Počkejte prosím...

Ústav inženýrství pevných látek

Vypsané disertační práce

Chirální plazmonika a její použití

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie
Vedoucí práce: Mgr. Oleksiy Lyutakov, Ph.D.

Anotace

Chirální plazmonika poskytuje specifickou interakci nanostruktur ušlechtilých kovů s chirálním světlem a je v současností jednou z nejzajímavějších otázek moderní vědy o materiálech. Taro problematika může najít potenciální uplatnění v různých velmi atraktivních oblastech, od chirální detekce léčiv až po přímou přeměnu světelné energie v mechanický pohyb. Příprava chirálních plazmonových nanostruktur ve velkém měřítku je však ve skutečnosti nemožná a to kvůli komplikovaným technologickým postupům (elektronová litografie a/nebo nanotisk). Naše skupina nedávno navrhla alternativní metodu, založenou na několika teoretických předpovědích. V podstatě jsme použili běžné (nechirální) kovové nanočástice a helikální (opticky rotující) okolní médium. Tyto hybridní struktury vykazují dostatečnou plazmonovou chiralitu a mohou být připraveny velmi snadným způsobem. Navrhovaná práce bude zaměřena na další zkoumání této koncepce a její využití v různých praktických a teoretických oblastech.

Chytré antimikrobiální materiály

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie
Studijní program: Léčiva a biomateriály

Anotace

V současnosti kolem 80 % bakteriálních onemocnění pochází od biofilmů. Biofilm představuje bakteriální kolonií, která je ukotvená na povrchu a otočena specifickou “zdí”, díky čemuž je schopna se bránit běžné antimikrobiální léčbě. Další nebezpečny jevy, probíhající v biofilmu, souvisí s bakteriálním quorum-efektem a velkým rizikem vývoje rezistence vůči antibiotikům. Proto prevence tvorby a ničení biofilmů představuje jednu z klíčových otázek v oblasti materiálů pro medicínu. Tradiční způsoby, jako inkorporace antimikrobiálních látek nejenže často selhávají ale i mohou vest k řadě nežádoucích efektů, jako vývoj výše zmíněné resistivity vůči antibiotikům nebo dalším antimikrobiálním látkám. V této práci bude realizován nový způsob obrany medicinských povrchů proti biofilmům – použití povlaků na bázi smart materiálů. Díky svému složení tyto povrchy zaručí dvojitou obranu – prevence před bakteriální kolonizaci a “současně uvolňují antimikrobiální sloučeniny.

Imobilizace kovových nanostruktur na polymerních nosičích

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie
Studijní program: Léčiva a biomateriály

Anotace

Experimentální práce zaměřená na přípravu kovových nanostruktur a vývoj metod jejich ukotvení na polymerních nosičích pro přípravu nové generace antimikrobiálních povrchů. K imobilizaci nanočástic budou využity fyzikální a chemické metody založené na interakci připravemných nanostruktur s laserovým zářením nebo chemickými činidly. Antibakteriální účinky a biokompatibilita vyvinutých povrchů budou vyhodnoceny ve spolupráci s Ústavem biochemie a mikrobiologie VŠCHT Praha.

Inteligentní materiály a povrchy – přepínání mezi „ultra“-stavy

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie
Vedoucí práce: Mgr. Oleksiy Lyutakov, Ph.D.

Anotace

„Inteligentní“ povrchy a materiály, schopné reagovat na vnější nebo vnitřní podněty představují jednu z nejzajímavějších oblastí vědeckého zájmu se širokou škálou potenciálních aplikací. Navržená práce bude věnována vývoji modifikačních metod pro funkcionalizaci povrchů vybraných polymerních a kovových materiálů. Tyto povrchy budou přepínat své vlastnosti při vystavení vnějším podnětům (např. elektrickému poli nebo osvícení). Zvláštní pozornost bude věnována spínání mezi "špičkovými" stavy, např. mezi superhydrofobicitou/superhydrofilicitou nebo ultra adhezivitou (kapka kapaliny “drží“ na povrch a neklouzá) a ultra odpudivostí (kapka sklouzne při minimálním naklonění vzorku). Očekává se, že takové inteligentní povrchy a materiály naleznou široké uplatnění v mnoha oblastech, od mikrofluidiky a až po samočistící povrchy pro elektronická zařízení (např. inteligentní sklo na obrazovce mobilního telefonu). Práce se zaměří na získávání a testování inteligentních povrchů s přepínatelnými vlastnostmi a jejich potenciální uplatnění.

Kombinace povrchově zesílené Ramanova spektroskopie a umělých neuronových sítí pro analýzu komplexních biologických vzorků

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie
Studijní program: Léčiva a biomateriály
Vedoucí práce: Mgr. Oleksiy Lyutakov, Ph.D.

Anotace

Povrchově zesílena Ramanova spektroskopie (Surafce enhanced raman spectroscopz – SERS) představuje fantastickou metody detekce a diskriminace organických a bioorganických molekul. Využití SERS pro analýzu biologických vzorků je však významně omezeno jejich komplexním signálem (protože biologické vzorky obsahují velké množství molekul, které produkují interferující signál). Naše výzkumná skupina nedávno implementovala kombinaci SERS s algoritmem umělé neuronové sítě (artificial neural network - ANN) pro účinnou a přesnou analýzu složitých biologických vzorků. Navrhovaná kombinace byla velmi úspěšná v rozpoznávání poškození DNA nebo detekce nádoru. Navrhovaná práce bude pokračováním tohoto přístupu. Zejména budou vytvořeny a použity různě funkční substráty nebo nanočástice se SERS-aktivitou a dále následovat jejich kombinace s ANN. Cílové oblasti detekce budou zahrnovat buňky (nádorové nebo asociované nádorové buňky vs. normální buňky), bakterie (se zvláštní pozorností na rezistivní bakterie) nebo různé biomolekuly (zejména - markéry onemocnění).

Materiály pro kvantové paměti a počítače

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie

Anotace

Požadavky na kapacitu uložení dat stále rostou a nedostatek vhodných materiálů je limitujícím bodem. Vývoj materiálů s vnější spinatelnou magnetickou odezvou (spinem) v současné době je středem pozorností při konstrukci kvantových elektronických pamětí, schopných zajistit obrovskou kapacitu (desítky až stovky tisíc větší než stávající) uložení dat. Velmi slibnou cestou je použití tzv. spin-crossover (SCO) efektu zejména v kombinací s nanostrukturami. Tento jev souvisí se současnou stabilitou singletové a tripletové elektronové konfigurace molekuly/atomu za stejných okolních podmínek. V tomto případě lze pomoci vnějšího podnětu přepínat elektronovou konfiguraci, tzn. použit vyvinutý materiál pro konstrukci kvantové pamětí. Předložená práce je zaměřena na vývoj SCO nanomateriálu se spin-magnetismem. Pozornost se bude věnovat především nové generaci 2D magnetických materiálů s možností zavedení plazmoniky jako podnětu pro singlet - tripletový přechod elektronu. Další slibnou možností je kombinace SCO materiálu a karkasových metal-organických struktur. V tomto případě lze očekávat spin-spinovou interakci přes metal-organickou strukturu a výsledné řešení další klíčové otázky v oblastí kvantové elektroniky – provádění logických operaci na atomové nebo molekulární úrovni.

Modifikace polymerů kovovými nanostrukturami

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie

Anotace

Práce spočívá v přípravě kompozitních materiálů na bázi polymerů a kovových nanostruktur s využitím v biologických aplikacích, využívající jejich antibakteriálního účinku. Polymerní nosiče budou deponovány kovovými vrstvami, které budou nanostrukturovány působením výkonového excimerového laseru. Alternativně bude studována možnost replikace kovových nanostruktur z anorganických nosičů (sko, křemík) do biokompatibilních polymerů.

Nová generace materiálů a přístupů pro detekci a ničení farmaceutických kontaminantů ve vodném prostředí

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie
Studijní program: Léčiva a biomateriály
Vedoucí práce: Mgr. Oleksiy Lyutakov, Ph.D.

Anotace

Kvůli lidské činnosti farmaceutické sloučeniny stále více znečišťují životní prostředí a představují vážné riziko pro ekologickou bezpečnost. Zejména léčiva v přírodním vodním prostředí v koncentracích od nano- k mikrogramům se stáváji globálním světovým problémem. Mezi často detekovanými sloučeninami si zaslouží zvláštní pozornost paracetamol, karbamazepin, diklofenak a ibuprofen, protože jsou klasifikovány jako nebezpečná xenobiotika. Hlavním cílem navrhované práce je zavést inovativní metody pro identifikaci přítomnosti léčiv ve vodném prostředí a následně implementovat jejich fotodegradaci na základě heterokatalytických procesů. Zejména se bude používat povrchově zesílena Ramanova spektroskopie v kombinaci s povrchovou mikroextrakcí na pevné fázi, což umožní identifikovat léčiva až do femto-molárních koncentrací. Na druhé straně bude vyvinuta a zavedena řada pokročilých materiálů se zvýšenou povrchovou plochou, porozitou a produkcí reaktivních kyslíkových radikálů, které budou odpovědné za účinnou fotodegradaci dříve detekovaných léčiv. Předpokládáme, že zlepšíme proces čištění vody na maximální energetickou účinnost zavedením obnovitelného zdroje energie pro degradaci (produkce radikálů vlivem slunečním světlem) a inteligentních algoritmů pro detekci/degradaci léčiv.

Palivové články bez platiny

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie

Anotace

Potřeba ochrany životného prostředí a udržitelnost energetických zdrojů postupně vede k významnému pokroku v oblastí palivových článků, která zaručuje ekologicky bezpečnou energetiku. Palivový článek představuje součástku pro efektivní konverzi chemické energie např. uchovanou „ve vodíku nebo metanolu“ na energií elektrickou. Výhody palivových článků hlavně souvisí s jejich vysokou účinností a dobrou stabilitou. Ovšem existuje velká řada dosud nevyřešených otázek a problémů v širokém použití palivových článků. Hlavní problémy jsou vysoká cena palivových článků (katalýza chemických proměn probíhá na strukturách drahých kovů – Pt nebo Pd) a nevhodné provozní podmínky (velká teplota, která v blízkosti vodíku muže byt velmi nebezpečná). Tato práce je zaměřena na vývoj a implementaci alternativních materiálů, katalyzátorů a principů v technologii palivových článků. V podstatě se předpokládá příprava a použití katalyzátorů na bázi Fe a Cu, navázaných na nanostruktury uhlíků nebo různé 2D materiály. Taky budou implementovány principy plazmoniky v kombinaci s výše zmíněnými katalyzátory. Očekává se, že realizace práce povede k vývoji nových materiálů pro Pt (nebo Pd)-free palivové články, schopné poskytovat dostatečnou účinnost za mírných pracovních podmínek. Práce bude probíhat ve spolupráci s komerčními partnery: Unipertrol, Škoda transportation a LISS.

Plasmonová katalýza – nové slovo v chemických proměnách

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie
Vedoucí práce: Mgr. Oleksiy Lyutakov, Ph.D.

Anotace

Plasmonové spouštění chemických transformaci je ve skutečnosti považováno za inovativní a nový způsob zavádění energie, potřebné k překonání bariér aktivace chemických reakcí. Tento nový přístup se objevil teprve před několika lety a skutečně si zaslouží velkou vědeckou pozornost. Protože působení plasmonovu umožňuje provádět nemožné (nebo velmi tvrdé) organické nebo anorganické reakce lze očekávat, že tento způsob bude mít významný vliv na současný stav chemie. Ovšem hodně otázek v této oblasti však zůstává nevyřešeno a hlavní z nich je určení mechanismu působení plasmonů nebo implementace plasmonů pro relevantní chemické transformaci. Tato práce bude zaměřena na řešení výše uvedených otázek.

Pokročilé materiály pro výrobu zeleného vodíku

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie

Anotace

Potřeba ochrany životního prostředí a vývoje udržitelných zdrojů energie vede k vývoji energetiky založené na vodíku, která poskytuje ideální z ekologického hlediska, materiálový cyklus. Jedna důležitá otázka v této oblasti však dosud zůstává nevyřešená – výroba levného a „zeleného“ vodíku. Běžné metody, kdy se vodík vyrábí z ropy, nelze považovat za optimální. Proto v poslední době byla velká pozornost zaměřena na tzv. „zelen“ý vodík, vyrobený z vody elektrolýzou. Běžnou elektrolýzu však také nelze považovat za perfektní metodu z hlediska energetické náročnosti. Navrhovaná práce bude zaměřena na využití světlem řízeného štěpení vody. Bude vyvinuta a použita nová generace materiálů, schopných iniciovat fotolýzu vody při osvícení (ideálně při působení slunečním světlem). Práce bude probíhat ve spolupráci s komerčními partnery: Unipertrol, Škoda transportation a LISS.

Pokročilé struktury a materiály pro povrchově zesílenou Ramanovou spektroskopie

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie

Anotace

Povrchově zesílená Ramanova spektroskopie (Surface Enhanced Raman Spectroscopy - SERS) aktuálně poskytuje velmi zajímavou metody detekci různých molekul s možností určit přítomnost třeba i jedné molekuly. Předchozí výsledky naší skupiny umožnily docela velký pokrok v této oblastí přes návrh a realizaci nových SERS struktur a substrátů. Aktuální otázka je posun do praktické oblasti s využitím vyvinutých struktur. Tato práce předpokládá využití SERS pro následující oblastí: enantioselektivní detekci léků a biologicky aktivních sloučenin, detekci drog (zejména tumorových a hormonů) v odpadních vodách, detekci zakázaných látek ve vzduchu takzvaný elektronický nos atd

Pulzní laserová depozice a modifikace povrchu vysokovýkonovým excimerním svazkem

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie

Anotace

Příprava laserově deponovaných/exponovaných speciálních materiálů (biopolymery, kovy, speciální uhlíkové materiály) s cílem připravit homogenně nanostrukturované povrchy. Optimalizace doby depozice/expozice s cílem přípravy struktur s unikátními fyzikálně chemickými vlastnostmi či přípravy „nových typů“ struktur (grafen, Q-uhlík). V rámci práce budou též přiraveny specifické polymerní kompozity (uhlíkové nanodráty a nanotrubice v polymeru) a bude sledována jejich odezva na expozici laserovým excimerovým svazkem o vysoké energii. Budou sledovány změny povrchové vlastnosti objemově modifikovaných materiálů, zejména změna vodivosti, povrchové morfologie, drsnosti a povrchové chemie. Modifikace bude prováděna s cílem precizně kontrolovat typy připravených struktur (bodové, liniové, vrásnité). Interdisciplinární charakter práce – možné aplikace v chemii, elektronice a studiu biokompatibility (tkáňové inženýrství).

Příprava a charakterizace nanostruktur se specifickými magnetickými vlastnostmi

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie
Studijní program: Léčiva a biomateriály

Anotace

Cílem této práce bude vytvořit materiály vykazující specifické magnetické vlastnosti. Příprava bude zahrnovat buď ukotvení magnetických nanočástic, molekul anebo tvorbu magnetických nanostruktur. Studium magnetických vlastností bude studováno pomocí EPR a SQUID magnetometrie. Tento výzkum povede k rozšíření poznatků v oblasti magnetických vlastností nanomateriálů.

Regenerace CO2 s použitím obnovitelných zdrojů energie

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie

Anotace

V současnosti využití a konverze CO2 lze považovat za vitální a extremně důležitou otázku. Dostupné metody zachycování a konverze CO2 (tj. příprava polymerů nebo methanolu z CO2) vyžadují velmi náročné experimentální podmínky a jsou extrémně nevhodné z hlediska energetické spotřeby. Navrhovaná práce se zaměří na vytvoření nové generace materiálů, které budou schopny zajistit konverzi CO2 s použitím světelných zdrojů energie (ideálně - slunečního světla). V podstatě budou řešeny dvě klíčové otázky: zachycení a využití CO2 ze vzduchu (na rozdíl od běžných metod předchozí separace CO2) a implementace obnovitelných zdrojů energie (sluneční světlo) pro konverzi CO2.

Studium materiálů na bázi celulózy a modifikované celulózy pro bioaplikace

Garantující pracoviště: Ústav inženýrství pevných látek, Fakulta chemické technologie
Vedoucí práce: Ing. Ondřej Kvítek, Ph.D.

Anotace

Celulóza je nejrozšířenějším polymerem na Zemi a jako biopolymer je vhodným kandidátem pro využití v tkáňovém inženýrství. V rostlinách a bakteriích je celulóza vytvářena na rozhraní prostředí a buněčné stěny a slouží tak pro buňky jako extracelulární matrice. Struktury celulózy tak může být výhodně využito pro pěstování buněk v prostředí podobném přirozenému tělnímu systému. Nevýhodou celulózy je však její nedegradovatelnost v tělním prostředí. Rozpustné deriváty celulózy nebo nanocelulóza smísená s enzymy umožňujícími její řízenou hydrolýzu rozšířují možnosti využití celulózy v lidském těle, kdy by nosič implantované tkáně bylo možné řízeně rozputit poté, co je vytvořena nová tkáň. V této práci se student bude zabývat přípravou a charakterizací materiálů pro využití v tkáňovém inženýrství na bázi nanocelulózy a modifikované celulózy.


VŠCHT Praha
Technická 5
166 28 Praha 6 – Dejvice
IČO: 60461373
DIČ: CZ60461373

Datová schránka: sp4j9ch

Copyright VŠCHT Praha 2014
Za informace odpovídá Oddělení komunikace, technický správce Výpočetní centrum
zobrazit plnou verzi