Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

1. Bioinformatická a biofyzikální charakterizace lokálních struktur z genomových sekvencích nukleových kyselin

   Současné bioinformatické přístupy umožňují efektivní analýzu nukleových kyselin pro studium přítomnosti lokálních struktur v kompletních genomech. Zejména přítomnost inverzních repetic a sekvencí tvořících G-kvadruplexy se ukazuje jako důležitý regulační aspekt v základních biologických procesech včetně regulace transkripce. V rámci tohot tématu budou využity bioinformatické přístupy k nalezení sekvencí nutných k tvorbě těchto lokálních struktur a tyto sekvence budou dále charakterizovány pomocí biofyzikálních metod, zda a za jakých podmínek se v nich vytváří lokální struktury. Pomocí CD spektroskopie, fluorescenčních a mikroskopických metod bude studováno formátování, stabilita a lokalizace těchto struktur. Předpokládá se spolupráce se zahraničním pracovištěm.

   Školitel: Brázda Václav, prof. Mgr., Ph.D.

2. Biokoloidní hydrogely pro studium mobility reaktivních částic

   Na základě literární rešerše budou vybrány vhodné biokoloidy jako aktivní složky pro přípravu hydrogelů. Budou stanoveny reologické charakteristiky hydrogelů, studován transport rektivních částic v těchto hydrogelech a jejich interakce s biokoloidy.

   Školitel: Klučáková Martina, prof. Ing., Ph.D.

3. Hydratace biokoloidů

   Náplní práce bude podrobné studium hydratace vybraných biokoloidů (např. chitosan, kyselina hyaluronová, huminové látky) různými metodami vybranými na základě literární rešerše studenta. Součástí bude studium jevů souvisejících s interakcí biokoloidů s vodou a vodnými roztoky (rozpouštění, disociace).

   Školitel: Klučáková Martina, prof. Ing., Ph.D.

4. Hydrogely s vláknitými strukturami

   Hydrogely představují velmi užitečný materiál pro biomedicínské aplikace – např. jako nosič léčiv nebo model extracelulární matrice či prostředek pro tkáňové inženýrství. Napodobují reálná biologická prostředí jako jsou tkáně nebo extracelulární matrice. Ta jsou v základu tvořena síťovou kostrou, do níž jsou vloženy vláknité makromolekulární struktury. Disertace se po výchozí rešerši zaměří na přípravu modelových hydrogelů s inkorporovanými vláknitými strukturami a zkoumání jejich vlivu na vlastnosti takto vytvořených hydrogelů. Obě složky výsledného kompozitu budou voleny ze dvou skupin biopolymerů – polysacharidů a bílkovin. Podrobně bude studován vliv vláken na vlastnosti hydrogelů významné pro jejich možné aplikace v oblasti biomedicíny a dopravy léčiv, tedy především na reologické a transportní vlastnosti, s ohledem na trojrozměrnost struktury, v níž jsou reálné buňky usazeny, jíž jsou reálné tkáně tvořeny. Výsledky budou diskutovány z hlediska přípravy hydrogelů s vlastnostmi vhodnými pro požadovanou aplikaci v oblasti medicíny a povedou k formulaci konkrétního složení a postupu přípravy materiálu pro dané použití.

   Školitel: Enev Vojtěch, doc. Ing., Ph.D.

5. Hydrogely s vláknitými strukturami

   Hydrogely představují velmi užitečný materiál pro biomedicínské aplikace – např. jako nosič léčiv nebo model extracelulární matrice či prostředek pro tkáňové inženýrství. Napodobují reálná biologická prostředí jako jsou tkáně nebo extracelulární matrice. Ta jsou v základu tvořena síťovou kostrou, do níž jsou vloženy vláknité makromolekulární struktury. Disertace se po výchozí rešerši zaměří na přípravu modelových hydrogelů s inkorporovanými vláknitými strukturami a zkoumání jejich vlivu na vlastnosti takto vytvořených hydrogelů. Obě složky výsledného kompozitu budou voleny ze dvou skupin biopolymerů – polysacharidů a bílkovin. Podrobně bude studován vliv vláken na vlastnosti hydrogelů významné pro jejich možné aplikace v oblasti biomedicíny a dopravy léčiv, tedy především na reologické a transportní vlastnosti, s ohledem na trojrozměrnost struktury, v níž jsou reálné buňky usazeny, jíž jsou reálné tkáně tvořeny. Výsledky budou diskutovány z hlediska přípravy hydrogelů s vlastnostmi vhodnými pro požadovanou aplikaci v oblasti medicíny a povedou k formulaci konkrétního složení a postupu přípravy materiálu pro dané použití.

   Školitel: Enev Vojtěch, doc. Ing., Ph.D.

6. Komplexní výzkum gelace alginátu: Od systematického studia elektrostatického síťování k výzkumu netradičních gelačních strategií

   Téma doktorského studia je zaměřeno na podrobný výzkum fyzikální gelace alginátu, a to jak prostřednictvím komplexního studia klasické metody elektrostatického síťování, tak také s ohledem na nově navržené netradiční strategie gelace alginátu. První fáze projektu bude zahrnovat podrobné studium procesu elektrostatického síťování alginátu s důrazem na vliv koncentrace a molární hmotnosti alginátu a typu a koncentrace kationtového síťovacího činidla, a to především s ohledem na morfologické, mechanické a transportní vlastnosti výsledného gelu. Prostřednictvím série pečlivě navržených experimentů a analýz si projekt klade za cíl odhalit klíčové korelace mezi těmito parametry a vlastnostmi vytvořených gelů, což poskytuje cenné poznatky o optimalizaci procesů elektrostatické gelace alginátu. Kromě konvenčního přístupu elektrostatického síťování bude projekt zkoumat také netradiční strategie gelace (např. ionotropní síťování v celém objemu, gelace s použitím nonsolventu, síťování organickými kyselinami)., aby se rozšířil rozsah materiálů na bázi alginátu. Očekává se, že výsledky tohoto výzkumu významně rozšíří aplikační potenciál hydrogelů na bázi alginátu v oblasti biomateriálů a biomedicínských aplikací, nabídnou přesnější pochopení procesu jejich vzniku otevřou cestu k vývoji materiálů s mechanickými a transportními vlastnostmi šitými na míru konkrétní aplikaci v oblasti nosičových systémů nebo tkáňového inženýrství.

   Školitel: Sedláček Petr, doc. Ing., Ph.D.

7. Příprava a charakterizace uhlíkových kvantových teček získaných z lignocelulozových zdrojů

   Uhlíkové tečky jsou definovány jako netoxický, ve vodě rozpustný, vysoce fluorescenční nanomateriál, o velikosti menší než 10 nm. Cílem práce bude syntetizovat kvantové tečky ze snadno dostupných a levných lignocelulozových zdrojů např. ligninu, kávové sedliny, matolin. Budou se hledat vhodná rozpouštědla, které vykazují vysokou a selektivní rozpustnost ligninu. Syntetizované kvantové tečky budou dále funkcionalizované např. polárními funkčními skupinami. Bude studována jejich fotostabilita, optické absorbanční vlastnosti, chemická stabilita, toxicita, antibakteriální aktivita a fotokatalytická účinnost. Disertace se po výchozí hloubkové rešerši zaměří převážně na úpravu a funkcinonalizaci připravených uhlíkových teček pro využití v oblasti fotokatalyzátorů a/nebo senzorů pro diagnostiku.

   Školitel: Kovalčík Adriána, prof. Ing., Ph.D.

8. Příprava a studium vezikulárních komplexů s polymery

   Tato práce je zaměřena na přípravu a studium vezikulárních systémů, které svou strukturou, povrchovým nábojem a dalšími vlastnostmi budou vhodné pro interakci s nabitými nebo nenabitými polymery a společně vytvoří ve vodě rozpustný biokompatibilní komplex, který bude stabilní za fyziologických podmínek. Pro studium se předpokládá využití stacionárních, časově rozlišených a mikroskopických fluorescenčních technik společně s dalšími dostupnými technikami jako dynamický rozptyl světla, mikroskopie atomárních sil, chromatografické metody apod. V rámci studia budou získány hluboké znalosti fluorescenčních technik a postupů přípravy koloidních komplexů.

   Školitel: Mravec Filip, doc. Ing., Ph.D.

9. Výzkum a vývoj hydrogelů na bází hybridních a semiinterpenetrovaných sítí polyethylenglykolu.

   Téma doktorského studia se zaměřuje na výzkum hybridních a semiinterpenetrovaných polymerních hydrogelů na bázi polyethylenglykolu jako nové platformy pro návrh a vývoj biomateriálů s laditelnou vnitřní architekturou, modifikovatelnými mechanickými a transportními vlastnostmi. První fáze projektu se bude zaměřovat na optimalizaci přípravy hydrogelů na bázi chemických sítí polyethylenglykolu. Vlastnosti těchto sítí budou následně modifikovány s využitím dvou strategií – přípravy hybridních sítí interpenetrováním chemické sítě PEGu sekundární fyzikální sítí, a dále přídavkem semiinterpenetrujících nesíťovaných polymerních komponent. Cílem doktorského projektu bude nalezení vztahu mezi přípravou, strukturními a morfologickými parametry a užitnými vlastnostmi relevantními pro biomedicínské aplikace (mechanické, transportní). V konečném důsledku se doktorský projekt snaží poskytnout platformu pro návrh hydrogelů, které mohou posunout současné limity konvenčně používaných hydrogelů a otevřít nové obzory v jejich biomedicínském využití.

   Školitel: Sedláček Petr, doc. Ing., Ph.D.