Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
studijní program
Fakulta: FCHZkratka: DPCP_BCHAk. rok: 2022/2023
Typ studijního programu: doktorský
Kód studijního programu: P0531D130045
Udělovaný titul: Ph.D.
Jazyk výuky: čeština
Akreditace: 8.10.2019 - 8.10.2029
Forma studia
Prezenční studium
Standardní doba studia
4 roky
Garant programu
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.
Oborová rada
Předseda :prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.Člen interní :prof. Ing. Martina Klučáková, Ph.D.doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D.prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D.prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D.prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.Člen externí :prof. Mgr. Marek Koutný, Ph.D.prof. RNDr. Zbyněk Zdráhal, Dr.Ing. Lukáš Nejdl, Ph.D.prof. RNDr. Dalibor Štys, CSc.prof. RNDr. Jaroslav Turánek, CSc.
Oblasti vzdělávání
Cíle studia
Hlavním cílem studia je výchova vysoce vzdělaných odborníků v oboru biofyzikální chemie, určených pro samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost. Cílem biofyzikální chemie jako vědního oboru je poskytovat fyzikálně-chemická a biochemická vysvětlení funkcí a fungování biologických systémů. Student je učen samostatně formulovat vědecký problém, navrhnout hypotézy a postupy k jeho řešení a provést experimentální či teoretické pokusy k jejímu potvrzení. Nedílnou součástí je výcvik schopnosti kritického posouzení publikovaných vědeckých informací a schopnosti vyjadřovat se písemně i slovně v anglickém odborném jazyce. Studijní program je zaměřen na samostatnou tvůrčí činnost v oblasti biofyzikální chemie, zahrnuje jak teoretickou práci, tak práci experimentální a připravuje absolventy pro vědeckou a výzkumnou činnost. Stěžejní oblasti studia budou fyzikálně-chemické a biochemické základy biologických procesů a biomateriálů. Ty budou dále rozvíjeny podle volby tématu disertace v oblasti biokoloidní chemie, nanobiotechnologie, biofyzikálních instrumentálních technik, imunochemie, technologie biomateriálů. Předměty, aktivity teoretické a laboratorní si budou studenti zapisovat tak, aby splnily požadavky FCH VUT. Zaměření doktorských studijních programů poskytuje absolventům získání teoretických poznatků a experimentální erudice v oborech základní a aplikované chemie (fyzikální chemie, chemie a technologie materiálů, makromolekulární chemie, potravinářská chemie a biotechnologie a chemie a technologie životního prostředí). Kvalifikační práce studentů jsou pak orientovány do oblastí, které jsou na fakultě řešeny akademickými a vědecko-výzkumnými pracovníky a to především s podporou výzkumných projektů. Fakulta disponuje moderním přístrojovým vybavením pořízeným mimo jiné v rámci rozvojových a dotačních projektů (např. projekt OP VaVpI Centrum materiálového výzkumu), jehož využívání je zajištěno klíčovými akademickými pracovníky jednotlivých ústavů. Tímto vytvořeny základní předpoklady pro odbornou činnost doktorandů.
Profil absolventa
Absolventem programu je odborník s vysokými kompetencemi, schopný podílet se na vysoce kvalifikované vědecko-výzkumné činnosti založené na fyzikálně-chemických a biochemických principech a postupech, a to zejména na vysokoškolských pracovištích, pracovištích Akademie věd, ve výzkumných ústavech ale i v průmyslovém výzkumu. Absolvent je schopen samostatné tvůrčí práce v oboru biofyzikální chemie. Absolventi se mohou vzhledem k širokému spektru využití biofyzikální chemie výborně uplatnit nejen v přímo oblastech biofyzikálně-chemického výzkumu, ale v dalších oborech z oblasti péče o zdraví nebo studia živých systémů. Vzhledem k povinné praxi v zahraničí a povinnosti prezentovat získané výsledky v zahraničních časopisech, se v těchto pozicích bez problémů uplatňují i v zahraničí. Hlavním cílem studia je výchova vysoce vzdělaných odborníků v oboru biofyzikální chemie, s dostatečnou zahraniční zkušeností, určených pro samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost. Absolvent je schopen samostatně formulovat vědecký problém, navrhnout hypotézy a postupy k jeho řešení a provést experimentální či teoretické pokusy k jejímu potvrzení. Nedílnou součástí je výcvik schopnosti kritického posouzení publikovaných vědeckých informací, schopnosti vyjadřovat se písemně i slovně v anglickém odborném i běžném jazyce, pracovat v mezinárodním týmu. Dle Evropského kvalifikačního rámce výstupy studia v doktorském studijním programu Biofyzikální chemie odpovídají nejvyšší úrovni – tedy úrovni EQF 8, což charakterizuje absolventy jako špičkově vzdělané jedince v oboru, případně v mezioborové problematice, ovládající specializované a vysoce pokročilé techniky, schopné samostatně řešit problémy, vykazovat autoritu, inovační potenciál a akademickou i odbornou integritu, vyvíjet nové postupy při práci v oboru, při studiu nebo ve výzkumu.
Charakteristika profesí
Hlavním cílem studia programu Biofyzikální chemie je výchova vysoce vzdělaných odborníků v oboru biofyzikální chemie, určených pro samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost. Cílem biofyzikální chemie jako vědního oboru je poskytovat fyzikálně-chemická a biochemická vysvětlení funkcí a fungování biologických systémů. Student je učen samostatně formulovat vědecký problém, navrhnout hypotézy a postupy k jeho řešení a provést experimentální či teoretické pokusy k jejímu potvrzení. Nedílnou součástí je výcvik schopnosti kritického posouzení publikovaných vědeckých informací a schopnosti vyjadřovat se písemně i slovně v anglickém odborném jazyce. V rámci tohoto programu budou připravováni odborníci s vysokými kompetencemi, kteří se budou schopni podílet na vysoce kvalifikované vědecko-výzkumné činnosti založené na fyzikálně-chemických a biochemických principech a postupech, a to zejména na vysokoškolských pracovištích, pracovištích Akademie věd, ve výzkumných ústavech ale i v průmyslovém výzkumu. Absolvent je schopen samostatné tvůrčí práce v oboru biofyzikální chemie a má dostatečné zahraniční zkušenosti. Absolventi se mohou vzhledem k širokému spektru využití biofyzikální chemie výborně uplatnit nejen v přímo oblastech biofyzikálně-chemického výzkumu, ale v dalších oborech z oblasti péče o zdraví nebo studia živých systémů, v podmínkách České republiky i v mezinárodních týmech. Absolventi doktorského studia mají předpoklady uplatnit se ve vědecko-výzkumných institucích aplikovaného i základního charakteru a to jak ve vědecko-pedagogických tak i řídících funkcích. Naleznou také uplatnění v průmyslové praxi na vysoce specializovaných technologických pozicích, získané znalosti a kompetence umožňují absolventům zastávat manažerské a řídící funkce. Ve všech oblastech se bez problémů uplatňují jak v ČR, tak v zahraničí.
Podmínky splnění
Studijní povinnosti jsou obecně stanoveny ve třetí části Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně. Specifické studijní povinnosti jsou určeny individuálním studijním plánem. Student zapsaný do studia na Fakultě chemické VUT si zapíše a vykoná zkoušky v jednom povinném a minimálně ve dvou povinně volitelných předmětech s ohledem na zaměření jeho disertační práce. Ke státní doktorské zkoušce se může student přihlásit až po vykonání všech zkoušek předepsaných jeho individuálním studijním plánem. Před státní doktorskou zkouškou student vypracuje pojednání k disertační práci, v níž detailně popíše cíle práce, důkladné zhodnocení stavu poznání v oblasti řešené disertace, případně charakteristiku metod, které hodlá při řešení uplatňovat. Obhajoba pojednání, které je oponováno, je součástí státní doktorské zkoušky. V další části zkoušky musí student prokázat hluboké teoretické znalosti v oboru. Státní doktorská zkouška probíhá ústní formou a je složena z tematických okruhů týkajících se povinného teoretického předmětu Biofyzikální chemie/Biophysical Chemistry a povinně volitelných předmětů. K obhajobě disertační práce se student hlásí až po vykonání státní doktorské zkoušky a po splnění podmínek pro ukončení, jakými jsou účast na výuce, minimálně šesti měsíční studijní nebo pracovní stáž v zahraničí, alespoň jedna ústní prezentace práce v anglickém jazyce (konference, workshopy…) a splnění níže uvedených podmínek v oblasti tvůrčí činnosti.
Vytváření studijních plánů
Pravidla a podmínky vytváření individuálních studijních plánů a všechny studijní povinnosti jsou stanoveny Studijním a zkušebním řádem VUT, čl. 32 a blíže specifikovány odpovídající směrnicí fakulty. Při nástupu do studia je stanoveno obsahové zaměření studia a související tvůrčí činnosti, určeny minimálně tři studijní předměty, které je student povinen absolvovat (povinným předmětem pro všechny studenty je předmět Biofyzikální chemie/Biophysical Chemistry), související činnosti (zahraniční případně i domácí stáže, účast na konferencích) a pedagogická praxe. Zároveň je určen časový plán všech aktivit pro první ročník s výhledem na další roky studia. Plnění individuálního studijního plánu je každoročně vyhodnocováno a aktualizováno studentem a školitelem, následně je projednán oborovou radou, která jej schvaluje. Během prvních pěti semestrů skládá doktorand zkoušky z jednoho povinného a dvou povinně volitelných předmětů a intenzivně se zabývá studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a jejich publikováním. Do konce třetího roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, jíž prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. Ve třetím a čtvrtém ročníku svého studia pokračuje doktorand ve výzkumné činnosti, publikuje dosažené cíle a zpracovává svoji disertační práci. Doktorandi ve čtvrtém roku studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci. Hotovou disertační práci doktorand odevzdá do konce 4. ročníku studia. Součástí dizertační práce jsou výsledky publikované v mezinárodních impaktovaných časopisech, přičemž minimálně u jedné publikace je student prvním autorem.
Návaznost na další typy studijních programů
Program obecně navazuje na magisterské studijní programy v oblasti chemie, biochemie, biotechnologie, případně biologie nebo medicíny. Z hlediska programů realizovaných na Fakultě chemické program navazuje na magisterské studijní programy Chemie pro medicínské aplikace, Fyzikální a spotřební chemie a Potravinářská chemie a biotechnologie.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Lokální struktury v DNA hrají důležitou úlohu v základních buněčných procesech jako je replikace a transkripce. V poslední době se ukazuje, že zejména přítomnost G-kvadruplexů v DNA je významná pro regulace v buňce, ale i při regulaci životního cyklu různých viru (HIV, HSV, EBV). Tyto lokální struktury jsou rozpoznávány celou řadou proteinů. V rámci této dizertační práce budou studovány interakce proteinů s lokálními strukturami DNA se zaměřením na křížové struktury a kvadruplexovou DNA. Budou využity fyzikální, biochemické a molekulárně biologické metody včetně isogenního kvasinkového systému pro studium rozpoznávání cílových strukturních motivů v promotorové oblasti genů. Pro studium lokalizace a interakcí v buněčných systémech budou také využity mikroskopické metody včetně konfokální mikroskopie. Předpokládá se spolupráce se zahraničním pracovištěm.
Školitel: Brázda Václav, prof. Mgr., Ph.D.
Interakcí plazmatu s vodou vzniká tzv. plazmatem aktivovaná voda, která má odlišné fyzikální vlastnosti i chemické složení. Způsobuje to především zvýšená produkce reaktivních částic kyslíku a dusíku, a to v závislosti na způsobu přípravy plazmatem aktivované vody. Díky vysokému oxidačnímu a sterilizačnímu potenciálu je plazmatem aktivovaná voda současným žhavým tématem jak v biomedicíně, tak v zemědělství, kde se navíc díky zvýšenému obsahu dusíkatých částic uplatňuje i jako alternativní způsob hnojení. Vlastní práce se bude zabývat aplikací plazmatem aktivované vody na vybrané mikroorganismy a plísně s cílem vyhodnotit efektivitu využití tohoto média v humánní i veterinární medicíně, případně v zemědělství.
Školitel: Kozáková Zdenka, doc. Ing., Ph.D.
Disertační práce se bude věnovat fyzikálně chemická analýze vlastností bakteriálních polyesterů polyhydroxyalkanotů (PHA) a to jednak v jejich nativní formě jako PHA granulí v bakteriálních buňkách (in-vivo), ale zároveň se práce bude věnovat fyzikálně chemické a biologické charakterizaci materiálů po isolaci z bakteriální biomasy (ex-vivo). Cílem práce je porozumět unikátním vlastnostem těchto materiálů v kontextu jejich biologických funkcí a zároveň navrhnout a prostudovat možné využití PHA v pokročilých materiálových aplikacích (transportní systémy, medicínské aplikace atd.).
Školitel: Obruča Stanislav, prof. Ing., Ph.D.
Tato práce je zaměřená na využití stacionárních, časově rozlišených a mikroskopických fluorescenčních technik ve výzkumu fyzikálních vlastností asociativních koloidů. Takto získané informace budou korelovány s technologickými parametry asociativních koloidů, jako jsou solubilizace a solubilizační kapacita, stabilita, distribuce velikostí apod. V rámci studia budou získány nejen dovednosti v různých technikách fluorescenční spektroskopie, ale i v komparativních technikách jako jsou například techniky rozptylu světla.
Školitel: Mravec Filip, doc. Ing., Ph.D.
Půdní organická hmota, úžeji huminové látky, je již několik staletí předmětem výzkumu. Přesto nejsou stále rozřešeny otázky jejího vzniku či charakteru. Původní polymerní teorie se v posledních ca dvou dekádách zdá být nahrazována supramolekulárními pohledy, v poslední době bují názory o neexistenci huminových látek, tvrdící, že půdní organická hmota je tvořena jen produkty různého stupně rozkladu odumírající původní rostlinné či živočišné hmoty. Dále může obsahovat produkty metabolismu půdních mikroorganismů. Po doplňující, ale hloubkové rešerši se disertace zaměří na jedno nebo obě následující dílčí témata. 1) Termodynamika a kinetika půdních metabolických reakcí se zvláštním zřetelem na syntézu polyketidů a jejich možné začlenění do základní strukturní jednotky půdní organické hmoty. 2) Koloidní struktury v půdním roztoku nebo ve vodných výluzích půdy, jejich velikost, stabilita, difúzní chování, agregátní charakter, chemické složení. Právě hydrokoloidy a ve vodě rozpustné látky budou klíčové pro příjem rostlinami a jejich vývoj a růst. Výsledky budou hodnoceny právě také ve světle současné diskuse o původu, charakteru a stabilitě půdní organické hmoty.
Školitel: Pekař Miloslav, prof. Ing., CSc.
Na základě literární rešerše budou vybrána léčiva a hormony (potenciálně škodlivé v přírodních systémech). Bude studován jejich transport v hydrogelech obsahujících huminové látky jako aktivní substance, které v přírodě hrají klíčovou roli v interakcích s polutanty a jejich imobilizaci.
Školitel: Klučáková Martina, prof. Ing., Ph.D.
Vývoj nejrůznějších nosičů léčiv zažívá velký rozmach. Zatímco je hlavní pozornost věnována chemické, biochemické či fyziologické stránce, pohyb nosičového systému v lidském těle na místo určení bývá studován mnohem méně. Doprava léčiva až na místo určení, kde se mají projevit jeho chemické účinky, je však pro jeho účinnost zásadní. Téma disertace je věnováno matematickému modelování takového transportu, opřenému o data publikovaná v literatuře nebo získaná na školicím pracovišti. Obsahem disertace bude modelování difúze nano a mikročástic v modelovém biologickém prostředí, zejména hydrogelu nebo podobném modelu extracelulární matrice, případně i přes buněčnou membránu. K modelování bude využíván programový balík COMSOL. Součástí řešení bude vytváření realistických struktur prostředí a modelová podpora mikroreologických experimentů nebo měření s pomocí fluorescenční korelační spektroskopie, prováděných na školicím pracovišti. Cílem je získat zpětnou vazbu pro návrh nosičových systémů.
Ramanova mikrospektroskopie poskytuje informaci o molekulárním složení zkoumaného vzorku. V posledních letech se začíná ramanovská spektroskopie využívat k identifikaci mikroorganismů, protože každý mikroorganismus má unikátní ramanovské spektrum (tzv. „fingerprint“). Současné mikrotechnologie a nanotechnologie zahrnují řadu unikátních nástrojů a postupů. Ty umožňují zesílení Ramanova signálu, například z povrchu bakterií, prostřednictvím nanostruktur z ušlechtilých kovů (tzv. SERS), prostorovou lokalizaci mikroobjektů (včetně živých buněk) ve světelném svazku (tzv. optická pinzeta) a sterilní separaci mikroobjektů či složek suspenzí, povrchové uspořádání mikročástic a jejich transport (mikrofluidní systémy). Hlavním cílem doktorandské disertační práce bude kombinovat výše zmíněné techniky tak, aby bylo možné využít Ramanovu mikrospektroskopii ke studiu molekulárního složení jednotlivých mikroorganismů (bakterií a eukaryotických buněk) suspendovaných v kapalném médiu a sledovat odezvy mikroorganismů na definované vnější stimuly či stresové faktory. Předpokládá se, že doktorant/ka zvládne obsluhu a modifikaci experimentálního systému realizovaného v Ústavu přístrojové techniky AV CŘ, v.v.i., bude analyzovat ramanovská spektra prostřednictvím vhodných matematických algoritmů, navrhne vhodné konfigurace mikrofluidních čipů podle studovaných mikroorganismů. Zejména bude zkoumáno zesílení intensity spekter Ramanova rozptylu v blízkosti kovových mikro- a nano-struktur technikou SERS - Surface Enhanced Raman Spectroscopy, ve vytvořených v mikrofluidních čipech. Nalezené postupy a získané výsledky významně přispějí k rychlé identifikaci mikroorganismů a zhodnocení jejich odezvy na stresující faktory včetně medikamentů. V rámci disertační práce se předpokládá experimentální a teoretická činnost v Ústavu přístrojové techniky AV ČR,v.v.i., který disponuje potřebným vybavením. Pracoviště spolupracuje s řadou evropských laboratoří zabývajících se spřízněnou problematikou, což nabízí uchazeči možnost zahraničních stáží a rychlý odborný růst.
Hlavní myšlenkou PhD. výzkumu na tohle téma je zpracování odpadních lignocelulózových materiálů z pohledu cirkulární ekonomiky. To znamená z lignocelulózových materiálů nejprve izolovat všechny cenné látky, charakterizovat je a cíleně využít. Hlavním cílem bude připravit biokompozity s dobrými mechanickými vlastnostmi, které budou mít funkční povrchy s vlastnostmi vhodnými pro použití v různých oblastech medicíny a farmacie. Hlavní princip této práce je založen na zpracování a charakterizaci biokompozitních materiálů na bázi polyesterů (polylaktid, polyhydroxyalkanoáty nebo poly(kaprolakton), celulózových nanokrystalů (derivovaných z bakteriální celulózy nebo rostlinné celulózy) a fenolických sloučenin. Celulóza a fenolické sloučeniny budou izolovány z odpadních lignocelulózových materiálů. Důležitými úkoly výzkumné práce bude dosažení dobré mezifázové kompatibility mezi polymerní matricí a aditivy a zároveň podpoření antibakteriální aktivity biokompozitů. Biokompozity budou připravovány v různých strukturních formách, jako jsou filmy a nátěry, pěny a jiné pórovité materiály a mikročástice. Podstatou této práce bude navrhnout schéma biorafinerie kompletního zpracování vybraného odpadního materiálu na různé produkty udržitelným způsobem.
Školitel: Kovalčík Adriána, prof. Ing., Ph.D.
Hydrogely stále představují velmi atraktivní materiál pro formulaci systémů s řízeným uvolňováním biologicky aktivních látek. Využití nacházejí nejen v medicíně či potravinářství, ale také třeba v zemědělství. Přes velký počet experimentálních prací i znalost teoretických základů uvolňování, je jejich návrh a vývoj stále spíše záležitostí ad hoc postupů než ustavených racionálních pravidel. Ani vlastní řízení uvolňování v reálné aplikaci není uzavřeno jasnými postupy. Doktorát se tak bude věnovat zobecňování poznatků o řízeném uvolňování z hydrogelových matric, doplněném vlastní experimentální činností a modelováním uvolňování v reálných podmínkách. Po výchozí rešerši budou formulovány následné kroky, zaměřené na tyto aspekty (případně jejich výběr): • metodika laboratorního studia uvolňování, vliv experimentálních parametrů na výsledky, smysluplná standardizace postupů, • vliv koncentrace hydrogelu nebo gelačního činidla na difúzi vybraného (modelového) léčiva, • transport a interakce téhož (modelového) léčiva v různých hydrogelových systémech, vztah k reálným aplikacím a jejich problémům; vliv podmínek jako je pH či teplota prostředí aplikace, • modelování uvolňovacích profilů na základě parametrů získaných v experimentech, s ohledem na uvolňování a transport v reálných prostředích (tkáních). Doktorát bude ústit v návrhu racionálních pravidel formulace vhodného hydrogelu pro zapouzdření a řízené uvolňování dané molekuly v určitém prostředí.
Práce se bude zaměřovat na přímé terapeutické využití nízkoteplotního nerovnovážného plazmatu pro sterilizaci a podporu hojení ran. Předpokládají se především experimenty in vitro, ve spolupráci s Veterinární univerzitou pak i ověřovací experimentální práce s patogenními organismy in vitro i in vivo. Práce bude koordinována v rámci Akce COST CA20114.
Školitel: Krčma František, prof. RNDr., Ph.D.