Fyzika makromolekulárních látek a supramolekulárních systémů

Uvolňování „léčivé“ látky z DN hydrogelů při změně teploty

Hydrogely jsou měkké polymerní materiály obsahující značné množství vody. Některé z nich mohou s malou změnou teploty opakovaně změnit svůj objem až o 2 řády. Schopnost hydrogelů reagovat na vnější podněty je zajímavá z aplikačního hlediska, např. při řízeném doručování léčiv. Jelikož klasické hydrogely jsou velmi měkké a křehké, je zajímavé studovat dvojité sítě (DN gely), které mají lepší mechanické vlastnosti.

Práce se bude zabývat studiem uvolňování kontrolní látky z hydrogelu při změně teploty a bude prováděna především pomocí optické spektroskopie. V rámci práce je možné si studovaný gel vyrobit.

Vedoucí práce: RNDr. Julie Šťastná, Ph.D., e-mail:julie.stastna@mff.cuni.cz

Studium kolapsu duálně citlivých hydrogelů

Hydrogely jsou sesíťované polymery hydrofilních monomerů. Mají vysoký obsah vody a ze syntetických materiálů jsou nejblíže lidským tkáním. Tzv. inteligentní hydrogely jsou citlivé např. na teplotu či složení rozpouštědla. Při jejich změně dochází ke skokové změně objemu hydrogelu, kdy je kapalina uvnitř hydrogelu prudce nasáta či vytěsněna. Tohoto přechodu lze využít např. při řízeném doručování léčiv, zahušťování roztoků, u chytrých ventilů, spínačů, robotiky či potenciálně umělými svaly.

Práce se bude věnovat studiu hydrogelů citlivých na teplotu a zároveň na složení rozpouštědla voda –aceton. Bude se sledovat, jak složení sítí ovlivňuje jejich citlivost na oba vnější podněty a zároveň, jak je možné ovlivnit kolaps způsobený jedním podnětem (např. složením rozpouštědla) druhým podnětem. Makroskopicky se na detekci kolapsu a jeho kinetiky budou používat botnací experimenty. Mikroskopicky je ho možné studovat pomocí nukleární magnetické resonance (NMR). V rámci práce je možné si studovaný gel vyrobit.

Vedoucí práce: RNDr. Julie Šťastná, Ph.D., e-mail:julie.stastna@mff.cuni.cz

Teplotně citlivé funkční biomolekuly

Porfyriny a jejich deriváty hrají důležitou roli v mnoha fotobiologických procesech stejně jako v katalýze různých reakcí. Nová skupina porfyrinů vykazuje fázovou separaci podobně jako teplotně citlivé polymery – při pokojové teplotě jsou tyto porfyriny rozpustné, zahřátím nad určitou kritickou teplotu (dolní kritická rozpouštěcí teplota, lower critical solution temperature, LCST) vede k fázové separaci. Tento jev je důsledkem přechodu klubko-globule a je studován převážně v polymerních systémech, např. ve vodných roztocích poly(N-isopropylakrylamidu, PNIPAm). Rozšíření jevu fázové separace z polymerních systémů do oblasti nepolymerních supramolekul povede k rozvoji „chytrých“ materiálů pro senzory, detektory, separaci a zobrazování ve vodném prostředí.

V rámci bakalářské práce budou studovány ve vodě rozpustné porfyriny substituované řetězci PNIPAmu pomocí spektroskopických metod.

Vedoucí práce: Doc. RNDr. Lenka Hanyková, Dr., e-mail: lenka.hanykova@mff.cuni.cz

Studium dynamických procesů v oxoporfyrinogenech

Oxoporfyrinogeny jsou molekuly obsahující tetrapyrrolový makrocyklus podobně jako chlorofyl, vitamín B12, hem a další důležité biomolekuly. Tato struktura umožňuje vznik stabilního komplexu s některými organickými sloučeninami a následně široké využití při detekci těchto sloučenin v roztoku. Oxoporfyrinogeny interagují i s organickými kyselinami, kde kromě vzniku komplexu navíc dochází k protonaci oxoporfyrinogenu, což pak umožňuje průběh různých dynamických dějů. Tyto děje a jejich rychlost lze zkoumat pomocí spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR) díky tzv. chemické výměně. Dosavadní výsledky ukazují neobvyklé teplotní a koncentrační závislosti příslušných rychlostních koeficientů, což otevírá možnost pro další výzkum.

Cílem této práce je studium dynamiky vybraného systému oxoporfyrinogen + kyselina pomocí spektroskopie NMR. Budou zkoumány dynamické děje při různých teplotách a koncentracích.

Vedoucí práce: Mgr. Václav Březina, Ph.D., e-mail: vaclav.brezina@matfyz.cuni.cz

Vodivé polymey často vznikají ve formě prášků, za účelem studia jejich elektrických a dalších vlastností je tento prášek lisován do tvaru tablet. Resistivita zmíněných materiálů závisí, kromě jiného, i na jejich morfologii a také, byť jenom v omezeném rozsahu, na hodnotách tlaku, při kterém jsou vzorky připravovány.

Cílem této práce je studium závislosti resistivity na tlaku pro různé morfologie výchozích prášků, a to bezprostředně po nalisování a pak s časovým odstupem. Na pracovišti zadavatele je k dispozici příslušné experimentální vybavení, materiál na vzorky bude dodán, jejich lisování bude provedeno na pracovišti.

Vedoucí práce: RNDr. J. Prokeš, CSc., e-mail: jprokes@semi.mff.cuni.cz

Studium homogenity elektrických parametrů organických vodičů impedanční tomografií

Polymerní materiály podléhají i za běžných podmínek chemickým a strukturálním změnám, které mají za následek postupnou změnu fyzikálních vlastností. Pro účely testování materiálových vlastností v laboratorních podmínkách se běžně stárnutí kontrolovaně urychluje (nejčastěji zvýšením teploty). Nejvýznamnější fyzikální veličinou, která třídu tzv. vodivých polymerů odlišuje od ostatních organických materiálů, je rezistivita. V průběhu stárnutí jsou změny rezistivity a vývoj jejích nehomogenit odrazem proměn chemické struktury. Elektrická impedanční tomografie (EIT) umožňuje průběžně sledovat rozložení rezistivity uvnitř měřeného objektu a tak nedestruktivně studovat homogenitu strukturálních změn.

Cílem práce je pomocí průběžného mapování rezistivity metodou EIT porovnat teplotní stárnutí vodivých polymerních materiálů s různým základním chemickým složením, odlišnou morfologií složek a různým způsobem přípravy. Student/ka se seznámí s postupy přípravy vodivých organických materiálů a s metodami měření jejich elektrických parametrů.

Vedoucí práce: doc. RNDr. Ivo Křivka, CSc., e-mail: krivka@semi.mff.cuni.cz

Měření difúzní délky excitonů v organických polovodičích metodou povrchového fotonapětí

Po absorpci světla dostatečné energie vznikají v organických polovodičích vázané páry elektron-díra, kterým říkáme excitony. Fotonapětí vzniká po jejich disociaci účinkem elektrického pole v oblasti s prostorovým nábojem. Do této oblasti se dostávají z místa generace většinou difúzí. Velikost difúzní délky má podstatný význam pro využití daného materiálu pro sluneční články. Originální metoda pro její měření metodou povrchového fotonapětí byla vyvinuta na Katedře makromolekulární fyziky.

Cílem této práce bude vyhodnotit difúzní délku excitonů ze spekter fotonapětí několika organických polovodičů.

Vedoucí práce: Doc.RNDr.Jana Toušková, e-mail: jana.touskova@mff.cuni.cz

Organické fotovoltaické barvivové články

Vzhledem k tomu, že se požaduje omezit vzrůst průměrné globální teploty pod 2 °C, je třeba dekarbonizovat naše zdroje energie tak, aby nedocházelo k vypouštění oxidu uhličitého do vzduchu. Fotovoltaika je klíčová technologie pro realizaci programu dekarbonizace, který má být uskutečněn do roku 2060. Fotovoltaika mění ekologicky pomocí slunečních článků energii slunečního záření na elektřinu. Jedním typem článků jsou barvivové elektrochemické (dye-sensitized) sluneční články, které vlastně napodobují fotosyntézu tím, že používají přírodní barviva. Jsou intenzivně zkoumány již déle než 20 let. Perspektivní jsou proto, že jejich příprava je snadná,šetrná k životnímu prostředí a přitom levná. Stále se ještě pracuje na zvyšování jejich účinnosti, která dosahuje zatím 12%, což je méně,než mají anorganické články, které dosahují 20-30% účinnosti. Pozornost se věnuje také zvyšování jejich časové stability.

Cílem této práce je připravit vhodnou vrstvu oxidu titaničitého a vhodný elektrolyt. Takto připravené články budou následně chrakterizovány s ohledem na jejich účinnost pomocí automatizovaných aparatur a simulátoru slunečního záření.

Vedoucí práce: Doc. RNDr. Jiří Toušek, CSc., e-mail: jiri.tousek@mff.cuni.cz

Neoklasické plazmové polymery a jejich vlastnosti

Klasické polymery jsou chemicky dobře definované, ale mají často omezení na maximální praktickou míru sesíťování. Naproti tomu pro tzv. plazmové polymery je vysoká míra sesíťování typická, za cenu velké nepravidelnosti chemické struktury. Plazmatem asistovaná vakuová termální dekompozice (vypařování) kombinuje výhody obou přístupů.

Cílem práce bude příprava tenkých vrstev plazmových polymerů pomocí plazmatem nebo iontovým svazkem asistované vakuové termální dekompozice a charakterizace těchto vrstev v závislosti na depozičních parametrech.

Vedoucí práce: Mgr. Jaroslav Kousal, Ph.D, e-mail: jaroslav.kousal@mff.cuni.cz

Tenké vrstvy deponované nízkoteplotní plazmovou tryskou

Velké množství aplikací nízkoteplotního plazmatu vyžaduje vakuovou techniku. Proto je věnováno čím dál více pozornosti zdrojům schopným pracovat za atmosférického tlaku. Je to často vhodný prostředek pro povrchovou aktivaci látek, potenciálně též pro aplikace v medicíně nebo dekontaminaci plynů a kapalin. Zajímavým - a ne zdaleka vyřešeným - problémem je aplikace vysokotlakého plazmatu pro nanášení tenkých vrstev metodou plazmové polymerace.

Cílem této práce je optimalizovat podmínky pro depozici tenkých vrstev z uhlovodíkových prekurzorů (např. hexan) pomocí plazmových zdrojů, které jsou již na pracovišti k dispozici. Na vrstvách bude sledována jejich morfologie i složení.

Vedoucí práce: Mgr. Jaroslav Kousal, Ph.D, e-mail: jaroslav.kousal@mff.cuni.cz

Studium vlivu nerovnovážného plazmatu na semínka

Plazmové zahradničení? Jak ukázaly nejnovější studie, nerovnovážné plazma může nejen zbavit semena možných patogenů (například plísní, hub, bakterií), přerušit dormanci semen, ale i zásadním způsobem ovlivňovat klíčivost nejrůznějších typů semen a urychlovat růst rostlin. Tato zjištění vedla v nedávné době ke vzniku nového vědního oboru – plazmového zemědělství. I přes překotný rozvoj, který tato oblast zaznamenala v posledních několika málo letech, znalosti týkající se interakce nerovnovážného plazmatu se semeny zůstávají stále nedostatečné.

Cílem této práce, která bude probíhat ve spolupráci s ÚFP AV ČR, bude určit vliv nerovnovážného plazmatu na vlastnosti vybraného druhu semen. Bude studován zejména vliv doby, po kterou byla semínka vystavena působení plazmatu, na změnu jejich morfologie (skenovací elektronový mikroskop), povrchové chemické struktury (XPS), smáčivosti a nasákavosti.

Vedoucí práce: doc. RNDr. Ondřej Kylián, Ph.D., e-mail: ondrej.kylian@gmail.com