Přehled nabízených témat vysokoškolských kvalifikačních prací vypsaných pro rok 2019/2020:
Typ práce: DIP
Školitel: Prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc.
Disertační práce je zaměřená na rozvoj metody rezonance povrchových plasmonů pro studium biomolekulárních interakcí a její využití pro studium interakcí biologicky významných biomolekul. Interakce mezi biomolekulami mají zásadní význam v řadě důležitých fyziologických i patologických procesů. Dnešní metody však studují především interakce izolovaných biomolekul. Hlavním cílem práce je proto rozšířit využitelnost technologie biosenzorů s povrchovými plasmony na studium biomolekul za podmínek blízkých fyziologickým, v nichž se biomolekulární interakce odehrávají za přítomnosti dalších (bio)molekul, které mohou významně ovlivňovat podmínky interakce i její výsledek. Práce bude zahrnovat přípravu a charakterizaci funkčních vrstev pro imobilizaci biomolekul na povrchu biosenzoru a jejich charakterizaci a vývoj a optimalizaci metodologií pro pozorování molekulárních interakcí. Pozornost bude rovněž věnována analýze kinetických měření pro určování interakčních modelů a jejich parametrů. Získané poznatky budou aplikovány na studium biologicky významných biomolekul (např. molekul se vztahem k Alzheimerově chorobě).
Téma je vhodné pro studenty chemických, biochemických či biofyzikálních oborů (VŠCHT/PřF UK/MFF UK).
Typ práce: DIP
Školitel: Prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc.
Rozvoj nanotechnologií a jejich biologické aplikace vytváří vzrůstající poptávku po biomolekulárních vrstvách, které budou tvořit rozhraní mezi (anorganickými) nanostrukturami a biologickým prostředím. Tyto biomolekulární vrstvy přitom mohou realizovat důležité funkce, jako je například rozpoznávání a zachycování biologicky důležitých biomolekul. Práce je zaměřená na vývoj nových molekulárních vrstev schopných rozpoznávat vybrané biomolekuly s vysokým prostorovým rozlišením (~ 10 nm) na specifických oblastech vybraných planárních nanostruktur. Práce bude rovněž zahrnovat jejich charakterizaci optickými metodami (fluorescenční spektroskopie, absorpční spektroskopie, resonance povrchových plasmonů). Realizované biomolekulární vrstvy budou charakterizovány v modelových experimentech, v nichž budou detekovány biologicky významné biomolekuly (např. molekuly se vztahem k nádorovým onemocněním či Alzheimerově chorobě).
Téma je vhodné pro studenty chemických, biochemických či biofyzikálních oborů (VŠCHT/PřF UK/MFF UK).
Mikroskopie povrchových plasmonů a její biologické aplikace
Školitel: Prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc.
Práce se zabývá metodou mikroskopie povrchových plasmonů s cílem navrhnout a vybudovat aparaturu pro mikroskopii povrchových plasmonů pro detekci biomolekul. V rámci teoretické části práce se bude student zabývat modelováním zobrazení lokalizovaných (bodových) změn indexu lomu při povrchu tenké kovové vrstvy, na níž se šíří povrchové plasmony a návrhem optického systému a metod pro zpracování obrazových dat. Pozornost bude rovněž věnována rozšíření metody mikroskopie povrchových plasmonů současným měřením na několika vlnových délkách a využitím nanotexturovaných povrchů. Realizovaný systém pro mikroskopii povrchových plasmonů bude využit v modelových experimentech, v nichž budou na povrchu senzoru pokrytého vybranými molekulárními receptory detekovány molekuly nesoucí kovové či dielektrické nanočástice.
Téma je vhodné pro studenty kvantové optiky, optoelektroniky či příbuzných oborů (MFF UK/ FJFI ČVUT).
Plasmonické nanostruktury pro miniaturní optické biosenzory
Školitel: Prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc.
Tématem disertační práce je výzkum optických nanostruktur s povrchovými plasmony a jejich využití pro konstrukci nových optických biosenzorů schopných vysoce lokalizované detekce biomolekul. Teoretická část práce bude zaměřena na modelování optických vlastností metalických nanostruktur numerickými metodami, např. metodou konečných diferencí v časové doméně (FDTD). V experimentální části práce se doktorand bude věnovat přípravě nanostruktur metodami elektronové a koloidní litografie a vývoji optického systému pro spektroskopii povrchových plasmonů na těchto nanostrukturách. Doktorand se bude rovněž podílet na experimentech, v nichž budou realizované nanostruktury a optický systém využity pro citlivou detekci vybraných biomolekul.
Téma je vhodné pro studenty fyzikálních a technických oborů (MFF UK/ FJFI ČVUT).
Plasmonické nanostruktury s extraordinární transmisí pro optické biosenzory
Typ práce: DP
Školitel: Prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc.
Tématem disertační práce je výzkum plasmonických nanostruktur s extraordinární transmisí a jejich využití pro konstrukci optických biosenzorů pro vysoce citlivou detekci biomolekul. Teoretická část práce bude zaměřena na modelování optických vlastností plasmonických nanostruktur založených na uspořádaném poli děr nanoskopických rozměrů v tenké kovové vrstvě a studium vlivu parametrů nanostruktury na citlivost k lokalizovaným molekulárním procesům v různých oblastech nanostruktury. Experimentální část práce bude věnována přípravě a charakterizaci nanostruktur metodami elektronové litografie a rastrovací elektronové mikroskopie a realizaci optického systému pro měření (spektrální) transmise na těchto nanostrukturách. Student se bude rovněž podílet na experimentech, v nichž budou realizované nanostruktury a optický systém využity pro citlivou detekci vybraných biomolekul.
Téma je vhodné pro studenty chemických, biochemických či biofyzikálních oborů (VŠCHT/PřF UK/MFF UK).
Typ práce: DP
Školitel: Dr. Ing. Pavel Honzátko
Součástí bude výběr vhodného vstupního 2d/3d CAD formátu, volba a modifikace existujícího otevřeného softwaru určeného pro laserové řezání/značení a především nasazení na konkrétním hardwaru ovládajícím skenovací hlavu laseru. Široké možnosti modifikace použitého laseru ve spolupráci se špičkovými odborníky z ÚFE AV ČR a možnost následného uplatnění nabytých znalostí v průmyslu.
Téma je vhodné pro studenty informačních technologií, počítačového inženýrství, programování vestavných systémů.
Typ práce: DIP
Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.
Nestability vláknových laserových zařízení jsou nyní aktuálním tématem výzkumu, zejména s ohledem na rostoucí výkony a nové vlnové délky těchto typů laserů a celospolečensky rychle rostoucí význam vláknových laserů. Teoretický výzkum bude zaměřen na studium podélných módových nestabilit ve vláknových laserech a příčných módových nestabilit ve vláknových zesilovačích. Experimentální výzkum bude zaměřen jev samovolného rozmítání vlnové délky, speciálního případu podélné módové nestability, jako spouštěcího mechanizmu samovolného Q-spínání laseru.
Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.
Typ práce: DIP
Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.
Cílem práce je výzkum nových typů optických vláken dopovanými thuliem, případně thuliem a holmiem. Pozornost bude soustředěna na výzkum procesů přenosu energie mezi prvky vzácných zemin a získání kvantitativních parametrů charakterizujících tyto přenosy energie pro využití v numerických modelech vláknových laserů. Práce zahrnuje jak sestavení teoretického modelu, tak experimentální charakterizaci vláken dopovaných prvky vzácných zemin připravených v naší laboratoři nebo na spolupracujících pracovištích v zahraničí. Předpokládáme experimentální ověření vybraných aplikací thuliem dopovaných křemenných optických vláken v laserech v okolí vlnových délek 2000 nm.
Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.
Výzkum nových geometrií a uspořádání dvouplášťových aktivních vláken pro vláknové lasery s vysokým výkonem
Typ práce: DIP
Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.
Disertační práce je zaměřena na výzkum nových geometrií a uspořádání dvouplášťových vláken dopovaných prvky vzácných zemin pro zvýšení účinnosti vysoce výkonných vláknových laserů. Cíle zahrnují numerické modelování těchto vláken a experimentální ověření vybraných geometrií a uspořádání vláken ve vláknových laserech. Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK. Konkrétní zadání lze případnému zájemci upravit podle jeho studijního zaměření. Předchozí zkušenost s laboratorní prací je výhodou, avšak není nezbytná. Zájemce musí být schopen číst a psát anglický text a spolupracovat při řešení úkolů s ostatními členy týmu.
Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.
Přeladitelný ytterbiový vláknový laser
Typ práce: BP, DP
Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.
Cílem práce je sestavení a charakterizace kompaktního přeladitelného vláknového laseru s yterbiem dopovaným optickým vláknem čerpaným přes plášť. Vláknový laser bude generovat záření v oblasti vlnových délek 1050-1070 nm s možností přelaďování vlnové délky a s očekávaným výstupním výkonem až 5 W. Součástí práce je sestavení vláknového laseru z dodaných komponent vláknový laser, navrhne a sestaví měřicí aparaturu a provede základní charakterizaci laseru (práh laseru, diferenciální účinnost, vlnová délka) včetně měření vložných ztrát jednotlivých komponent a dlouhodobé stability výstupního záření. Sestavený vláknový laser bude využit pro čerpání thuliem dopovaného vláknového zesilovače pro vlnovou délku v okolí 1460 nm.
Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.
Typ práce: BP, DP
Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.
Cílem práce je spektroskopická charakterizace nových typů optických vláken pro výkonové vláknové lasery. Zejména půjde o vlákna dopovaná thuliem a holmiem. Pozornost bude soustředěna na měření spektrálního průběhu absorpčního a emisního účinného průřezu a závislosti účinného průřezu na teplotě. Práce zahrnuje sestavení experimentální aparatury a experimentální charakterizaci vláken dopovaných prvky vzácných zemin připravených v naší laboratoři nebo na spolupracujících pracovištích v zahraničí.
Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.
Širokopásmový opticko-vláknový thuliem dopovaný zdroj zesílené spontánní emise s optimalizovanou šířkou pásma
Typ práce: BP, DP
Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.
Cílem práce je sestavení a charakterizace optického zdroje zesílené spontánní emise, který generuje záření ve spektrální oblasti v okolí vlnové délky 2 mikrometrů a bude čerpaný až dvěma vláknovými lasery na vlnové délce cca 1560 nm za účelem optimalizace šířky pásma. Student pod vedením vedoucího práce sestaví elektroniku čerpací laserové diody a následně z dodaných komponent sestaví optický obvod zdroje záření, jehož výkonové a spektrální charakteristiky otestuje. Součástí práce bude seznámení se s vlastnostmi optických vláken obsahující thuliové ionty a měření základních optických charakteristik vláknových prvků. Experimenty budou realizovány na Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i. v oddělení Vláknové lasery a nelineární optika.
Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.
Thuliem dopovaný vláknový zesilovač pro vlnovou délku v okolí 1460 nm
Typ práce: BP, DP
Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.
Cílem práce je sestavení a charakterizace vláknového zesilovače s thuliem dopovaným optickým vlákny na bázi fluoridového vlákna pro zesilování záření v oblasti vlnových délek 1450-1480 nm. Student pod vedením vedoucího práce sestaví z dodaných komponent vláknový laser, sestaví měřící aparaturu a osvojí se postup měření. Experimentální práce zahrnuje optimalizaci parametru svařování optických vláken a charakterizaci zesilovače. Experimenty budou realizovány na aparaturách oddělení Vláknových laserů a nelineární optiky v Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i.
Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.
Thuliové vláknové lasery s optimalizovanou účinností
Typ práce: BP, DP
Školitel: Ing. Jan Aubrecht, Ph.D.
Cílem práce je sestavení a charakterizace vláknových laserů s thuliem dopovanými optickými vlákny čerpanými přes plášť, které generují záření ve spektrální oblasti v okolí vlnové délky 2 mikrometry. Student pod vedením vedoucího práce sestaví z dodaných komponent vláknový laser, sestaví měřící aparaturu a osvojí se postup měření. Pro sérii thuliových vláken připravených s různou geometrií průřezu vnitřního pláště a s různou podélnou periodou zkrutu vlákna provede základní charakterizaci laseru (práh laseru, diferenciální účinnost, vlnová délka) a aktivního vlákna (absorpce optického čerpání). Součástí práce bude analýza vlivu tvaru průřezu vnitřního pláště vlákna a uspořádání vláknové cívky na účinnost absorpce čerpání a účinnost laseru. Experimenty budou realizovány na aparaturách oddělení Vláknových laserů a nelineární optiky v Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i.
Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.
Typ práce: BP, DP
Školitel: Ing. Jan Grym, Ph.D.
Práce se zaměřuje na pochopení růstu jednodimenzionálních polovodičových nanostruktur (nanotyček) z roztoků. Cílem je využít litografických technik pro růst nanotyček v hexagonálních periodických polích, která umožňují studovat rychlosti růstu jednotlivých krystalografických ploch a ovlivňovat ji parametry procesu a řízeným dopováním. Práce může být zaměřena teoreticky i experimentálně, např. na: (a) modelování kinetiky růstu nanostruktur a vysvětlení odpovídajících fyzikálních a chemických jevů, (b) návrh reaktorů s přesnou kontrolou přesycení nebo (c) návrh nekonvenčních litografických metod využívajících elektronové a iontové svazky a rastrující sondu.
Téma je
vhodné pro studenty technických, fyzikálních a chemických oborů.
Typ práce: BP, DP
Školitel: Ing. Jan Grym, Ph.D.
Pochopení přenosu energie v polovodičových nanostrukturách je klíčové pro návrh elektronických a optoelektronických součástek. Cílem práce je vyvinout teoretické a experimentální nástroje pro studium přenosu tepla a elektrického náboje v jednodimenzionálních nanostrukturách s využitím rastrující sondy. Práce může být zaměřena na vývoj metod pro hybridní termální a elektrická měření pomocí hrotu rastrující sondy nebo na využití teoretických i experimentálních poznatků pro návrh nových nanolitografických technik.
Téma je vhodné pro studenty technických, fyzikálních a chemických oborů.
Typ práce: BP, DP
Školitel: Ing. Jan Grym, Ph.D.
Pro širší využití polovodičových nanostruktur v elektronice je nutné vyvinout metody pro charakterizaci jejich fyzikálních vlastností. Práce bude směřována do oblasti elektrické charakterizace jednotlivých nanotyček a jejich heterostruktur. Cílem je vyvinout metody, které umožní elektricky charakterizovat jednotlivou kolmo stojící nanotyčku s využitím vodivého hrotu mikroskopu atomárních sil nebo hrotu nanomanipulátoru v elektronovém mikroskopu a následně nanotyčku přenést pomocí nanomanipulátoru na nevodivý substrát a deponovat kontakty s využitím injekčního systému plynů nebo elektronové litografie.
Téma je vhodné pro studenty technických, fyzikálních a chemických oborů.
Typ práce: BP, DP
Školitel: Ing. Jan Grym, Ph.D.
Chemirezistory jsou polovodičové elektronické prvky, jejichž elektrický odpor/impedance se mění při expozici vůči chemickým látkám a plynům přítomným v jejich okolí. Cílem práce je navrhnout a připravit vhodné nanostruktury polovodičových oxidů a jejich heterostruktury a najít souvislost mezi jevy nastávajícími na jednotlivých heteropřechodech (nanoměřítko) a parametry chemirezistoru jako součástky (makroměřítko).
Téma je vhodné pro studenty technických, fyzikálních a chemických oborů.
Růstové mechanizmy polovodičových nanostruktur
Typ práce: DIP
Školitel: Ing. Jan Grym, Ph.D.
Polovodičové nanostruktury jsou základními stavebními kameny moderních elektronických a optoelektronických součástek. Cílem práce je popsat mechanizmy růstu jednodimenzionálních polovodičových nanostruktur (nanotyček) z roztoků. S využitím litografických technik budou nanotyčky připravovány v hexagonálních periodických polích, která umožňují studovat rychlosti růstu jednotlivých krystalografických ploch a ovlivňovat ji parametry procesu a řízeným dopováním. Práci je možno zaměřit teoreticky i experimentálně do následujících oblastí: (a) modelování kinetiky růstu nanostruktur a vysvětlení odpovídajících fyzikálních a chemických jevů, (b) návrh reaktorů s přesnou kontrolou přesycení, (c) návrh nekonvenčních litografických metod využívajících elektronové a iontové svazky nebo rastrující sondu a (d) využití nanotyček v senzorech chemických látek, zdrojích světla a piezoelektrických nanogenerátorech.
Téma je vhodné pro studenty technických, fyzikálních a chemických oborů.
Typ práce: DIP
Školitel: Mgr. Marek Piliarik, Ph.D.
Molekulární značky umožňují v přirozeném prostředí sledovat chování a pohyb jednotlivých molekul, například proteinů. Použití fluorescenčních značek je limitováno stabilitou a saturací fluorescenčního signálu. Alternativou jsou takzvané rozptylové značky, jakými jsou například kovové nanočástice, které vykazují silný rezonanční rozptyl. Nevýhodou rozptylových značek je jejich obvyklá velikost v řádu 20 až 50 nm, která významně přesahuje velikost sledovaných molekul a ovlivňuje jejich pohyb a interakce.
Cílem tohoto projektu je výzkum vlastností nové generace extrémně malých rozptylových molekulárních značek, jejichž velikost bude menší než velikost označené molekuly (např. 1.4 nm Au55 klastr). Takové nanočástice pak budou využity jako značky různých vazebných míst jediné molekuly (např. proteinu) a mohou posunout limity rozlišení „super-resolution“ optických mikroskopů až na na sub-molekulární úroveň.
Typ práce: DIP
Školitel: Mgr. Marek Piliarik, Ph.D.
Pochopení dynamiky vnitřního uspořádání makromolekul, zejména proteinů, v jejich přirozeném prostředí je kritickým krokem k poznání jejich biologické funkce. Experimentální metody však v této oblasti narážejí na řadu fundamentálních překážek, ať už to je prostorové rozlišení optických soustav, rychlost snímání fluorescenčních signálů, nebo průměrování přes heterogenní soubor molekul.
Náplň disertační práce využívá nejnovější metodu optického zobrazování jednotlivých molekul bez použití fluorescenčních značek, která je prvním krokem k jejich další analýze. Cílem projektu je vyvinout optické metody, které umožní na základě změn rozptylu světla na jednotlivých molekulách popsat změny prostorového uspořádání makromolekul v reálném čase.
Typ práce: DIP
Školitel: Ing. Michal Cifra, PhD.
Práce bude zaměřena na experimentální výzkum vlivu intenzivních krátkých elektrických pulzů na přirozené proteinové nanostruktury. Výsledky práce přispějí k pochopení mechanizmů působení elektrických pulzů na molekulární úrovni a otevřou nové technologické možnosti v biomedicíně a bionanotechnologii. Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika, nebo podobného. Nezbytná dobrá znalost anglického jazyka.
Seznam literatury:
Typ práce: DIP
Školitel: Ing. Michal Cifra, PhD.
Práce bude zaměřena na výzkum vlivu intenzivních krátkých elektrických pulzů na přirozené proteinové nanostruktury pomocí výpočetních metod založených na simulacích molekulové dynamiky. Výsledky práce přispějí k pochopení mechanizmů působení elektrických pulzů na molekulární úrovni a otevřou nové technologické možnosti v biomedicíně a bionanotechnologii. Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika, nebo podobného. Nezbytná je dobrá znalost anglického jazyka a vztah k práci s počítačem.
Seznam literatury:
Typ práce: DIP
Školitel: Ing. Michal Cifra, PhD.
Práce bude zaměřena na teoretický návrh a výrobu elektromagnetických mikrostrukturovaných chipů kompatibilních se super-rozlišovací mikroskopií pro analýzu a modulaci funkce přirozených proteinových nanostruktur, zejména části buněčného skeletu. Výsledky práce přispějí k pochopení elektromagnetických vlastností organismů na molekulární úrovni a otevřou nové technologické možnosti v biomedicíně a bionanotechnologii. Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru aplikovaná fyzika, nebo podobného. Nezbytná dobrá znalost anglického jazyka..
Seznam literatury:
Vysvětlivky:
BP = bakalářská práce, DP = diplomová práce, DIP = Disertační práce
ÚFE provádí základní a aplikovaný výzkum v oblasti fotoniky, optoelektroniky a elektroniky. ÚFE příspívá k rozvoji poznání v těchto oblastech a vytváří širokou bázi znalostí, jako základ pro vývoj nových špičkových technologií.
+420 266 773 400
ufe@ufe.cz
Datová schránka: m54nucy
IČ: 67985882
DIČ: CZ67985882
