Rekrutacja uzupełniająca 2012
Lista rankingowa interdyscyplinarnych projektów przygotowanych jako oferta tematyki badawczej dla kandydatów na ISDM-P.
W rekrutacji uzupełniającej proponowane są te projekty, które nie zostały wybrane do realizacji przez osoby przyjęte na ISDM-P w roku akademickim 2011/2012 pod warunkiem, że osoby, które zgłosiły projekt badawczy potwierdziły aktualność jego realizacji.
Projekty, które uzyskały tę samą liczbę punktów uszeregowano alfabetycznie (wg tytułu projektu).
1. Badania nad wytwarzaniem nanopowłok o działaniu przeciwzapalnym oraz możliwościami ich wykorzystania do otrzymania nowej generacji implantów stosowanych w chirurgii twarzowo-szczękowej | Dr hab. Piotr Piszczek | Prof. dr hab. Wiesław Kozak | Chemia | Biologia | 20 | |
Proponowany temat badań zakłada opracowanie metody wytwarzania nanopowłok o działaniu przeciwzapalnym, które posłużą do konstrukcji nowej generacji implantów tytanowych przeznaczonych dla chirurgii twarzowo-szczękowej. W porównaniu do implantów produkowanych obecnie, które nie posiadają one cechy aktywnego współuczestniczenia w zwalczaniu procesów zapalnych pochodzenia bakteryjnego, implanty nowego typu będą (a) działać przeciwzapalnie, (b) posiadać zwiększoną biokompatybilność, (c) przyczyniać się do zwiększenia tolerancji organizmu biorcy na wprowadzone ciało obce i (d) posiadać zdolność do ograniczenia liczby powikłań wczesnych i późnych.
Realizacja projektu wymaga podjęcia interdyscyplinarnych badań z zakresu chemii i biologii, których zadaniem będzie: (a) opracowanie metody wytwarzania nanowarstw metalicznego srebra, a także srebra domieszkowanego metaliczną miedzią i ditlenku tytanu domieszkowanego metalicznym srebrem na powierzchniach materiałów używanych do produkcji implantów (tytan, stal narzędziowa), (b) określenie zależności między strukturą i morfologią powierzchni a właściwościami mikrobiobójczymi oraz (c) badanie biokompatybilności otrzymanych powłok. Obecny stan wiedzy na temat skuteczności działania przeciwdrobnoustrojowego nanosrebra sugeruje, że najlepsze właściwości wykazują proszki lub zawiesiny złożone z ziaren metalu zawierającym od 100 do 1000 atomów. Jednocześnie mało jest informacji na temat mikrobiobójczych właściwości nanowarstw metalicznego srebra, które mogą być wytwarzane technikami chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Metody CVD pozwalają na pokrywanie obiektów o bardzo złożonych kształtach warstwą metalu o ściśle określonej strukturze, wysokiej czystości i właściwościach fizykochemicznych. Z tego względu zastosowanie wymienionej techniki jest najbardziej odpowiednie dla pokrycia powierzchni implantu warstwą o działaniu przeciwzapalnym i przeciwdrobnoustrojowym. Z punktu widzenia chemicznego najważniejszym problemem będzie dobór odpowiedniego związku chemicznego (prekursora CVD), który umożliwi na pokrycie powierzchni implantu monopowłoką metalicznego srebra o odpowiedniej strukturze, morfologii i wymienionych wyżej właściwościach. Kolejną grupą zagadnień będzie opracowanie metody domieszkowania warstw srebra metaliczną miedzią oraz powłok ditlenku tytanu metalicznym srebrem. Celem tych działań będzie poprawa właściwości mechanicznych warstw, określenie właściwości mikrobiobójczych oraz tolerancji organizmu biorcy na wszczepiany implant. Równolegle prowadzone będą badania nad biokompatybilnością uzyskanych preparatów nanowarstw. Doświadczenia prowadzone będą na dwóch poziomach eksploracji: I. Poziomie integracyjnym - badania będą przeprowadzane na szczurach laboratoryjnych z użyciem techniki biotelemetrycznej; monitorowanie składowych reakcji fazy ostrej oraz określenie zmian zachowań zwierząt (tzw. behawior chorobowy), które są charakterystyczne dla stanów zapalnych i infekcji. II. Poziomie in vitro na izolowanych i hodowanych komórkach - ich celem będzie określenie wpływu nanowarstw na podstawowe funkcje komórek immunologicznych.
|
||||||
2. Efekty relatywistyczne w fizyce i chemii. Teoria i zastosowania | Dr hab. Maria Barysz, prof. UMK | Dr hab. Grzegorz Pestka | Chemia | Fizyka | 20 | |
Celem projektu jest rozwijanie metody Infinite Order TwoComponent Approach (IOTC), która jest metodą wyznaczania kwantowych stanów własnych układów wieloelektronowych opisywanych efektywnym dwukomponentowym równaniem relatywistycznym. Do konkretnych planowanych zadań rozwoju metody IOTC można zaliczyć: (1) zaprojektowanie operatora oddziaływania kulombowskiego i Breita konsystentnego z jednoelektronową częścią równania metody IOTC, (2) wyznaczenie momentów przejść w spektroskopii elektronowej (3) uwzględnienie w metodzie IOTC poprawek wynikających z QED, skończonej masy i rozmiarów jądra, (4) rozwijanie procedur obliczeniowych i oprogramowania metody (5) wykonanie obliczeń dla konkretnych układów.
Atomowo molekularnych Projekt może być prowadzony tak, że z wiodącą dyscypliną będzie chemia teoretyczna i obliczeniowa lub fizyka teoretyczna i obliczeniowa w zależności od dziedziny wiodącej kandydata na studia doktoranckie.
|
||||||
3. Opracowanie i implementacja nowych funkcjonałów wymienno-korelacyjnych w teorii funkcjonałów gęstości (DFT) oraz ich zastosowania w opisie struktury elektronowej i reaktywności układów katalitycznych | Dr hab. Ireneusz Grabowski, prof. UMK | Prof. dr hab. Artur Michalak | Fizyka | Chemia | 20 | |
Metody opracowane w ramach teorii funkcjonałów gęstości (Density Fuctional Theory - DFT) są obecnie najbardziej popularnymi i efektywnymi metodami stosowanymi w fizyce ciała stałego, chemii kwantowej i chemii obliczeniowej, biofizyce oraz szeroko rozumianej nanotechnologii. Implementacje tych metod znalazły się już w zdecydowanej większości pakietów programów przeznaczonych do obliczeń kwantowo-chemicznych i wykorzystywane są praktycznie we wszystkich obliczeniach prowadzonych dla układów atomowych, molekularnych, krystalicznych a także dużych układów biologicznych i nanostruktur.
Podstawową zaletą metod typu DFT, jest znacznie niższy koszt obliczeniowy niż w standardowo do tej pory używanych metodach typu ab initio opartych na teorii funkcji falowej (Wave Function Theory -WFT). Równocześnie w większości przypadków dokładność otrzymywanych wyników w ramach DFT jest porównywalna z dokładnością uzyskiwaną przez metody WFT oparte na przybliżeniu Hartree-Focka (HF) z dodatkowym uwzględnieniem efektów korelacji elektronowej w drugim rzędzie rachunku zaburzeń Mollera-Plesseta (MP2). Powszechnie wiadomo, że dokładność i efektywność metod typu DFT zależy od przybliżeń i jakości funkcjonałów korelacyjno-wymiennych używanych w tych metodach. Niestety większość znanych, popularnych i standardowo stosowanych funkcjonałów korelacyjnych i wymiennych daje zadowalające wyniki tylko w pewnych obszarach obliczeń kwantowo-chemicznych, a poprawność wyników otrzymanych przy pomocy tych funkcjonałów dla innych (zbliżonych) zagadnień jest praktycznie nieprzewidywalna. Dlatego też poszukiwanie poprawnych, bardziej dokładnych, opartych na ugruntowanych podstawach teoretycznych i relatywnie prostych funkcjonałów i potencjałów korelacyjno-wymiennych jest obecnie priorytetowym zadaniem dla chemików kwantowych i fizyków wykorzystujących metody DFT. Jednym z celów proponowanego projektu jest rozwój metod, należących do tzw. "trzeciej generacji DFT", wykorzystującej funkcjonały i potencjały korelacyjno-wymienne zależne explicite od orbitali. Taka zależność od orbitali, w sposób naturalny prowadzi do metody optymalizowanego potencjału efektywnego (Optimized Effective Potential - OEP), która jest bardzo mocno rozwijana w kontekście DFT w ostatnich kilku latach. W proponowanych badaniach szczególny nacisk położony zostanie na poprawne uwzględnienie efektów korelacji elektronowej w opracowywanych metodach. Nowe metody rozwijane będą w ramach podejścia nazwanego Ab initio DFT, pozwalającego na opracowanie systematycznych i niezależnych od parametrów metod opartych o schemat DFT. Jedną z najważniejszych idei leżących u podstaw Ab initio DFT jest wykorzystanie ustabilizowanych i teoretycznie ugruntowanych metod typu Ab initio WFT, takich jak wielociałowy rachunek zaburzeń (MBPT) czy metody typu sprzężonych klasterów (Coulped Cluster CC) i włączenie ich w teoretycznie poprawny sposób w schemat Kohna-Shama w ramach metody DFT. Szczególny nacisk na tym etapie położony zostanie na opracowanie metod przybliżonych, pozwalających na efektywne obliczenia dla realistycznych układów bez utraty zalet i dokładności pełnej metody. Kolejnym celem jest rozwój i numeryczna implementacje opracowanych metod, tak aby mogły być wykorzystane do testowych i realistycznych obliczeń w chemii i fizyce. Podstawowy praktyczny cel i zakładany efekt to otrzymanie konkretnych funkcjonałów i potencjałów korelacyjno-wymiennych, które mają szansę znaleźć się w powszechnym użyciu w ramach DFT. Opracowane funkcjonały zastosowane zostaną w modelowaniu molekularnych mechanizmów procesów katalitycznych o dużym znaczeniu technologicznym przebiegających z udziałem kompleksów metaloorganicznych: procesach polimeryzacji etylenu oraz dehydrogenacji boranu amonu. Od kandydatów na doktorantów w projekcie oczekuje się podstawowej wiedzy z Mechaniki Kwantowej, Chemii Kwantowej, oraz katalizy, oraz podstawowe umiejętności programowania (programowanie strukturalne, FORTRAN, C).
|
||||||
4. Polimery wrażliwe na bodźce zewnętrzne - "inteligentne" materiały do zastosowań w nowoczesnych technologiach | Prof. dr hab. Halina Kaczmarek | Prof. dr hab. Ryszard Czajka | Chemia | Fizyka | 20 | |
Polimery reagujące na zewnętrzne bodźce fizyczne lub chemiczne, tzw. "inteligentne" stanowią nową klasę związków wielkocząsteczkowych o potencjalnych zastosowaniach w medycynie, farmacji, biotechnologii, elektronice, telekomunikacji i różnych gałęziach przemysłu. Dzięki obecności specyficznych grup w makrocząsteczkach mogą one ulegać odwracalnym zmianom mikrostruktury i właściwości (rozpuszczalność, objętość właściwa, polarność, konformacja, adhezja, adsorpcja). Projekt doktoratu obejmuje syntezę nowych polimerów i kopolimerów z funkcyjnymi grupami wrażliwymi na zmiany pH, temperatury, światła lub odczynników chemicznych, kompleksowej charakterystyki ich właściwości fizykochemicznych i badania cech użytkowych warunkujących praktyczne wykorzystanie otrzymanych związków. Praca koncentruje się na fotopolimerach, które w łańcuchach głównych lub podstawnikach bocznych będą zawierały ugrupowania światłoczułe (np. azydowe, diazowe, reszty kwasu cynamonowego, fumarowego). Polarność i rozpuszczalność polimeru będzie modyfikowana przez wprowadzenie grup kwasowych lub zasadowych (karboksylowych, aminowych) w procesie kopolimeryzacji lub szczepienia.
Badania cienkich warstw obejmują oznaczanie swobodnej energii powierzchniowej, morfologii powierzchniowej i adhezji polimerów do innych substancji. Badania morfologii powierzchni i adhezji będą prowadzone za pomocą mikroskopii sił atomowych (ang. skrót: AFM) metodami kontaktową i przerywanego kontaktu z detekcją fazową (umożliwiającą uzyskanie kontrastu materiałowego) oraz metodą dynamicznej spektroskopii sił (ang. skrót: DFS), umożliwiającej badanie procesów adhezji w skali nanometrowej w funkcji szybkości obciążania kontaktów adhezyjnych, a także innych uprzednio wymienionych parametrów, jak wilgotność, temperatura czy intensywność promieniowania elektromagnetycznego (np. UV). Wymagania: wiedza z zakresu chemii na poziomie studiów magisterskich, podstawy fizyki (zakres programowy fizyki na studiach chemicznych), zainteresowania tematyką badawczą z dziedziny polimerów, podstawowa znajomość języka angielskiego (konieczne rozumienie tekstów w j. ang.), umiejętność pracy w zespole.
|
||||||
5. Badanie metabolizmu wybranych ksenoestrogenów i ich wpływ na kancerogenezę narządów płciowych kobiet na przykładzie zearalenonu z wykorzystaniem łączonych technik rozdzielania | Dr hab. Renata Gadzała-Kopciuch | Dr hab. n. med. Krzysztof Cendrowski | Chemia | Medycyna | 19,5 | |
Zanieczyszczenia, które znajdują się w środowisku, mogą oddziaływać szkodliwie na zdrowie człowieka, klimat, przyrodę żywą, wodę albo też powodować inne szkody w środowisku. Największą uwagę skupia się na tych związkach, które wykazują toksyczność, teratogenność, mutagenność i/lub rakotwórczość, a tym samym na substancjach, które są szczególnie niebezpieczne dla zdrowia i życia organizmów żywych. Do grupy tych związków należą mikotoksyny, do których niewątpliwie można zaliczyć zearalenon wytwarzany przez grzyby z gatunku Fusarium. Przedostają się one do organizmu głównie drogą pokarmową wraz ze skażoną żywnością ulegając bioakumulacji stwarzając zagrożenia zdrowia i życia. Wewnątrz organizmów ulega przemianom dając kilka metabolitów. Wykrycie zearalenonu we krwi ludzi, jak i zwierząt, może sugerować, że problem mikotoksykozy jest aktualnym problemem w naszym kraju, dlatego też nie można jego bagatelizować.
Niskie stężenie tego związku w materiale biologicznym zmusza analityków do poszukiwania nowych rozwiązań realizowanych na etapie przygotowania próbki lub końcowym oznaczeniu. Obecnie ekstrakcja do fazy stałej (SPE) z wykorzystaniem przeciwciał jest stosowana do izolowania zearalenonu z różnych matryc. Jednak jest to zbyt kosztowana metoda przygotowania próbek nie też poszukuje się selektywnych sorbentów, którymi mogą być zdobycze chemii supramolekularnej, gdzie polimery z odwzorowaniem cząsteczkowym wykorzystuje się jako selektywne sorbenty do izolowania, oczyszczania i wzbogacania analitu. Polimery z odciskiem cząsteczkowym (MIP - Molecularly Imprinted Polymers) są to wielkocząsteczkowe związki powstałe z odpowiednich monomerów oraz cząsteczek szablonu w drodze reakcji polimeryzacji. Polimeryzacja określonych monomerów przeprowadzana w obecności szablonu i wybranego rozpuszczalnika porotwórczego prowadzi do otrzymania selektywnych i porowatych sorbentów, które mogą być stosowane w technikach rozdzielania (adsorbenty do SPE, wypełnienia do HPLC, CE, itp). Podstawą otrzymania odpowiednio porowatego i wysoce selektywnego MIP-u jest właściwe dobranie monomerów i rozpuszczalników do cząsteczki szablonu oraz ich wzajemnych stosunków. Nie jest to zadanie proste i wymaga od analityka szerokiej wiedzy przede wszystkim z zakresu chemii fizycznej i chemometrii. Cząsteczka analitu musi pasować do wolnych miejsc w strukturze MIP-u. Nasuwa się tu skojarzenie z kompleksem enzym-substrat, antygen-przeciwciało w układach biologicznych. Polimery z odwzorowaniem molekularnym charakteryzują się wyższą trwałością mechaniczną i chemiczną w stosunku do białek, przeciwciał, będąc jednocześnie tańszymi materiałami eksploatacyjnymi. Dzięki swojej odporności na zmiany temperatury, pH, działanie kwasów, zasad, organicznych rozpuszczalników mogą być stosowane w układach biologicznych. Celem nadrzędnym projektu jest określenie stanów subklinicznych u ludzi (zwłaszcza u kobiet) dla celów diagnostycznych oraz określenie formy strukturalnej przyłączania tego ksenoestrogenu do receptorów estrogennych. Realizacja tych celów obejmować będzie opracowanie syntezy nowych materiałów sorpcyjnych (np. MIP) z możliwością ich zastosowania do izolowania, oczyszczania oraz wzbogacania zearalenonu i jego metabolitów z materiału biologicznego oraz możliwości ich zastosowania jako fazy stacjonarnej w chromatografii cieczowej. Pozwoli to na korzystniejsze rozwiązania związane z przygotowaniem próbek oraz obniżeniem granicy wykrywalności, którą narzucają uregulowania prawne.
|
||||||
6. Klasyfikacja dwuwymiarowych sygnałów okulograficznych do oceny aktywności sakadycznej (Klas2Sa) | Prof. dr hab. Włodzisław Duch | Dr hab. Edward Jacek Gorzelańczyk, prof. UMK | Fizyka | Biologia | 19 | |
Cel badań.
Opracowanie modelu i efektywnej metody automatycznej klasyfikacji sakad (szybkich ruchów gałek ocznych) przydatnej w diagnostyce zaburzeń funkcjonowania układu nerwowego, wykorzystującej zarówno nieparametryczne metody klasyfikacji dostosowane do własności tego typu danych, jak i model uwzględniający kontrolę fizjologiczną sakad przez różne obszary mózgowia. Uzasadnienie celu badań. W różnych chorobach obserwuje się zaburzenia dynamiki sakad, np. występuje spowolnienie ruchu (slow saccades) lub jego przyspieszenie (abnormally fast saccades), asymetria prędkości ruchu sakadowego (saccadic velocity asymmetry), nieprawidłowości w czasie latencji (disorders of saccadic latency) i dokładności dopasowania sakad (disorders of saccadic accuracy). W różnych jednostkach chorobowych występują charakterystyczne sakady np. w chorobie Parkinsona sakady wielostopniowe, w schizofrenii sakady wtrącone. Do celów diagnostycznych ważne jest analizowanie przebiegu dużej liczby sakad i klasyfikowanie ich według określonych kryteriów. Dotychczas klasyfikowanie sakad do określonych kategorii przeprowadzana jest arbitralnie badanie przez badacza. Automatyzacja tego procesu może zwiększyć i zobiektywizować kategoryzację oraz ułatwiać diagnozę. Wyodrębnienie z całości sygnału okoruchowego sakad o określonych właściwościach i prawidłowa ich klasyfikacja jest złożonym zagadnieniem obliczeniowym, które wymaga uwzględnienia wielu procesów zachodzących w mózgowiu, w zależności od rodzaju eksperymentu. Zaplanowano wykonanie pomiarów i przygotowania bazy danych przebiegu sakad różnego typu, zastosowania metod ekstrakcji cech z sygnałów oraz rozszerzenia metod klasyfikacji opartych na najnowszym pakiecie inteligentnej dogłębnej analizy danych opracowanym w Katedrze Informatyki Stosowanej UMK. Zaplanowano również stworzenie modelu parametrycznego opartego na pracach Arbiba, Dominey i Crowleya, z użyciem języka skryptowego Neural Simulation Language (NSL). Model ten uwzględni wpływ kilku obszarów mózgowia mających znaczenie kontroli ruchów mięśni zewnętrznych gałki ocznej.
|
||||||
7. Komunikacja z osobami w stanach minimalnej świadomości, zespole zamknięcia i stanie wegetatywnych - fizjologiczne wyznaczniki komunikacji (KomMin) | Prof. dr hab. Włodzisław Duch | Dr hab. Edward Jacek Gorzelańczyk, prof. UMK | Fizyka | Biologia | 19 | |
Celem projektu jest ocena stanu świadomości i możliwości komunikacji z osobami w zespole zamknięcia, stanie minimalnej świadomości i stanie wegetatywnym, określenie fizjologicznych parametrów umożliwiających porozumienie z tą grupą osób, biorąc głównie pod uwagę aktywnośd EEG mózgu i ruch gałek ocznych. Projekt będzie wymagał zarówno pewnych umiejętności sprzętowych związanych z aparaturą pomiarową, wykonania samych pomiarów przy współpracy z neuropsychologami, analizy sygnałów i wykorzystania metod inteligencji obliczeniowej do ekstrakcji informacji pozwalającej na komunikację z osobami w takich stanach klinicznych.
|
||||||
8. Teoretyczny opis oddziaływań międzycząsteczkowych o spektroskopowej dokładności | Dr hab. Piotr Jankowski | Dr hab. Ireneusz Grabowski, prof. UMK | Chemia | Fizyka | 19 | |
Oddziaływania międzycząsteczkowe odgrywają ogromną rolę w opisie wielu zjawisk w chemii, fizyce czy astrofizyce. Wszelkie symulacje teoretyczne tych zjawisk wymagają znajomości powierzchni energii oddziaływania. Jeśli chcemy otrzymać wyniki teoretyczne mające nie tylko charakter odtwórczy czy ilustracyjny, ale pozwalające przewidywać wyniki doświadczeń czy je interpretować, to powierzchnie te muszą być bardzo wiarygodne. Szczególnie wysoka ich jakość potrzebna jest do przewidywania własności spektroskopowych słabo związanych kompleksów. W ramach niniejszego projektu planowane jest opracowanie standardów postępowania pozwalających otrzymywać powierzchnie energii oddziaływania o kontrolowalnej dokładności. W tym kontekście badane będą zarówno metody obliczania energii oddziaływania, jak też metody konstruowania powierzchni uwzględniające wewnętrzcząsteczkowe stopnie swobody. Innym wątkiem badań będzie też rozwój metod funkcjonałów gęstości (DFT), zaliczanych do tzw. trzeciej generacji tej rodziny metod. Nowe metody rozwijane będą w ramach podejścia nazwanego ab initio DFT, wykorzystującego zaawansowany opis korelacji elektronowej do tworzenia doskonalszych, lepiej uwarunkowanych fizycznie metod DFT.
Wynikiem projektu będą, oprócz wniosków ogólnych o charakterze metodologicznym, najdokładniejsze teoretyczne powierzchnie energii oddziaływania dla kilku kompleksów dwucząsteczkowych budzących zainteresowanie eksperymentatorów. Dla układów tych przeprowadzone będą symulacje wybranych własności spektroskopowych. Kandydat na ISDM-P, który chciałby realizować to zadanie badawcze, powinien być absolwentem studiów fizycznych, chemicznych lub matematycznych, ze znajomością podstaw mechaniki i chemii kwantowej. Prace będą miały charakter teoretyczny z elementami symulacji komputerowych. W związku z tym bardzo mile widziana byłaby umiejętność programowania (FORTRAN, C) oraz znajomość systemu operacyjnego UNIX (LINUX).
|
||||||