre zobrazovanie v tvrdej röntgenovskej oblasti je limitom veľkosť a časový priebeh fotónového rozpočtu, 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 ako aj skonštruovať unikátnu experimentálnu aparatúru – prototyp zariadenia. Téma je súčasťou nášho 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 využiť 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 kalibračných častíc navrhnutých teoreticky a vytlačených 3D tlačiarnňami v partnerských inštitúciách. Ťažiskovou náplňou témy PhD je generovanie syntetických dát technikami multiškálovej dynamiky, numerická simulácia zobrazovacieho experimentu a využitie 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. Od doktoranda sa očakáva ochota časť štúdia absolvovať v EuXFEL resp, iných partnerov na experimentoch v rámci Guest PhD Fellowship na základe pripravovanej bilaterálnej zmluvy medzi UPJŠ a European XFEL.
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
doc. RNDr. Jozef Uličný, CSc.
Dr. Patrik Vagovič, PhD.
progresívne materiály (PMdAj)
Príprava a štúdium tenkých vrstiev foto-katalyzátorov a elektro-katalyzátorov pre výrobu vodíka
Oblasti použitia katalyzátorov sú veľmi široké keďže väčšina priemyselných procesov vyžaduje prítomnosť katalyzátora. V dnešnej dobe je mimoriadne akútny problém produkcie čistej energie a vodíkové hospodárstvo je jedným z popredných kandidátov na produkciu environmentálne čistej elektrickej energie . Katalyzátory zohrávajú kľúčovú úlohu vo vývoji vodíkového hospodárstva , pretože sú schopné zlepšiť účinnosť elektrolýzy vody, katalyzovať fotodekompozíciu vody, dekompozíciu metánu pre získavaní vodíka ako aj zvýšiť výkon palivových článkov pri konverzii chemickej energie viazanej v molecule vodíka a kyslíka priamo na elektrickú energiu. Takisto evolúcia vodíka a kyslíka ako aj redukcia kyslíka, ktoré vyžadujú prítomnosť katalyzátora patria medzi reakcie, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu v efektívnom získavaní vodíka a kyslíka a pri výrobe elektrickej energie z vodíka. Preto hlavný cieľ postdoktorandského výskumu bude zameraný na prípravu a štúdium katalyzátorov pre vyššie uvedené reakcie.
Cieľom tejto práce je príprava foto-katalyzátorov a elektrokatalyzátorov pomocou magnetrónového naprašovania a a štúdium ich katalytickej aktivity pre produkciu vodíka
časopisecká literatúra
doc. Mgr. Vladimír Komanický, Ph.D.
progresívne materiály (PMdAj)
Príprava a experimentálne štúdium magnetických nanočastíc pre biomedicínske aplikácie
Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických, štruktúrnych a funkčných vlastností nanočasticových systémov, ktoré môžu byť využité v biomedicíne ako nosiče liečiv, pre magnetickú separáciu pri PCR diagnostike a pre magnetickú hypertermiu. Výsledky magnetických meraní budú vysvetlené z ohľadom na koreláciu ich štruktúrnych parametrov (veľkosť častíc, vplyv povrchovej anizotropie a pod.) Budú vypresnené magnetické parametre, ktoré ovplyvňujú využitie študovaných nanočastíc v biomedicíne. Bude sledovaná vhodnosť použitia nanočastíc pre konkrétnu biomedicínsku aplikáciu.
Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických, štruktúrnych a funkčných vlastností nanočasticových systémov
časopisecká literatúra
doc. RNDr. Adriana Zeleňáková, DrSc.
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
doc. RNDr. Ján Füzer, PhD.
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);
prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.
progresívne materiály (PMd)
Príprava a experimentálne štúdium magnetických nanočastíc pre biomedicínske aplikácie
Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických, štruktúrnych a funkčných vlastností nanočasticových systémov, ktoré môžu byť využité v biomedicíne ako nosiče liečiv, pre magnetickú separáciu pri PCR diagnostike a pre magnetickú hypertermiu. Výsledky magnetických meraní budú vysvetlené z ohľadom na koreláciu ich štruktúrnych parametrov (veľkosť častíc, vplyv povrchovej anizotropie a pod.) Budú vypresnené magnetické parametre, ktoré ovplyvňujú využitie študovaných nanočastíc v biomedicíne. Bude sledovaná vhodnosť použitia nanočastíc pre konkrétnu biomedicínsku aplikáciu.
Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických, štruktúrnych a funkčných vlastností nanočasticových systémov
časopisecká literatúra
doc. RNDr. Adriana Zeleňáková, DrSc.
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 supravodivých heteroštruktúr 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).
Mgr. Tomáš Samuely, PhD., univerzitný docent
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 dynamiky individuálnych biologických častíc s vysokým časovým aj priestorovým rozlíšením v reálnych tokoch je atraktívna téma pre viaceré zobrazovacie modality. Pre zobrazovanie v tvrdej röntgenovskej oblasti je limitom veľkosť a časový priebeh fotónového rozpočtu, 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 ako aj skonštruovať unikátnu experimentálnu aparatúru – prototyp zariadenia. Téma je súčasťou nášho 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 využiť 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 kalibračných častíc navrhnutých teoreticky a vytlačených 3D tlačiarnňami v partnerských inštitúciách. Ťažiskovou náplňou témy PhD je generovanie syntetických dát technikami multiškálovej dynamiky, numerická simulácia zobrazovacieho experimentu a využitie 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. Od doktoranda sa očakáva ochota časť štúdia absolvovať v EuXFEL resp, iných partnerov na experimentoch v rámci Guest PhD Fellowship na základe pripravovanej bilaterálnej zmluvy medzi UPJŠ a European XFEL.
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
doc. RNDr. Jozef Uličný, CSc.
Dr. Patrik Vagovič, PhD.
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
doc. RNDr. Ján Füzer, PhD.
progresívne materiály (PMd)
Príprava a štúdium tenkých vrstiev foto-katalyzátorov a elektro-katalyzátorov pre výrobu vodíka
Oblasti použitia katalyzátorov sú veľmi široké keďže väčšina priemyselných procesov vyžaduje prítomnosť katalyzátora. V dnešnej dobe je mimoriadne akútny problém produkcie čistej energie a vodíkové hospodárstvo je jedným z popredných kandidátov na produkciu environmentálne čistej elektrickej energie . Katalyzátory zohrávajú kľúčovú úlohu vo vývoji vodíkového hospodárstva , pretože sú schopné zlepšiť účinnosť elektrolýzy vody, katalyzovať fotodekompozíciu vody, dekompozíciu metánu pre získavaní vodíka ako aj zvýšiť výkon palivových článkov pri konverzii chemickej energie viazanej v molecule vodíka a kyslíka priamo na elektrickú energiu. Takisto evolúcia vodíka a kyslíka ako aj redukcia kyslíka, ktoré vyžadujú prítomnosť katalyzátora patria medzi reakcie, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu v efektívnom získavaní vodíka a kyslíka a pri výrobe elektrickej energie z vodíka. Preto hlavný cieľ postdoktorandského výskumu bude zameraný na prípravu a štúdium katalyzátorov pre vyššie uvedené reakcie.
Cieľom tejto práce je príprava foto-katalyzátorov a elektrokatalyzátorov pomocou magnetrónového naprašovania a a štúdium ich katalytickej aktivity pre produkciu vodíka
časopisecká literatúra
doc. Mgr. Vladimír Komanický, Ph.D.
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);
prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.
fyzika (Fd)
Produkcia podivných častíc študovaná prostredníctvom dvojčasticových uhlových korelácií v experimente ALICE na LHC
Dvojčasticové uhlové korelácie predstavujú zaujímavý prostriedok na štúdium jetov a ich modifikácií v ultrarelativistických zrážkach ťažkých iónov, ale aj v protón-protónových (pp) zrážkach s vysokou multiplicitou [1]. Štúdium korelácií s identifikovanými (multi-)podivnými časticami môže priblížiť mechanizmus časticovej produkcie pri energiách na LHC buď v malých (napr. pp alebo p-Pb) alebo veľkých zrážkových systémoch (napr. Pb-Pb). Práca má za cieľ študovať uhlové korelácie (multi-)podivných hadrónov s neidentifikovanými nabitými hadrónmi ako funkciu multiplicity a priečnych hybností v dátach experimentu ALICE na LHC v CERN. Literatúra: [1] ALICE Collaboration: Investigating strangeness enhancement with multiplicity in pp collisions using angular correlations, JHEP 09 (2024) 204
Aktuálna časopisecká literatúra
doc. RNDr. Marek Bombara, PhD.
Mgr. Lucia Anna Tarasovičová, Dr. rer. nat.
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.
doc. PaedDr. Renáta Orosová, PhD.
doc. RNDr. Marián Kireš, PhD.
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.
doc. PaedDr. Renáta Orosová, PhD.
doc. RNDr. Marián Kireš, PhD.
progresívne materiály (PMdAj)
Vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov na báze štruktúrne modifikovaných feromagnetík
Predmetom štúdia budú magneticky mäkké materiály pripravené z práškových feromagnetických častíc a dielektrickej nanoštrukturovanej keramiky. Geometrické, štruktúrne a technologické charakteristiky feromagnetických práškových častíc budú upravované mechanickými a mechano-chemickými metódami. Modifikáciou tvaru, veľkosti, povrchovej morfológie, chemického a fázového zloženia častíc bude dosiahnutá veľká variabilita technologických vlastností práškov, napr. významná zmena v lisovateľnosti. Štúdiom vývoja štruktúry a analýzy fyzikálnych vlastností kompozitov v závislosti od parametrov kompaktovania budú identifikované a popísané mechanizmy tvorby funkčných vlastností so zameraním na objasnenie vplyvu geometrických charakteristík feromagnetika na makroskopické vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov.
Predmetom štúdia budú magneticky mäkké materiály pripravené z práškových feromagnetických častíc a dielektrickej nanoštrukturovanej keramiky.
časopisecká literatúra
Ing. Radovan Bureš, CSc.
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. Spektrofotometrické a kalorimetrické štúdium štruktúrnych zmien, aktivity a stability proteínov v prostredí biokompatibilných organických solventov 2. Identifikácia solventov schopných modulovať amyloidnú agregáciu proteínov - štúdium vplyvu na kinetiku tvorby, štruktúru a morfológiu amyloidných fibríl
1. Amyloidosis: History and Perspectives., Ed. By J. S. Harrison, IntechOpen, London, UK, 2022, Online ISBN: 978-1-83969-298-7 2. Takekiyo T., Yoshimura Y., Suppression and dissolution of amyloid aggregates using ionic liquids. Biophys Rev 2018, 10(3), 853-860 3. Hagen, M. L., Harper, J. B., Croft, A. K., Recent advances in the use of ionic liquids as solvents for protein-based materials and chemistry. Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2022, 36, 100637 4. vedecké články/Scientific articles
RNDr. Diana Fedunová, PhD.
RNDr. Miroslav Gančár, PhD.
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
doc. RNDr. František Lofaj, DrSc.
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.
doc. RNDr. Marián Kireš, PhD.
progresívne materiály (PMdAj)
Jednosmerný rast REBCO masívnych kryštálov, štruktúra a supravodivé vlastnosti
Téma je zameraná na prípravu REBCO (REBCO znamená zlúčeninu REBa2Cu3O7, kde RE je Y alebo vzácna zemina) masívnych monokryštalických supravodičov (MMS) jednosmerným rastom (Single-Direction Melt-Growth: SDMG) z veľkoplošného zárodku a štúdium ich mikroštruktúry a supravodivých vlastností. SDMG technológia bola iba nedávno vyvinutá [1, 2] a predstavuje výrazný pokrok v príprave REBCO MMS pre praktické aplikácie, lebo umožňuje prípravu veľkorozmerných kryštálov s komplikovanou geometriou. Rast masívnych REBCO kryštálov, štruktúrna analýza a meranie makroskopických supravodivých vlastností budú uskutočnené na zariadeniach Oddelenia materiálovej fyziky ÚEF SAV metódami beztéglikového rastu kryštálov, RTG difrakcie, optickej a elektrónovej mikroskopie, meraním zachyteného magnetického poľa a levitačnej sily pri 77 K. Magnetizačné merania budú realizované na zariadeniach ÚEF SAV. Téma spadá do rámca riešenie projektu APVV-21-0387, REBCO masívne supravodiče na báze Y, Gd, Sm a Eu pre praktické aplikácie
Téma je zameraná na prípravu REBCO (REBCO znamená zlúčeninu REBa2Cu3O7, kde RE je Y alebo vzácna zemina) masívnych monokryštalických supravodičov (MMS) jednosmerným rastom (Single-Direction Melt-Growth: SDMG) z veľkoplošného zárodku a štúdium ich mikroštruktúry a supravodivých vlastností.
[1] T. Motoki, R. Sasada, T. Tomihisa, M. Miwa, S. Nakamura, J. Shimoyama, Development of homogeneous and high-performance REBCO bulks with various shapes by the single-direction melt-growth (SDMG) method, Superconducting Science and Technology 35 (2022), 094003. [2] P. Diko, K. Zmorayová, T. Motoki, J. Shimoyama, Microstructure of DyBCO bulk superconductors prepared using single-direction melt-growth (SDMG) method, Ceramics International 49 (2023), 39280-39288.
Ing. Pavel Diko, DrSc.
RNDr. Jozef Bednarčík, PhD., univerzitný docent
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
RNDr. Ivan Škorvánek, CSc.
Ing. Branislav Kunca, PhD.
RNDr. Jozef Marcin, PhD.
fyzika kondenzovaných látok (FKLdAj)
Špecifiká magnetizačných procesov v magneticky mäkkých kompozitov.
Práca je orientovaná na skúmanie špecifík magnetizačných procesov pri magnetovaní v kvazistatickom režime a v striedavých magnetických poliach prebiehajúcich v magneticky mäkkých kompozitoch v porovnaní s magnetizačnými procesmi v konvenčných feromagnetikách.
prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Spektroskopické štúdium 2D supravodičov a sendvičových heteroštruktúr
V modernej nanovede, materiálovom výskume a obzvlášť v kvantových technológiách sa veľmi nízke teploty stali dôležitým nástrojom. Zmenšovanie fyzikálnych systémov až na veľkosť, kde kvantová fyzika preváži nad klasickou, prináša množstvo nových, čisto kvantových javov a otvára možnosti vzniku nových tried kvantových materiálov. V rámci dizertačnej práce sa zameriame na nízkorozmerné kvantové zariadenia, vrstevnaté heteroštruktúry pozostávajúce z kombinácie atomárne tenkých supravodivých vrstiev a ďalších vrstiev, čo môžu byť izolátory, kovy, či feromagnety. V takýchto systémoch môžu byť narušené symetrie, ktoré môžu viesť ku netriviálnym topologickým kvantovým stavom relevantným pre budúce technológie. Atomárne tenké vrstevnaté materiály sú systémy, kde sa pomer objemu a povrchu limitne blíži k nule, a teda ich fyzikálne vlastnosti sú silno ovplyvnené rozhraním s inými systémami. Aj preto tieto kvázi dvojrozmerné materiály vytvárajú platformu pre množstvo kvantových efektov, ktoré je možné očakávať v heteroštruktúrach, či aparátoch vytvorených vertikálnym ukladaním týchto vrstiev. V rámci dizertačnej práce budeme pripravovať sendvičové nanoštruktúry rôznych 2D materiálov, a budeme ich charakterizovať transportnými a STM experimentmi pri veľmi nízkych teplotách. Budeme sa sústrediť aj na charakterizáciu objemových vzoriek s narušenou symetriou.
Príprava nanoštruktúr z rôznych 2D materiálov a ich charakterizácia pomocou nízkoteplotných transportných a STM meraní.
[1] K. Jin, et al., Assembly of Arbitrary Designer Heterostructures with Atomically Clean Interfaces, Adv. Mater. Interfaces 2300658 (2023). [2] M. Kuzmiak, et al., Disorder- and magnetic field–tuned fermionic superconductor-insulator transition in MoN thin films: Transport and scanning tunneling microscopy, Phys. Rev. B 108, 184511 (2023). [3] A. Pálinkás, et al., Novel graphene/Sn and graphene/SnOx hybrid nanostructures: induced superconductivity and band gaps revealed by scanning probe measurements, Carbon 124 (2017), 611
Mgr. Pavol Szabó, CSc.
doc. RNDr. Peter Samuely, DrSc.
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. Spektrofotometrické a kalorimetrické štúdium štruktúrnych zmien, aktivity a stability proteínov v prostredí biokompatibilných organických solventov 2. Identifikácia solventov schopných modulovať amyloidnú agregáciu proteínov - štúdium vplyvu na kinetiku tvorby, štruktúru a morfológiu amyloidných fibríl
1. Amyloidosis: History and Perspectives., Ed. By J. S. Harrison, IntechOpen, London, UK, 2022, Online ISBN: 978-1-83969-298-7 2. Takekiyo T., Yoshimura Y., Suppression and dissolution of amyloid aggregates using ionic liquids. Biophys Rev 2018, 10(3), 853-860 3. Hagen, M. L., Harper, J. B., Croft, A. K., Recent advances in the use of ionic liquids as solvents for protein-based materials and chemistry. Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2022, 36, 100637 4. vedecké články/Scientific articles
RNDr. Diana Fedunová, PhD.
RNDr. Miroslav Gančár, PhD.
fyzika (FdAj)
Produkcia podivných častíc študovaná prostredníctvom dvojčasticových uhlových korelácií v experimente ALICE na LHC
Dvojčasticové uhlové korelácie predstavujú zaujímavý prostriedok na štúdium jetov a ich modifikácií v ultrarelativistických zrážkach ťažkých iónov, ale aj v protón-protónových (pp) zrážkach s vysokou multiplicitou [1]. Štúdium korelácií s identifikovanými (multi-)podivnými časticami môže priblížiť mechanizmus časticovej produkcie pri energiách na LHC buď v malých (napr. pp alebo p-Pb) alebo veľkých zrážkových systémoch (napr. Pb-Pb). Práca má za cieľ študovať uhlové korelácie (multi-)podivných hadrónov s neidentifikovanými nabitými hadrónmi ako funkciu multiplicity a priečnych hybností v dátach experimentu ALICE na LHC v CERN. Literatúra: [1] ALICE Collaboration: Investigating strangeness enhancement with multiplicity in pp collisions using angular correlations, JHEP 09 (2024) 204
Aktuálna časopisecká literatúra
doc. RNDr. Marek Bombara, PhD.
Mgr. Lucia Anna Tarasovičová, Dr. rer. nat.
progresívne materiály (PMdAj)
Štúdium štuktúrných zmien kovových skiel pod vplyvom vonjakších parametrov pomocou techník na báze vysoko-intenzívnych zdrojov röntgenového žiarenia národných a medzinárodných laboratórii.
Kovové sklá vďaka chýbajúcemu periodickému usporiadaniu atómov na ďalekú vzdialenosť vykazujú viacero výnimočných charakterstík, ktorými prevyšujú alebo sa značne líšia od štandardne používaných kryštalických kovových zliatin rovnakého zloženia. Medzi tieto charakteristiky môžeme zaradiť výborne mechanické vlastnosti (takmer teoretické hodnoty medze pevnosti, extrémna tvrdosť, výborné elastické vlastnosti, ...), vysoká korózna odolnosť, či excelentné magnetické vlastnosti (nízka koercivita a vysoká magnetická saturácia, malá termálna expanzia pri teplotách nižších ako Curieho teplota,). Cieľom tejto práce bude sledovať a pochopiť vzťah medzi zmenami lokálnej atómovej štruktúry a makroskopickými vlastnosťami vo vybraných systémov kovových skiel pod vplyvom vonkajších parametrov ako sila (ťah/tlak), teplota, či magnetické pole. Tieto zmeny budú študované in-situ s využitím moderných rozptylových a zobrazovacích techník pomocou vysoko-intenzívnych zdrojov röntgenového žiarenia národných a medzinárodných laboratórii. Tieto merania budú kombinované s dostupnými štandardnými laboratórnymi technikami ako SEM, DSC, AFM, TEM a nielen.
Cieľom tejto práce bude sledovať a pochopiť vzťah medzi zmenami lokálnej atómovej štruktúry a makroskopickými vlastnosťami vo vybraných systémov kovových skiel pod vplyvom vonkajších parametrov ako sila (ťah/tlak), teplota, či magnetické pole.
časopisecká literatúra
prof. RNDr. Pavol Sovák, CSc.
RNDr. Štefan Michalik, PhD.
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
Ing. Vladimír Girman, PhD.
prof. RNDr. Pavol Sovák, CSc.
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.
RNDr. Vladimír Kovaľ, DrSc.
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
doc. RNDr. Adela Kravčáková, PhD.
fyzika (FdAj)
Štúdium interakcií vysokoenergetických častíc v atmosfére pomocou CORSIKA7 a CORSIKA8 softvérových rámcov, porovnanie nimi získaných vysledkov a ich porovnanie s dátami, predovšetkým experimentu KM3NeT
CORSIKA je dlhodobo etablovaný softvér pre simulácie atmosférických spŕšok vyvolaných kozmickým žiarením. Bol vyvíjaný hlavne vo Fortran 77 nepretržite za posledných tridsať rokov. Je veľmi ťažké pridať nové fyzikálne funkcie do CORSIKA7. CORSIKA8 predstavuje moderný prepis v C++17 s modulárnou štruktúrou, ktorá zlepšuje flexibilitu a rozšíriteľnosť. Využíva moderné koncepty v objektovo orientovanom programovaní. Projekt CORSIKA8 má za cieľ dosiahnuť vysoký výkon využívaním techník, ako je vektorizácia, paralelizácia gpu/cpu, rozšírené využitie statického polymorfizmu a mať k dispozícii čo najpresnejšie fyzikálne modely. Plánujeme porovnanie výsledkov, a to predovšetkým fluencií, energetických rozddelení a transportu v médiach (voda, vzduch, skala, ...) medzi týmito softvérovými konceptmi navzájom a ich porovnanie s dátami predovšetkým experimentu KM3NeT. Výsledky môžu byť použité na kalibráciu detekčných systémov a analýzu experimentálnych dát z detektorov experimentu KM3NeT, ale v princípe aj iných.
Aktuálna časopisecká literatúra
RNDr. Blahoslav Pastirčák, CSc.
RNDr. Ivan Králik, CSc.
fyzika (FdAj)
Štúdium produkcie ľahkých (anti)jadier na urýchľovači LHC v experimente ALICE
Štúdium produkcie ľahkých (anti)jadier vo vysokoenergetických hadrónových zrážkach je dôležité pre pochopenie formácie slabo viazaných systémov v prostrediach s vysokou teplotou prítomnými na urýchľovači LHC. Naviac, produkcia ľahkých (anti)jadier predstavuje cennú informáciu pre odhad viditeľného pozadia v hľadaní tmavej hmoty v kozmickom žiarení [1,2]. Vďaka excelentnej rekonštrukcii dráh a identifikácii častíc je experiment ALICE na LHC ideálny na štúdium produkcie ľahkých (anti)jadier. V práci bude študovaná produkcia deuterónov a anti-deuterónov ako funkcia multiplicity a ďalších experimentálnych premenných v hadrónových zrážkach na urýchľovači LHC v CERN v detektore ALICE. Literatúra: [1] ALICE Collaboration: Measurement of the Low-Energy Antideuteron Inelastic Cross Section, Physical Review Letters 125, 162001 (2020) [2] ALICE Collaboration: (Anti-)deuteron production in pp collisions at √s = 13 TeV, Eur. Phys. J. C (2020) 80:889
Aktuálna časopisecká literatúra
doc. RNDr. Marek Bombara, PhD.
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
prof. RNDr. Rastislav Varga, DrSc.
Ing. RNDr. Andrea Džubinská, PhD.
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.
doc. Ing. Ondrej Milkovič, PhD.
prof. RNDr. Rastislav Varga, DrSc.
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 2026 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 (2022-2026) 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
doc. RNDr. Marek Bombara, PhD.
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
RNDr. Jozef Bednarčík, PhD., univerzitný docent
fyzika (FdAj)
Štúdium vlastností top kvarku v protón-protónových zrážkach na experimente ATLAS
Top kvark, ako najťažší zo známych kvarkov má výnimočné vlastnosti pre analýzu procesov, ktoré môžu odhaliť fyziku za Štandardným modelom (ŠM), prípadne prispieť k spresneniu parametrov ŠM. Detektor ATLAS poskytuje dáta o produkcii a rozpadoch top kvarkov pri doteraz najvyššej energii a vysokej štatistike produkcie. V týchto dátach treba analyzovať mnoho rôznych procesov (účinné prierezy rozpadov, spinové korelácie, väzbové konštanty, ...), ako aj spresniť analýzy urobené na nižších energiách a menšej štatistike. Doktorandské štúdium bude zamerané na metodologickú prácu v kalorimetrii detektora ATLAS (príspevok k zlepšeniu kvality meraných dát v prostredí vysokej svietivosti budúceho HL-LHC urýchľovača), ako aj na niektoré z týchto analýz vlastností top kvarku (v závislosti na možnostiach a potrebe kolaborácie). Práca vyžaduje získanie schopností pracovať a programovať v analyzačnom softwari ROOT, ako aj v softwarovom prostredí detektora ATLAS (python a C++), porozumieť teoretickým predpovediam ŠM ako aj dobré komunikačné schopnosti v anglickom jazyku (časté prezentácie na kolaboračných poradách). Počas štúdia sa predpokladajú ako pobyty v CERNe, tak aj účasť na medzinárodných konferenciách a workshopoch.
Aktuálna časopisecká literatúra
doc. RNDr. Jozef Urbán, CSc.
RNDr. Pavol Stríženec, CSc.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Špecifiká magnetizačných procesov v magneticky mäkkých kompozitov.
Práca je orientovaná na skúmanie špecifík magnetizačných procesov pri magnetovaní v kvazistatickom režime a v striedavých magnetických poliach prebiehajúcich v magneticky mäkkých kompozitoch v porovnaní s magnetizačnými procesmi v konvenčných feromagnetikách.
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)
prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.
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.
RNDr. Vladimír Kovaľ, DrSc.
biofyzika (BFd)
Štúdium bunkových odpovedí v 2D a 3D modeli neurodegeneratívnych ochorení
Etiológia väčšiny neurodegeneračných ochorení (NDDs) 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 (aSNC) (Lewyho telieska). Napriek intenzívnemu výskumu NDDs, vrátane PD v post-mortem mozgovom tkanive, zvieracích modeloch a 2D bunkových modeloch, na neurodegeneratívne ochorenia neexistuje žiadny liek. V posledných dvoch desaťročiach ľudia vyvíjali 3D bunkové modely a organoidy na skúmanie funkcií mozgu, vrátane nervových synáps, migrácie buniek a kontaktu medzi bunkami v 3D prostredí. Preto 3D organoidné modely predstavujú špičkový nástroj s veľkým prísľubom na zlepšenie nášho chápania a liečby neurodegeneratívnych chorôb NDD. Tento projekt bude skúmať a porovnávať bunkové odpovede neurónových buniek v 2D a 3D modeloch Parkinsonovej choroby. Štúdia bude zameraná na účinky fotobiomodulácie, ako alternatívnej terapie pre PD, na oxidačný stres a aSNC agregáty v 2D a 3D bunkových štruktúrach. Zistenia projektu pomôžu lepšie pochopiť mechanizmy, ktoré sú základom PD a vyvinúť nové liečebné postupy pre neurodegeneratívne ochorenia. 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) 9. Babu et al (2024) Life Sciences 345 (2024) 122610 10. Toh et al (2023) Oxford Open Neuroscience, 2, 1–14 11. Sabate-Soler et al. Glia. 2022;70:1267–1288
doc. RNDr. Katarína Štroffeková, PhD.
RNDr. Zuzana Bednáriková, PhD.
fyzika kondenzovaných látok (FKLd)
Štúdium fázovej koherencie a procesov dekoherencie v piezo-rezonátoroch
Téma dizertačnej práce je zameraná na štúdium prechodu piezo-mechanických rezonátorov do tzv. koherentného stavu. Existujú experimentálne náznaky, že tieto rezonátory patria medzi fyzikálne systémy s tzv. fázovou koherenciou. Predchádzajúce štúdium piezo-rezonátorov na báze SiO2 ukázalo, že pri ich schladzovaní, pod teplotou 20 K, prechádzali do stavu s vysokou hodnotou Q-faktora (faktor kvality) a naviac ich rezonančná frekvencia meraná pri konštantnej teplote (pod teplotou 1K) bola extrémne stabilná, číselne porovnateľná so stabilitou komerčných plynových (CO2) laserov. Cieľom práce bude pochopiť fyzikálnu podstatu fázového prechodu piezo-rezonátorov do koherentného stavu, objasniť procesy dekoherencie, zistiť či piezo-rezonátory vykazujú jav škálovania frekvenčnej stability s hodnotou rezonančnej frekvencie a preveriť či uvedený fázový prechod má univerzálny charakter, to jest či je pozorovateľný aj v iných triedach piezo-materiálov (napr. GaPO4 a pod.).
Ciele práce: 1. Experimentálne študovať fázový prechod piezo-rezonátorov do koherentného stavu a overiť univerzálnosť tohto fázového prechodu aj v iných triedach piezo-rezonátorov 2. Preveriť, či sa frekvenčná stabilita škáluje s hodnotou rezonančnej frekvencie daného piezo-rezonátora 3. Pochopiť fyzikálnu podstatu procesov dekoherencie a disipácie energie prebiehajúcich v piezo-rezonátore pri nízkych teplotách
1. Kittel, Charles. Introduction to Solid State Physics. 8th ed., John Wiley & Sons, 2004. 2. Pobell, Frank. Matter and Methods at Low Temperatures. Springer, 2007. 3. Cady, Walter Guyton. Piezoelectricity: Volume One: An Introduction to the Theory and Applications of Electromechanical Phenomena in Crystals. Dover Publications, 2018. 4. Cleland, Andrew. Foundations of nanomechanics. Springer, 2003
RNDr. Marcel Človečko, PhD.
fyzika (Fd)
Štúdium interakcií vysokoenergetických častíc v atmosfére pomocou CORSIKA7 a CORSIKA8 softvérových rámcov, porovnanie nimi získaných vysledkov a ich porovnanie s dátami, predovšetkým experimentu KM3NeT
CORSIKA je dlhodobo etablovaný softvér pre simulácie atmosférických spŕšok vyvolaných kozmickým žiarením. Bol vyvíjaný hlavne vo Fortran 77 nepretržite za posledných tridsať rokov. Je veľmi ťažké pridať nové fyzikálne funkcie do CORSIKA7. CORSIKA8 predstavuje moderný prepis v C++17 s modulárnou štruktúrou, ktorá zlepšuje flexibilitu a rozšíriteľnosť. Využíva moderné koncepty v objektovo orientovanom programovaní. Projekt CORSIKA8 má za cieľ dosiahnuť vysoký výkon využívaním techník, ako je vektorizácia, paralelizácia gpu/cpu, rozšírené využitie statického polymorfizmu a mať k dispozícii čo najpresnejšie fyzikálne modely. Plánujeme porovnanie výsledkov, a to predovšetkým fluencií, energetických rozddelení a transportu v médiach (voda, vzduch, skala, ...) medzi týmito softvérovými konceptmi navzájom a ich porovnanie s dátami predovšetkým experimentu KM3NeT. Výsledky môžu byť použité na kalibráciu detekčných systémov a analýzu experimentálnych dát z detektorov experimentu KM3NeT, ale v princípe aj iných.
Aktuálna časopisecká literatúra
RNDr. Blahoslav Pastirčák, CSc.
RNDr. Ivan Králik, CSc.
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
RNDr. Jozef Bednarčík, PhD., univerzitný docent
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
prof. RNDr. Rastislav Varga, DrSc.
Ing. RNDr. Andrea Džubinská, PhD.
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
doc. RNDr. Adela Kravčáková, PhD.
fyzika (Fd)
Štúdium produkcie ľahkých (anti)jadier na urýchľovači LHC v experimente ALICE
Štúdium produkcie ľahkých (anti)jadier vo vysokoenergetických hadrónových zrážkach je dôležité pre pochopenie formácie slabo viazaných systémov v prostrediach s vysokou teplotou prítomnými na urýchľovači LHC. Naviac, produkcia ľahkých (anti)jadier predstavuje cennú informáciu pre odhad viditeľného pozadia v hľadaní tmavej hmoty v kozmickom žiarení [1,2]. Vďaka excelentnej rekonštrukcii dráh a identifikácii častíc je experiment ALICE na LHC ideálny na štúdium produkcie ľahkých (anti)jadier. V práci bude študovaná produkcia deuterónov a anti-deuterónov ako funkcia multiplicity a ďalších experimentálnych premenných v hadrónových zrážkach na urýchľovači LHC v CERN v detektore ALICE. Literatúra: [1] ALICE Collaboration: Measurement of the Low-Energy Antideuteron Inelastic Cross Section, Physical Review Letters 125, 162001 (2020) [2] ALICE Collaboration: (Anti-)deuteron production in pp collisions at √s = 13 TeV, Eur. Phys. J. C (2020) 80:889
Aktuálna časopisecká literatúra
doc. RNDr. Marek Bombara, PhD.
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 2026 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 (2022-2026) 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
doc. RNDr. Marek Bombara, PhD.
fyzika (Fd)
Štúdium produkcie vektorových mezónov v rámci experimentu ALICE
Štúdium kvarkovo-gluónovej plazmy (QGP) umožňuje odpovedať na otázky o pôvode vesmíru, základných vlastnostiach hmoty a silných interakciách, čo je pre časticovú fyziku, ale napríklad aj kozmológiu kľúčové. Experiment ALICE na LHC je zameraný na skúmanie zrážok ťažkých iónov, ktoré vytvárajú extrémne podmienky podobné tým, ktoré panovali vo vesmíre krátko po Veľkom tresku. Výskum vektorových mezónov prináša cenné informácie o interakciách medzi hadrónmi a dynamike QGP, čím prispieva k lepšiemu pochopeniu QGP, interakcií medzi kvarkami a silnej interakcie, ktorá je zásadná pre množstvo procesov v časticovej fyzike, astrofyzike a kozmológii. 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. The ALICE experiment: A journey through QCD, CERN-EP-2022-227, https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.04384
RNDr. Martin Vaľa, PhD.
doc. RNDr. Janka Vrláková, PhD.
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.
doc. Ing. Ondrej Milkovič, PhD.
prof. RNDr. Rastislav Varga, DrSc.
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
Ing. Vladimír Girman, PhD.
prof. RNDr. Pavol Sovák, CSc.
progresívne materiály (PMd)
Štúdium štuktúrných zmien kovových skiel pod vplyvom vonjakších parametrov pomocou techník na báze vysoko-intenzívnych zdrojov röntgenového žiarenia národných a medzinárodných laboratórii.
Kovové sklá vďaka chýbajúcemu periodickému usporiadaniu atómov na ďalekú vzdialenosť vykazujú viacero výnimočných charakterstík, ktorými prevyšujú alebo sa značne líšia od štandardne používaných kryštalických kovových zliatin rovnakého zloženia. Medzi tieto charakteristiky môžeme zaradiť výborne mechanické vlastnosti (takmer teoretické hodnoty medze pevnosti, extrémna tvrdosť, výborné elastické vlastnosti, ...), vysoká korózna odolnosť, či excelentné magnetické vlastnosti (nízka koercivita a vysoká magnetická saturácia, malá termálna expanzia pri teplotách nižších ako Curieho teplota,). Cieľom tejto práce bude sledovať a pochopiť vzťah medzi zmenami lokálnej atómovej štruktúry a makroskopickými vlastnosťami vo vybraných systémov kovových skiel pod vplyvom vonkajších parametrov ako sila (ťah/tlak), teplota, či magnetické pole. Tieto zmeny budú študované in-situ s využitím moderných rozptylových a zobrazovacích techník pomocou vysoko-intenzívnych zdrojov röntgenového žiarenia národných a medzinárodných laboratórii. Tieto merania budú kombinované s dostupnými štandardnými laboratórnymi technikami ako SEM, DSC, AFM, TEM a nielen.
Cieľom tejto práce bude sledovať a pochopiť vzťah medzi zmenami lokálnej atómovej štruktúry a makroskopickými vlastnosťami vo vybraných systémov kovových skiel pod vplyvom vonkajších parametrov ako sila (ťah/tlak), teplota, či magnetické pole.
časopisecká literatúra
prof. RNDr. Pavol Sovák, CSc.
RNDr. Štefan Michalik, PhD.
fyzika (Fd)
Štúdium vlastností top kvarku v protón-protónových zrážkach na experimente ATLAS
Top kvark, ako najťažší zo známych kvarkov má výnimočné vlastnosti pre analýzu procesov, ktoré môžu odhaliť fyziku za Štandardným modelom (ŠM), prípadne prispieť k spresneniu parametrov ŠM. Detektor ATLAS poskytuje dáta o produkcii a rozpadoch top kvarkov pri doteraz najvyššej energii a vysokej štatistike produkcie. V týchto dátach treba analyzovať mnoho rôznych procesov (účinné prierezy rozpadov, spinové korelácie, väzbové konštanty, ...), ako aj spresniť analýzy urobené na nižších energiách a menšej štatistike. Doktorandské štúdium bude zamerané na metodologickú prácu v kalorimetrii detektora ATLAS (príspevok k zlepšeniu kvality meraných dát v prostredí vysokej svietivosti budúceho HL-LHC urýchľovača), ako aj na niektoré z týchto analýz vlastností top kvarku (v závislosti na možnostiach a potrebe kolaborácie). Práca vyžaduje získanie schopností pracovať a programovať v analyzačnom softwari ROOT, ako aj v softwarovom prostredí detektora ATLAS (python a C++), porozumieť teoretickým predpovediam ŠM ako aj dobré komunikačné schopnosti v anglickom jazyku (časté prezentácie na kolaboračných poradách). Počas štúdia sa predpokladajú ako pobyty v CERNe, tak aj účasť na medzinárodných konferenciách a workshopoch.
Aktuálna časopisecká literatúra
doc. RNDr. Jozef Urbán, CSc.
RNDr. Pavol Stríženec, CSc.
biofyzika (BFdAj)
Modulácia amyloidnej agregácie proteínov: malé molekuly a peptidy v boji proti neurodegeneratívnym ochoreniam
Výskyt neurodegeneratívnych ochorení ako Alzheimerova a Parkinsonova choroba neustále narastá so zvyšujúcim sa vekom ľudskej populácie. 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. Napriek enormnej snahe vedcov je mechanizmus vzniku amyloidných štruktúr z väčšej časti neobjasnený a tieto ochorenia nevyliečiteľné. Táto dizertačná práca sa zameria na skúmanie nových inhibítorov na báze malých molekúl a peptidov schopných modulovať amyloidnú agregáciu vnútorne neusporiadaných proteínov, ako je Amyloidný β peptid, tau proteín a α-synukleín, ktoré sú spojené s patogenézou ACH a PCH. Cieľom je identifikovať mechanizmus inhibície tvorby amyloidných štruktúr proteínov, interakcie a vplyv týchto inhibítorov na patologické procesy spojené s neurodegeneratívnymi ochoreniami, ako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba.
1. Identifikovať a charakterizovať nové inhibítory na báze malých molekúl a proteínov so schopnosťou modulovať amyloidnú agregáciu vnútorne neusporiadaných proteínov spojených s neurodegeneratívnymi ochoreniami (Amyloid-β, Tau a α-synukleín). 2. Pochopiť molekulárne mechanizmy, ktorými tieto inhibítory interagujú s amyloidogénnymi proteínmi a ovplyvňujú ich agregáciu. 3. Zhodnotiť terapeutický potenciál inhibítorov prostredníctvom analýzy ich účinku na agregáciu proteínov, toxicitu a bunkové modely neurodegeneračných ochorení.
1. Hartl F.U. Protein misfolding diseases. Annu. Rev. Biochem. 2017;86:21–26. doi: 10.1146/annurev-biochem-061516-044518 2. Zaman M, Khan AN, Wahiduzzaman, Zakariya SM, Khan RH. Protein misfolding, aggregation and mechanism of amyloid cytotoxicity: An overview and therapeutic strategies to inhibit aggregation. Int J Biol Macromol. 2019 Aug 1;134:1022-1037. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.05.109. 3. Gregoire, S., Irwin, J. & Kwon, I. Techniques for monitoring protein misfolding and aggregation in vitro and in living cells. Korean J. Chem. Eng. 29, 693–702 (2012). https://doi.org/10.1007/s11814-012-0060-x
RNDr. Zuzana Bednáriková, PhD.
doc. RNDr. Zuzana Gažová, DrSc.
biofyzika (BFdAj)
Štúdium bunkových odpovedí v 2D a 3D modeli neurodegeneratívnych ochorení
Etiológia väčšiny neurodegeneračných ochorení (NDDs) 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 (aSNC) (Lewyho telieska). Napriek intenzívnemu výskumu NDDs, vrátane PD v post-mortem mozgovom tkanive, zvieracích modeloch a 2D bunkových modeloch, na neurodegeneratívne ochorenia neexistuje žiadny liek. V posledných dvoch desaťročiach ľudia vyvíjali 3D bunkové modely a organoidy na skúmanie funkcií mozgu, vrátane nervových synáps, migrácie buniek a kontaktu medzi bunkami v 3D prostredí. Preto 3D organoidné modely predstavujú špičkový nástroj s veľkým prísľubom na zlepšenie nášho chápania a liečby neurodegeneratívnych chorôb NDD. Tento projekt bude skúmať a porovnávať bunkové odpovede neurónových buniek v 2D a 3D modeloch Parkinsonovej choroby. Štúdia bude zameraná na účinky fotobiomodulácie, ako alternatívnej terapie pre PD, na oxidačný stres a aSNC agregáty v 2D a 3D bunkových štruktúrach. Zistenia projektu pomôžu lepšie pochopiť mechanizmy, ktoré sú základom PD a vyvinúť nové liečebné postupy pre neurodegeneratívne ochorenia. 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) 9. Babu et al (2024) Life Sciences 345 (2024) 122610 10. Toh et al (2023) Oxford Open Neuroscience, 2, 1–14 11. Sabate-Soler et al. Glia. 2022;70:1267–1288
doc. RNDr. Katarína Štroffeková, PhD.
RNDr. Zuzana Bednáriková, PhD.
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.
prof. RNDr. Rastislav Varga, DrSc.
RNDr. Ladislav Galdun, PhD.
biofyzika (BFdeAj)
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.
Cieľom práce je určiť spôsob a silu interakcie medzi molekulami pesticídov a genetickým materiálom v bunkách, ktorý reprezentuje molekula DNA, ďalej to budú históny a jadro nukleozómov.
• Vinay Mohan Pathak et al: Current status of pesticide effects on environment, human health and it´s eco-friendly management as bioremediation: A comprehensive review, 2022, Front. Microbil. Vol. 2, 1-22 p. • Verebová Valéria et al: Monitoring of DNA structural changes after incorporation of the phenylpyrazole insecticide fipronil, 2024, Archives of Biochemistry and Biophysics, Vol. 756, 110001, 1-10 p. • Verebová Valéria et al: The effect of neonicotinoid insecticide Thiacloprid on the structure and stability of DNA, 2019, Physiological Research, Vol. 69, suppl. 4, S459-S466.
doc. RNDr. Jana Staničová, PhD.
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.
Využitie metód riadenej evolúcie pre vývoj efektívnych HLDs. Vývoj vysoko-účinných metód detekcie HLDs aktivity. Evolúcia vo vode rozpustného GPCR variantu.
Goverde et al. (2024) Computational design of soluble and functional membrane protein analogues. Nature. 2024 Jul;631(8020):449-458. doi: 10.1038/s41586-024-07601-y
prof. RNDr. Erik Sedlák, DrSc.
Mgr. Mária Tomková, PhD.
fyzika (FdAj)
Topologické fázy vo frustrovaných antiferomagnetikách
Antisymetrická spinová výmenná interakcia typu Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) môže viesť k vzniku skrútených magnetických štruktúr. Tieto topologické stavy 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].
Teoretické hľadanie a štúdium vhodných kandidátov medzi frustrovanými antiferomagnetikami, ktoré by vykazovali skyrmionové alebo iné topologické fázy s fyzikálne a technologicky zaujímavými vlastnosťami.
prof. RNDr. Milan Žukovič, PhD.
fyzika (Fd)
Topologické fázy vo frustrovaných antiferomagnetikách
Antisymetrická spinová výmenná interakcia typu Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) môže viesť k vzniku skrútených magnetických štruktúr. Tieto topologické stavy 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].
Teoretické hľadanie a štúdium vhodných kandidátov medzi frustrovanými antiferomagnetikami, ktoré by vykazovali skyrmionové alebo iné topologické 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).
prof. RNDr. Milan Žukovič, PhD.
fyzika (FdAj)
Štúdium produkcie vektorových mezónov v rámci experimentu ALICE
Štúdium kvarkovo-gluónovej plazmy (QGP) umožňuje odpovedať na otázky o pôvode vesmíru, základných vlastnostiach hmoty a silných interakciách, čo je pre časticovú fyziku, ale napríklad aj kozmológiu kľúčové. Experiment ALICE na LHC je zameraný na skúmanie zrážok ťažkých iónov, ktoré vytvárajú extrémne podmienky podobné tým, ktoré panovali vo vesmíre krátko po Veľkom tresku. Výskum vektorových mezónov prináša cenné informácie o interakciách medzi hadrónmi a dynamike QGP, čím prispieva k lepšiemu pochopeniu QGP, interakcií medzi kvarkami a silnej interakcie, ktorá je zásadná pre množstvo procesov v časticovej fyzike, astrofyzike a kozmológii. 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. The ALICE experiment: A journey through QCD, CERN-EP-2022-227, https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.04384
RNDr. Martin Vaľa, PhD.
doc. RNDr. Janka Vrláková, PhD.
progresívne materiály (PMd)
Vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov na báze štruktúrne modifikovaných feromagnetík
Predmetom štúdia budú magneticky mäkké materiály pripravené z práškových feromagnetických častíc a dielektrickej nanoštrukturovanej keramiky. Geometrické, štruktúrne a technologické charakteristiky feromagnetických práškových častíc budú upravované mechanickými a mechano-chemickými metódami. Modifikáciou tvaru, veľkosti, povrchovej morfológie, chemického a fázového zloženia častíc bude dosiahnutá veľká variabilita technologických vlastností práškov, napr. významná zmena v lisovateľnosti. Štúdiom vývoja štruktúry a analýzy fyzikálnych vlastností kompozitov v závislosti od parametrov kompaktovania budú identifikované a popísané mechanizmy tvorby funkčných vlastností so zameraním na objasnenie vplyvu geometrických charakteristík feromagnetika na makroskopické vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov.
Predmetom štúdia budú magneticky mäkké materiály pripravené z práškových feromagnetických častíc a dielektrickej nanoštrukturovanej keramiky.
časopisecká literatúra
Ing. Radovan Bureš, CSc.
biofyzika (BFde)
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.
Cieľom práce je určiť spôsob a silu interakcie medzi molekulami pesticídov a genetickým materiálom v bunkách, ktorý reprezentuje molekula DNA, ďalej to budú históny a jadro nukleozómov.
• Vinay Mohan Pathak et al: Current status of pesticide effects on environment, human health and it´s eco-friendly management as bioremediation: A comprehensive review, 2022, Front. Microbil. Vol. 2, 1-22 p. • Verebová Valéria et al: Monitoring of DNA structural changes after incorporation of the phenylpyrazole insecticide fipronil, 2024, Archives of Biochemistry and Biophysics, Vol. 756, 110001, 1-10 p. • Verebová Valéria et al: The effect of neonicotinoid insecticide Thiacloprid on the structure and stability of DNA, 2019, Physiological Research, Vol. 69, suppl. 4, S459-S466.
doc. RNDr. Jana Staničová, PhD.
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.
Využitie metód riadenej evolúcie pre vývoj efektívnych HLDs. Vývoj vysoko-účinných metód detekcie HLDs aktivity. Evolúcia vo vode rozpustného GPCR variantu.
Goverde et al. (2024) Computational design of soluble and functional membrane protein analogues. Nature. 2024 Jul;631(8020):449-458. doi: 10.1038/s41586-024-07601-y
prof. RNDr. Erik Sedlák, DrSc.
Mgr. Mária Tomková, PhD.
biofyzika (BFd)
Využitie moderných metód konfokálnej mikroskopie a respirometrie pri štúdiu metabolickej záťaže srdca
Kardiovaskulárne komplikácie predstavujú najčastejšiu príčinu morbidity a mortality na svete. Pre detailné štúdium týchto stavov sa čoraz viac uplatňujú moderné biofyzikálne metódy ako biofotonika, konfokálna a superrozlišujúca mikroskopia, či vysokovýkonná respirometria, ktoré sú ideálne pre výskum štruktúry a funkcie buniek, ich organel a špecifických proteínov. Preto tieto metódy využijeme pri štúdiu vápnikovej signalizácie a metabolizmu mitochondrií vo vybraných experimentálnych modeloch metabolickej záťaže srdca.
Využitie moderných biofyzikálnych metód pri štúdiu vápnikovej signalizácie a metabolizmu mitochondrií vo vybraných experimentálnych modeloch metabolickej záťaže srdca.
1. Cagalinec M, Zahradníková A, Zahradníková A Jr, Kováčová D, Paulis L, Kureková S, Hot'ka M, Pavelková J, Plaas M, Novotová M, Zahradník I. Calcium Signaling and Contractility in Cardiac Myocyte of Wolframin Deficient Rats. Front Physiol. 2019 Mar 13;10:172. doi: 10.3389/fphys.2019.00172. 2. Marcek Chorvatova A, Cagalinec M, Chorvat D Jr. Time-Resolved Imaging of Mitochondrial Flavin Fluorescence and Its Applications for Evaluating the Oxidative State in Living Cardiac Cells. Methods Mol Biol. 2021;2275:403-414. doi: 10.1007/978-1-0716-1262-0_26. 3. Baglaeva I, Iaparov B, Zahradník I, Zahradníková A. Analysis of noisy transient signals based on Gaussian process regression. Biophys J. 2023 Feb 7;122(3):451-459. doi: 10.1016/j.bpj.2023.01.003.
RNDr. Michal Cagalinec, PhD.
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.
prof. RNDr. Rastislav Varga, DrSc.
RNDr. Ladislav Galdun, PhD.
progresívne materiály (PMd)
Vývoj keramických nanovlákien na báze kovov získaných z recyklácie odpadov technológiou elektrostatického zvlákňovania
Dizertačná práca je orientovaná na nanovlákenné systémy vyrobené relatívne novou, finančne nenáročnou a pritom produktívnou metódou z roztokov kovov získaných hydrometalurgickým spracovaním odpadov, u ktorých sa očakáva veľký potenciál v oblasti rôznych 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.
prof. RNDr. Ján Dusza, DrSc.
Ing. Eva Múdra, PhD.
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
doc. RNDr. František Lofaj, DrSc.
biofyzika (BFd)
Vývoj metód na stanovenie proteolytickej aktivity priemyselne využívaných bakteriálnych toxínov
Dizertačná práca je zameraná na výskum metód merania proteolytickej aktivity toxínov, ktoré štiepia špecifické sekvencie peptidov odvodené od SNARE proteínov. Tento mechanizmus hrá kľúčovú úlohu v biologickej aktivite toxínu, avšak jeho presná kinetika a substrátová špecificita sú stále nedostatočne preskúmané. V rámci práce budú vyvinuté metódy na monitorovanie tejto aktivity, predovšetkým rýchle a rutinné testy na báze substrátových peptidov s FRET párom. Vývoj nových experimentálnych prístupov umožní presnejšie kvantifikovať kinetiku štiepenia a identifikovať faktory ovplyvňujúce substrátovú selektivitu toxínov. Výskum prebieha v rámci spolupráce tzv. vo forme priemyselného doktorátu so súkromným sektorom - firmou JUHAPHARM, s.r.o., pričom získané poznatky môžu prispieť nielen k vývoju analytických nástrojov, ale aj k lepšiemu pochopeniu molekulárnych mechanizmov toxínov s potenciálnymi aplikáciami v biotechnológii a farmaceutickom výskume.
1. Vyvinúť metódy na stanovenie aktivity bakteriálnych toxínov používaných v priemysle 2. Charakterizovať robustnosť a spoľahlivosť vyvíjaných metód
1. Gregory RW, Werner WE, Ruegg C. A quantitative bifunctional in vitro potency assay for botulinum neurotoxin serotype A. J Pharmacol Toxicol Methods. 2014 Mar-Apr;69(2):103-7. doi: 10.1016/j.vascn.2013.12.002. Epub 2013 Dec 12. PMID: 24333955. 2.Halliwell J, Gwenin C. A label free colorimetric assay for the detection of active botulinum neurotoxin type A by SNAP-25 conjugated colloidal gold. Toxins (Basel). 2013 Aug 6;5(8):1381-91. doi: 10.3390/toxins5081381. PMID: 23925142; PMCID: PMC3760041.
doc. RNDr. Gabriel Žoldák, DrSc.
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.
Aktuálna časopisecká literatúra
RNDr. Pavol Bobík, PhD.
RNDr. Blahoslav Pastirčák, CSc.
fyzika (Fd)
Vývoj transportného softvéru pre neutrínové teleskopy experimentu KM3NeT a jeho implementácia do všeobecného simulačného rámca experimentu
Experiment KM3Net je zameraný predovšetkým na hľadanie galaktických a extragalaktických zdrojov neutrín. Využíva teleskop vysokonergetických neutrín, tvorený sieťou 1 km dlhých girlánd scintilačných detektorov ponorených do vody Stredozemného mora. Využíva vodu na detekciu Čerenkovho žiarenia od sekundárnych častíc produkovaných vysokoenergetickými neutrínami v citlivom objeme alebo jeho blízkosti. Jeho hlavným vedeckým cieľom je zmapovať oblohu v oblasti vysokoenergetických neutrín v južnej hemisfére zahŕňajúc oblasť centra Galaxie. Práca bude súčasťou širšej úlohy zameranej na simulácie a analýzu miónových trekov produkovaných tokom astrofyzikálnych neutrín v atmosfére Zeme a jeho odlíšenie od pozadia produkovaného inými zdrojmi v meraniach experimentu KM3Net. Fyzikálne simulácie pre experiment KM3Net sú prevádzané v troch hlavných krokoch. Simulácie toku atmosférických miónov na úrovni mora, transport miónov do úrovne detektora, simulácie odozvy aparatúry na čerenkovské žiarenie miónov so započítaním práce elektronických systémov teleskopu. Všetky kroky sú prevádzané vo všeobecnom simulačnom rámci gSeaGen. Práca doktoranta je čiastkovou úlohou v druhom kroku simulačného reťazca. Bude vyvíjať softvér v C++ spájajúci nasimulované dáta z CORSIKY so vstupom do simulačných balíkov pre ďalší transport sekundárnych miónov vodou do detektorov ORCA a ARCA experimentu KM3Net. V súčasnosti sa používa v kolaborácii na tento transport starší fortranovský balík MUSIC, ktorý je potrebné nahradiť moderným objektovo orientovaným softvérom s názvom PROPOSAL, k čomu bude potrebná modifikácia celého reťazca. Oba tieto prístupy sa líšia fyzikálne aj programátorským prevedením. Cieľom je vyvinúť nový propagačný softvér a následne ho detailne porovnať s predchádzajúcim a analyzovať. Zároveň bude veľmi žiadúce rozšíriť propagačný softvér aj o propagáciu tau neutrín (doteraz nepoužívané) gSeaGen aplikáciami TAUSIC a TAUOLA.
Aktuálna časopisecká literatúra
RNDr. Blahoslav Pastirčák, CSc.
RNDr. Pavol Bobík, PhD.
biofyzika (BFd)
Vývoj transportných systémov pre cielené doručovanie liečiva do nádorových buniek v 3D modeloch
Nanotechnológia sa čoraz viac využíva v medicíne, napríklad na bezpečnejšiu a efektívnejšiu diagnostiku, liečbu a cielenie nádorov. Umožňuje vývoj funkčných materiálov, zariadení a systémov na atómovej a molekulárnej úrovni a využitie nových vlastností a javov. Systémy dodávania liekov na báze nanočastíc preukázali mnohé výhody pri liečbe rakoviny, ako je dobrá farmakokinetika, presné zacielenie na nádorové bunky, zníženie vedľajších účinkov a rezistencia voči liekom. Ako nosiče liečiv boli navrhnuté rôzne materiály, ale veľká pozornosť sa v oblasti cieleného dodávania liečiva venuje mikro- a mezoporéznym nanočasticiam, napríklad metalo-organickým sieťam (MOF). Tieto materiály patria do skupiny hybridných anorganicko-organických zlúčenín pozostávajúcich z kovových katiónov/klastrov, ktoré sú následne premostené organickými linkermi. Vyznačujú sa veľkou kapacitou pre enkapsuláciu liečiva v póroch, kinetickou a termodynamickou stabilitou, dobrou biokompatibilitou, nízkou cytotoxicitou a možnosťou povrchovej funkcionalizácie so získaním požadovaných fyzikálno-chemických vlastností. Úlohou doktoranda bude charakterizovať vyvinuté transportné systémy biofyzikálnymi technikami a zhodnotiť ich využitie vo fotodiagnostike a fotodynamickej terapii v rôznych bunkových modeloch. Študent pri plnení úloh v dizertačnej práci využije metódy fluorescenčnej spektroskopie, mikroskopie (konfokálna fluorescenčná mikroskopia a FLIM), biozobrazovanie, prietoková cytometria, imunoznačenie, western blot a PCR. Na štúdium budú použité bunkové kultúry v 2D a 3D, ako aj predklinický model vtáčej chorioalantoickej membrány. V rámci projektu bude študent aktívne spolupracovať s inými laboratóriami na Slovensku a v zahraničí.
Cieľom práce je vyvinúť spoľahlivý systém podávania liekov pre cielenú terapiu nádorov, charakterizovať ho pomocou biofyzikálnych techník a zhodnotiť jeho využitie vo fotodiagnostike a fotodynamickej terapii v rôznych bunkových modeloch.
1) Zanoni, M., Piccinini, F., Arienti, C. et al. 3D tumor spheroid models for in vitro therapeutic screening: a systematic approach to enhance the biological relevance of data obtained. Sci Rep 6, 19103 (2016). https://doi.org/10.1038/srep19103 2) Benziane A, Huntošová V, Pevná V, Zauška L, Vámosi G, Hovan A, Zelenková G, Zeleňák V, Almáši M. Synergistic effect of folic acid and hypericin administration to improve the efficacy of photodynamic therapy via folate receptors. J Photochem Photobiol B. 2024 Dec;261:113046. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2024.113046 3) Pevná V, Huntošová V. Imaging of heterogeneity in 3D spheroids of U87MG glioblastoma cells and its implications for photodynamic therapy. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2023 Dec;44:103821. doi: 10.1016/j.pdpdt.2023.103821 4) Shano LB, Karthikeyan S, Kennedy LJ, Chinnathambi S, Pandian GN. MOFs for next-generation cancer therapeutics through a biophysical approach-a review. Front Bioeng Biotechnol. 2024 Jun 13;12:1397804. doi: 10.3389/fbioe.2024.1397804
RNDr. Veronika Huntošová, PhD.
doc. RNDr. Miroslav Almáši, PhD.
progresívne materiály (PMd)
Vývoj ultra-vysokoteplotných karbidov so zvýšenou oxidačnou odolnosťou
Téma dizertačnej práce je zameraná na vývoj nových UHTC materiálov odolných voči oxidácii prostredníctvom systematickej experimentálnej štúdie, v ktorej sa skúmajú vysokoteplotné vlastnosti (odolnosť voči oxidácii a ablácii, odolnosť voči tepelným šokom a ďalšie) a mechanické správanie sa monokarbidov a binárnych žiaruvzdorných karbidov. Následne budú syntetizované karbidy s prídavkom sekundárnej fázy so zabudovaným kremíkom, vo forme SiC a silicidov prechodných kovov, ktoré sú známe ako zlúčeniny tvoriace ochrannú sklovitú fázu, ktoré môžu ďalej zlepšovať odolnosť voči oxidácii novo vyvíjaných UHTC. Riešenie PhD. práce vytvorí súbor základných poznatkov, ktoré sú nevyhnutné pre návrh nových zložitejších viackomponentných keramických materiálov s výrazne zvýšenou oxidačnou odolnosťou, čo bude významným prínosom pre celú komunitu materiálových vied.
Riešenie PhD. práce vytvorí súbor základných poznatkov, ktoré sú nevyhnutné pre návrh nových zložitejších viackomponentných keramických materiálov s výrazne zvýšenou oxidačnou odolnosťou, čo bude významným prínosom pre celú komunitu materiálových vied.
časopisecká literatúra
Ing. Alexandra Kovalčíková, PhD.
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.
prof. RNDr. Ján Dusza, DrSc.
MSc. Tamás Csanádi, PhD.
biofyzika (BFd)
Zavedenie pokročilých techník pre produkciu proteínov v hmyzích bunkách
Produkcia eukaryotických proteínov v baktériálnych expresných systémoch je náročná v dôsledku niekoľkých faktorov – nízka solubilita a výťažok proteínov, absencia posttranslačných modifikácií a limitácie v produkcii membránových proteínov. Expresné systémy hmyzích buniek sú veľmi dobrou alternatívou a ponúkajú spoľahlivú produkciu proteínov s jednoduchou glykozyláciou, posttranslačnými modifikáciami a sú dobré škálovateľné. Práca je zameraná na zavedenie metodiky produkcie proteínov v hmyzích bunkách – prípravu a optimalizáciu expresného systému pre produkciu vybraných modelových proteínov. Vlastnosti proteínových preparátov budú v nadväzujúcich krokoch charakterizované pomocou biofyzikálnych metód.
Príprava rekombinantných bakulovírusových vektorov pre expresiu vybraných proteínov Transfekcia Sf9 hmyzích buniek, expresia proteínov v malej škále a kvantifikácia expresie pomocou western blotu Optimalizácia expresie a „upscaling“ produkcie proteínov Chromatografická purifikácia proteínov a optimalizácia purifikačného postupu Charakterizácia biofyzikálych vlastností pripravených proteínov pomocou cirkulárneho dichroizmu a kalorimetrie
Insect cells-baculovirus system for the production of difficult to express proteins (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25447865/) Efficient production of a functional G protein-coupled receptor in E. coli for structural studies (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33501610/) GPCR expression using baculovirus-infected Sf9 cells (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19513645/) Sf9 cells: a versatile model system to investigate the pharmacological properties of G protein-coupled receptors (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20705094/) Baculovirus-mediated expression of GPCRs in insect cells (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25857783/) Expression and purification of recombinant G protein-coupled receptors: A review (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31678667/)
prof. RNDr. Erik Sedlák, DrSc.
Mgr. Ľuboš Ambro, PhD.