studijní program

Biophysical Chemistry

Fakulta: FCHZkratka: DPAP_BCHAk. rok: 2021/2022

Typ studijního programu: doktorský

Kód studijního programu: P0531D130046

Udělovaný akademický titul: Ph.D.

Jazyk výuky: angličtina

Poplatek za studium: 2000 EUR/ročně pro studenty z EU, 2000 EUR/ročně pro studenty mimo EU

Akreditace: 8.10.2019 - 8.10.2029

Forma studia

Prezenční studium

Standardní doba studia

4 roky

Garant programu

Oborová rada

Oblasti vzdělávání

Oblast Téma Podíl [%]
Chemie Bez tematického okruhu 100

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. Studium je realizováno ve spolupráci se zahraničním partnerem formou „joint degree“. 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 i konkrétního zahraničního partnera.
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. Realizace mezinárodního studijního programu double degree Biophysical Chemistry probíhá v úzké spolupráci s partnerskou universitou - University of Huelva, Španělsko i s dalšími experty ze zahraničí i z aplikační séry. Pro každého studenta bude uzavřen individuální studijní plán s přesným vymezením povinností v jednotlivých zemích.
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.
Pro španělské studenty jsou závazné podmínky dané pravidly UHU, které nezahrnují dílčí zkoušky ani SDZ. Je třeba vypracovat disertační práci, publikovat výsledky a k obhajobě předložit práci doplněnou publikacemi. Absolvent získává titul Dr. Na UHU je českým studentům nabízeno několik praktických kurzů, které jsou alternativou k praktickým kurzům na FCH.
V rámci double degree program lze získat titul na obou univerzitách, pokud student splní závazné podmínky dané příslušnými pravidly příslušné VŠ a absolvuje část studia na partnerské universitě. Vzhledem k tomu, že na UHU nejsou požadovány dílčí zkoušky, může si student vybrat z několika praktických kurzů jako alternativy českých kurzů.

Vytváření studijních plánů

Realizace mezinárodního studijního programu double degree Biophysical Chemistry probíhá v úzké spolupráci s partnerskou universitou - University of Huelva, Španělsko i s dalšími experty ze zahraničí i z aplikační séry. Pro každého studenta bude uzavřen individuální studijní plán s přesným vymezením povinností v jednotlivých zemích. Sestava předmětů reflektuje aktuální rozvoj interdisciplinární oblasti biofyzikální chemie včetně spektra jejích praktických aplikací. Studium bude probíhat dle pravidel mateřské university včetně podmínek přijímacího řízení a vymezení povinností studentů.
Pro studenty zapsané do studia na Fakultě chemické VUT platí, že 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.
Pro španělské studenty jsou závazné podmínky dané pravidly UHU, které nezahrnují dílčí zkoušky ani SDZ. Je třeba vypracovat disertační práci, publikovat výsledky a k obhajobě předložit práci doplněnou publikacemi. Absolvent získává titul Dr. Na UHU je českým studentům nabízeno několik praktických kurzů, které jsou alternativou k praktickým kurzům na FCH.
V rámci double degree program lze získat titul na obou univerzitách, pokud student splní závazné podmínky dané příslušnými pravidly příslušné VŠ a absolvuje část studia na partnerské universitě. Vzhledem k tomu, že na UHU nejsou požadovány dílčí zkoušky, může si student vybrat z několika praktických kurzů jako alternativy českých kurzů.

Dostupnost pro zdravotně postižené

Podmínkou přijetí ke studiu je potvrzení lékaře o zdravotní způsobilosti ke studiu. Studium je spojeno s prací v chemických a technologických laboratořích a provozech, kde mají studenti přístup k široké škále chemických látek, manipulují a přicházejí do přímého kontaktu s nimi. V rámci laboratorní praxe může být ohroženo nejen zdraví studenta, ale může být i studentem ohroženo zdraví ostatních osob. Proto se při posuzování zdravotní způsobilosti přihlíží kromě obecné zdravotní způsobilosti též k nemocem a chorobným stavům, které mohou být kontraindikací pro práci s chemickými látkami, případně představují pro tuto práci určitá omezení. Více informací o specifikaci nemocí a chorob je zveřejněno v elektronické přihlášce a na web stránkách pro uchazeče o studium http://www.fch.vut.cz/cs/zajemce-o-studium.html

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

  1. A physico-chemical contribution to discussion on soil organic matter

    Soil organic matter, in a narrower sense, humic substances, has been subject of research for several centuries. Nevertheless, questions on its formation or character still have not been resolved. The traditional polymer theory seems to be replaced in the last two decades by supramolecular views, lately claims on the non-existence of the humic substances have become rampant, looking at the soil organic matter as a complex mixture of products at various degrees of the decomposition of decaying original plant or animal matter. Further, it can contain also metabolic products of the soil microorganisms. After additional but in-depth literature search, the PhD study will be focused on one of or both following partial goals. 1) Thermodynamics and kinetics of the soil metabolic reactions with special regard to the synthesis of polyketides and their potential incorporation into the principal structural unit of the soil organic matter. 2) Colloid structures in the soil solution or in the soil aqueous leachates, their size, stability, diffusion behavior, aggregate character, chemical composition. Just hydrocolloids and water-soluble molecules are accessible to plants and thus are among key factors enabling and controlling their development and growth. Results will be evaluated also from the point of view of the current discussion on the origin, character, and stability of soil organic matter.

    Školitel: Pekař Miloslav, prof. Ing., CSc.

  2. Analysis of DNA binding proteins with a focus on their interaction with local DNA structures

    Local DNA structures play an important role in basic cellular processes such as replication and transcription. Recently, the presence of G-quadruplexes in DNA has been shown to be important for regulation in the cell, but also in the regulation of the life cycle of various viruses (HIV, HSV, EBV). These local structures are recognized by a variety of proteins. In this dissertation thesis, protein interactions with local DNA structures will be studied with a focus to cruciforms and quadruplex DNA. Physical, biochemical and molecular biological methods including the isogenic yeast system will be used to study the recognition of target structural motifs in the gene promoter region. Microscopic methods including confocal microscopy will also be used to study localization and interactions in cellular systems.

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

  3. Fluorescence spectroscopy in the study of properties of associative colloidal systems

    This work is focused on the use of stationary, time resolved and microscopic fluorescence techniques in research of physical properties of associative colloids. The information obtained will be correlated with technological parameters of associative colloids such as solubilization and solubilization capacity, stability, size distribution, etc. The study will acquire not only skills in various techniques of fluorescence spectroscopy, but also in comparative techniques such as light scattering techniques.

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

  4. Hydrogels for medical applications – rheology, diffusion and rational design strategies

    Hydrogels constitute a versatile platform for a variety of biomedical applications – for example, in the drug delivery, as extracellular matrix models, or in tissue engineering. When developing new hydrogels, design rules are still lacking and the development relies largely on trial and error approach. This thesis will make a step in progress in this direction – it will focus on the rheological and transport properties of hydrogels followed by formulating some rules for the strategy of their rational design. At the start, a sufficiently thorough literature search will be made and focused on the published preparation methods for biomedical hydrogels and on the data on their rheological and transport properties. Based on the meta-analysis of the published data a first draft, at least, of the desired rules will be formulated and experiments designed and then performed which will complete and verify the rules. The experiments will make a comparison of different hydrogel matrices for the same drug or model molecule, especially their rheological and transport properties including the release profiles and their mathematical modeling. Depending on the possibility of external cooperation, in vivo release studies will be also realized. The obtained findings will be summarized in the rules for hydrogel design strategies.

    Školitel: Pekař Miloslav, prof. Ing., CSc.

  5. Characterization and application of complex microbial and plant extracts in food and cosmetics

    This thesis is focused on preparation and characterization of natural microbial, algal and plant extracts containing vitamins, provitamins, antioxidants and glucans. The main goal is to evaluate a complex biological effect of these extracts and their mixtures and application potential to some food and cosmetic products. Extracts will be stabilized by encapsulation into different types of organic micro- and nanoparticles and fibres. Characterization of application forms will be performed by microscopy, chromatography and spectroscopy. As a part of thesis development of methods for analysis of active substances as well as testing biological effects and safety (EFSA rules) will be solved. Long-term stability in model and real foods and model physiological conditions will be evaluated. Cytotoxicity and biocompatibility will be studied using cell cultures.

    Školitel: Márová Ivana, prof. RNDr., CSc.

  6. Modelling of transport phenomena in biological environment

    The development of various drug delivery systems is an area of active research. This research is focused mainly on chemical, biochemical, or physiological aspects. The movement of a delivery system in human body, to the point of the drug action is much less investigated. The drug transport to the targeted site where the drug’s chemical action should take place is essential for its proper function. This study will be therefore aimed at mathematical modeling of this transport based either on published data or data collected at the supervisor’s laboratory. The work will be focused on the modeling of the diffusion of nano- and microparticles in model biological medium, especially in hydrogel or similar model of the extracellular matrix, or through biological membrane. These tasks will be solved using COMSOL packet. The tasks include also the construction of realistic structural model of the environment and the modelling support of the microrheological experiments in hydrogels performed in the laboratory where this PhD study will be realized. The aim of this study is obtaining a feedback for the design of the drug delivery systems.

    Školitel: Pekař Miloslav, prof. Ing., CSc.

  7. Preparation and characterization of conductive hydrogels based on polyhydroxyalkanoates

    The focus of the work is the preparation of conductive hydrogels based on polyhydroxyalkanoates (PHAs). Conductive hydrogels have great potential, especially in electronics, biomedicine and tissue engineering. PHAs are biodegradable and biocompatible biopolymers. The aim of the work is to develop a method for the synthesis of low molecular weight PHA, which would be accessible for the modification of functional groups. Two methodologies for preparing low molecular weight PHA will be followed: 1) direct biosynthesis of low molecular weight mcl-PHAs and 2) molecular weight reduction by chemical synthesis. Hydrogels will be synthesized from the modified PHA. Hydrogels will be characterized in terms of their ability to absorb and desorb water as well as the gradual release of drugs. In addition to thermal, rheological, mechanical and electrical properties, their toxicity and the extent of possible biodegradation will be investigated.

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

Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, zimní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DA_BIOBioengineeringen0Povinně volitelnýkolano
DA_MTMaterial technology for the bioapplicationsen0Povinně volitelný-ano
1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DA_BFCHBiophysical Chemistryen0Povinnýkolano
DA_BCHAdvanced Biochemistryen0Povinně volitelnýkolano
DA_KPDAdvanced Colloids Chemistryen0Povinně volitelnýkolano
DA_PFTAdvanced fluorescence techniquesen0Povinně volitelnýkolano
DA_ICHPAdvanced Immunochemistry en0Povinně volitelnýkolano
DA_PTTAdvanced techniques of thermal analysisen0Povinně volitelnýkolano
DA_BCHBMBiophysics and Biochemistry of Microorganismsen0Povinně volitelnýkolano
DA_F3DPhotochemistry and 3D printen0Povinně volitelnýkolano
DA_SMBSpecial molecular biotechnologyen0Povinně volitelnýkolano
DA_STISpecial techniques of instrumental analysisen0Povinně volitelnýkolano