Počkejte prosím chvíli...
Nepřihlášený uživatel
Nacházíte se: VŠCHT PrahaFCHI  → Studium na FCHI → Zájemci o studium → Zájemci o doktorské studium → Doktorské studium → Témata vypsaných disertačních prací
iduzel: 13278
idvazba: 15815
šablona: stranka
čas: 16.10.2021 19:10:37
verze: 4927
uzivatel:
remoteAPIs: https://cis-web-test.vscht.cz/redirect/
branch: trunk
Obnovit | RAW

Stará verze

POZOR - tato stránka již není aktuální. Nové zobrazení nabídky témat disertačních prací naleznete na stránce Témata disertačních prací  na FCHI.

Tato stránka slouží pouze fakultním koordinátorům pro kontrolu a schválení jednotlivých témat.

Témata disertačních prací pro rok 2021/2022

Ústav chemického inženýrství

Absorpce CO2. Optimalizace průmyslového provozu.

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Záchyt CO2 je v průmyslu častou potřebou, ať se jedná o čištění odpadních plynů, kde je tento plyn obsažen v malé koncentraci, či o součásti průmyslové výroby s vysokými koncentracemi CO2, jako například výroba vodíku. Právě posledně zmíněný příklad odpovídá technologii v závodě Unipetrol, kde přetrvávají požadavky na jeho optimalizaci. V souladu s potřebami průmyslového partnera budou cíle experimentálního výzkumu zahrnovat i)studie trvanlivosti/degradace absorpčních rozotků používaných ve stávajícím provozu, ii)studie absorpčních schopností nových kapalin s vyšší selektivitou záchytu H2S a iii)studie vlivu stopových příměsí, například kovů Fe, Ni a V, na účinnost vypírek. Student získá cenné zkušenosti s prací v průmyslové výrobě, neboť se v rámci spolupráce s výzkumným ústavem průmyslového partnera (UniCRE) bude moci při výzkumu samostatně pohybovat v areálu Unipetrol, kde najde potřebné zázemí ve vybavené laboratoři i v osobách konzultantů-průmyslových pracovníků.
Zásady: 1. Get familiar with the principles of the processes of absorption accompanied by chemical reaction and with their mathematical descriptions.
2. Perform the literary research aimed to modern absorption liquids used in CO2 capture and their properties.
3. Get familiar with the technology used in Unipetrol Litvínov and study an available firm literature describing it.
4. According to the specific requirements of the industrial partner and the experimental possibilities of all registered workplaces, perform experimental work leading to the set goals (see annotations).
5. Based on the literature findings and on the results of your own experimental results, propose modifications to the operation of CO2 pressure washers.

Absorpce CO2. Optimalizace průmyslového provozu.

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Záchyt CO2 je v průmyslu častou potřebou, ať se jedná o čištění odpadních plynů, kde je tento plyn obsažen v malé koncentraci, či o součásti průmyslové výroby s vysokými koncentracemi CO2, jako například výroba vodíku. Právě posledně zmíněný příklad odpovídá technologii v závodě Unipetrol, kde přetrvávají požadavky na jeho optimalizaci. V souladu s potřebami průmyslového partnera budou cíle experimentálního výzkumu zahrnovat i)studie trvanlivosti/degradace absorpčních rozotků používaných ve stávajícím provozu, ii)studie absorpčních schopností nových kapalin s vyšší selektivitou záchytu H2S a iii)studie vlivu stopových příměsí, například kovů Fe, Ni a V, na účinnost vypírek. Student získá cenné zkušenosti s prací v průmyslové výrobě, neboť se v rámci spolupráce s výzkumným ústavem průmyslového partnera (UniCRE) bude moci při výzkumu samostatně pohybovat v areálu Unipetrol, kde najde potřebné zázemí ve vybavené laboratoři i v osobách konzultantů-průmyslových pracovníků.
Zásady: 1. Seznamte se s procesy absorpce doprovázené chemickou reakcí a se způsoby jejich matematického popisu.
2. Proveďte literární rešerši zaměřenou na moderní absorpční roztoky pro vypírky CO2 a jejich vlastnosti.
3. Seznamte se technologií provozovanou v podniku Unipetrol Litvínov a prostudujte dostupnou firemní literaturu tuto technologii popisující
4. Podle konkrétních požadavků průmyslového partnera a experimentálních možností všech zůčatněných pracovišť proveďte experimentální práce vedoucí k vytčeným cílům (viz anotace)
5. Na základě literárních zjištění a výsledků vlastní experimentální práce navrhněte úpravy provozu tlakových vypírek CO2

Aplikace molekulárních simulací při vyhledávání a charakterizaci nových pevných forem léčiv

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Heyda Jan, RNDr. Mgr. Ph.D. ( jan...@vscht.cz)
Experimentální vyhledávání nových pevných forem léčiv, jako jsou polymorfy, soli, kokrystaly nebo solváty, je velmi zdlouhavý proces vyžadující testování různých podmínek. Jakmile je objevena nová pevná forma, je analyzována kombinací několika technik včetně XRD, NMR, Ramanovy spektroskopie, SEM, DSC, měřením rozpustnosti a její stability. V tomto projektu plánujeme využít molekulární simulace k podpoře experimentálního screeningového postupu. To zvýší naše základní porozumění řídících interakcí mezi molekulami léčiva a pomocné látky pro vznik nové pevné formy. Molekulární modelování bude využito zejména při výpočtu energií interakce připravených pevných forem léčiva a k jejich relativnímu porovnání z pohledu termodynamické stability a teploty tání. Bude-li to možné, budou simulace molekulární dynamiky srovnávány s experimentálně měřenými vlastnostmi pevných forem léčiva, tj. s daty naměřenými pomocí NMR nebo FTIR. V poslední části plánujeme aplikovat molekulární modelování při popisu rozpustnosti nově objevených pevných forem za přítomnosti různých pomocných látek (jako jsou povrchově aktivní látky, polymery, malé partnerské molekuly) ve vodném prostředí.

Aplikace molekulárních simulací při vyhledávání a charakterizaci nových pevných forem léčiv

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Heyda Jan, RNDr. Mgr. Ph.D. ( jan...@vscht.cz)
Experimentální vyhledávání nových pevných forem léčiv, jako jsou polymorfy, soli, kokrystaly nebo solváty, je velmi zdlouhavý proces vyžadující testování různých podmínek. Jakmile je objevena nová pevná forma, je analyzována kombinací několika technik včetně XRD, NMR, Ramanovy spektroskopie, SEM, DSC, měřením rozpustnosti a její stability. V tomto projektu plánujeme využít molekulární simulace k podpoře experimentálního screeningového postupu. To zvýší naše základní porozumění řídících interakcí mezi molekulami léčiva a pomocné látky pro vznik nové pevné formy. Molekulární modelování bude využito zejména při výpočtu energií interakce připravených pevných forem léčiva a k jejich relativnímu porovnání z pohledu termodynamické stability a teploty tání. Bude-li to možné, budou simulace molekulární dynamiky srovnávány s experimentálně měřenými vlastnostmi pevných forem léčiva, tj. s daty naměřenými pomocí NMR nebo FTIR. V poslední části plánujeme aplikovat molekulární modelování při popisu rozpustnosti nově objevených pevných forem za přítomnosti různých pomocných látek (jako jsou povrchově aktivní látky, polymery, malé partnerské molekuly) ve vodném prostředí.

Cahn-Hilliardovy modely utváření morfologie materiálů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Vývoj nových materiálů pro aplikace v katalýze, ve stavebnictví, v automobilovém průmyslu a v lokálních zdrojích energie je aktuálním směrem výzkumu jak v zahraničí tak v České republice. Tento vývoj je zpravidla empirický. Cílem tohoto projektu je třídění poznatků o utváření struktury materiálů, formulace relevantních fyzikálně-chemických a matematických modelů a jejich řešení s cílem získání obecných poznatků. Jednou z obecných metodik simulace utváření morfologie jsou Cahn-Hilliardovy modely aplikovatelné především pro popis utváření morfologie spinodální dekompozicí.

Pro skutečně praktické a obecnější využití těchto modelů při vývoji/inovaci materiálů je nutno tyto modely validovat a rozšířit mnoha směry: (i) propojení s CFD simulacemi a stavovým chováním kapalné fáze, (ii) pokročilý popis termodynamiky, (iii) uvažování molekulární architektury (vzniklého) polymeru, (iv) modely transportních koeficientů závislých na lokální koncentraci, teplotě a viskozitě, (v) pokročilý popis fázových rozhraní, (vi) uvažování obecného transportu zahrnující Maxwell-Stefanovu difúzi, a (vii) zobecnění pro konzistentní popis problémů s nukleací. Pokročilé Cahn-Hilliardovy modely budou aplikovány na řadu problémů: (i) optimalizace morfologie nano-/mikro-celulárních polymerů s cílem zlepšení aplikačních vlastností, (ii) nukleace a koalescence bublin při přípravě polymerních pěn, (iii) utváření morfologie částic v emulzní kopolymeraci, (iv) utváření salámové morfologie houževnatého polystyrenu během kontinuální výroby.

Doktorand/ka se nejen zdokonalí v modelování a vizualizaci složitých prostorově 2D a 3D problémů, ale také pronikne hluboko do fyzikálně-chemické podstaty procesů. Bude přitom navazovat na programy vyvinuté dříve na našem pracovišti. Práce bude podporována evropským projektem H2020, granty a průmyslovými spolupracemi. Součástí doktorského studia bude také studijní pobyt v zahraničí.

Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mailjkk@vscht.cz, webhttp://kosekgroup.cz

CFD modelování a experimentální charakterizace procesu sprejového sušení

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Nízká rozpustnost léčiv představuje významnou nevýhodu ve vývoji nových léčivých přípravků. Možnost zlepšit toto omezení je formulace léčiva do amorfních forem, např. pomocí vysokoteplotní extruze, procesu srážení nebo procesu rozprašovacího sušení. Tento projekt se zaměří na přípravu amorfních pevných forem léčiv pomocí procesu rozprašovacího sušení. Doktorand bude odpovědný za modelování procesu pomocí výpočetní dynamiky tekutin (CFD) a experimentální charakterizaci parametrů procesu. Vyvinutý model bude založen na Euler-Lagrangeově přístupu, kde bude plyn modelován jako kontinuální fáze, zatímco formované kapičky budou modelovány jako jednotlivé entity. Atomizace proudu kapaliny a tvorba kapiček bude popsána kombinací přístupu VOF-DPM umožňujícího modelovat počáteční tvorbu kapiček s následnou transformací na pevné částice. Cílem experimentální práce bude charakterizovat atomizační podmínky ale také charakterizovat vlastnosti formovaných částic za použití on-line senzorů pro měření jejich velikosti a tvaru. Bude testován také vliv procesních parametrů, jako jsou rychlosti toku plynu a kapaliny, viskozita kapalné fáze nebo teplota a relativní vlhkost během rozprašovacího sušení. V poslední fázi projektu budou získané znalosti použity při přechodu z laboratorního do pilotního měřítka.

CFD simulace potlačení požáru v uzavřených prostorech

Jahoda Milan, doc. Dr. Ing. ( jah...@vscht.cz)
Stabilní hasicí zařízení patří mezi standardní protipožární zabezpečení. V běžném uspořádání požárního úseku je umístění trysek dáno normativně. V případě nestandardního uspořádání, nebo při ochraně zařízení s vysoce hořlavými látkami, je nutné řešit návrh umístění a funkci trysek pomocí pokročilých metod požárně inženýrských analýz. Mezi metody patří výpočetní dynamika tekutin, CFD. Disertační práce je zaměřena na modelování účinku mlhového stabilního zařízení na potlačení požáru v uzavřených objektech. Cílem práce je najít klíčové parametry modelu a jejich hodnoty pro výpočet umístění trysek k optimální protipožární ochraně.

Částice přírodního původu pro zapouzdření a doručování léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Částice přírodního původu pro zapouzdření a doručování léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Částicové modelování difúzních, rheologických, mezifázových a relaxačních vlastností polymerů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Disipativní částicová dynamika (DPD) je stochastickou technikou modelování pro simulaci jednoduchých i složitých tekutin. Tato technika je využívána v hydrodynamice pro analýzu problémů s časovým a/nebo prostorovým měřítkem přesahujícím možnosti molekulární dynamiky. DPD je nemřížkovou meso-skopickou simulační technikou uvažující částice pohybující se v kontinuálním prostoru. Částice zde reprezentují celé molekuly, segmenty molekul nebo malé elementy tekutin, tedy nikoliv jednotlivé atomy. DPD umožňuje simulovat polymerní tekutiny s objemy až 100 nm v jednom směru po dobu až milisekundy.

Na začátku toho PhD projektu se student ocitne na křižovatce s mnoha náročnými a zajímavými problémy z oblasti chemického inženýrství a polymeračního reaktorového inženýrství. Příklady výzev, které na studenta čekají, jsou následující: · Difúzní tok transportující monomer(y) ke katalytickým centrům je omezen konečnou rychlostí molekulárního pohybu a nikoliv konstitutivními rovnicemi analogickými Fickově zákonu. Pokud bude tato hypotéza potvrzena, tak poskytne klíčové vysvětlení kinetických dat získaných během několika desetiletí. A standardní učebnice chemického inženýrství budou přepsány. · Reologie koncentrovaných roztoků polymerů (např. polymer nabobtnalý monomery) je otevřeným problémem a je důležitá např. pro suspenzní polymeraci a v přípravě polyurethanových pěn. · Difúze segmentů polymeru a mezifázové jevy jsou klíčem k pochopení fázové separace v jednotlivých nanočásticích latexu v emulzní kopolymeraci produkující produkty s vysokou přidanou hodnotou. · Systematické pochopení difúze penetrantů v polyolefinech zahrnující teplotní závislost a souhru mezi difúzí a relaxační dynamikou je dalším problémem se zásobou experimentálních dat, ale zatím s nedostatečným porozuměním.

Doktorand(ka) se seznámí nejen s polymeračním reaktorovým a materiálovým inženýrstvím, polymerní fyzikou, fyzikální chemií, hydrodynamikou a koloidní chemií, ale bude také rozvíjet svoje schopnosti v oblasti matematického modelování. Projekt bude probíhat nejen v rámci výzkumné laboratoře, ale bude zahrnovat partnery z Evropských firem a univerzit. Projekt bude (snad) podporován grantovými projekty a smluvním výzkumem.

Info: telefon +420 220 44 3296, místnost B-145, e-mail jkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Ejektor kapalina-plyn jako kompaktní a úsporný reaktor.

Haidl Jan, Ing. Ph.D. ( jan...@vscht.cz)
Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Ejektor kapalina-plyn je proudové čerpadlo, ve kterém je kinetická energie kapalného paprsku využívána k čerpání okolního plynu a tvorbě jemné plyno-kapalinové disperze. Díky své jednoduché konstrukci bez pohyblivých částí se v průmyslu ejektory běžně používají jako spolehlivé vývěvy, distributory plynu pro bublané reaktory či efektivní zařízení pro mechanické i chemické čištění odplynů. Značně turbulentní tok disperze v kombinaci s její vysokou měrnou mezifázovou plochou (104-105 m2/m3) navíc poskytují řádově vyšší hodnoty objemových koeficientů přestupu hmoty v kapalné fázi, kLa, než jsou měřeny v konvenčních aparátech chemického průmyslu - plněných kolonách či bublaných a míchaných reaktorech - a otevírají tím možnost návrhu kompaktní verze takovýchto aparátů. Předběžné analýzy ukazují, že reaktor ejektorového typu dokáže poskytovat stejný objem produktu jako řádově větší konvenční aparáty a to při srovnatelných energetických nákladech. Navíc, charakter zařízení umožňuje pružněji regulovat teplotu v reaktoru reagovat na výkyvy ve výrobě. Cílem této práce je provést systematickou studii vlivu geometrie ejektorového reaktoru a procesních podmínek na hydraulické a transportní charakteristiky ejektoru a tvorbu metodiky návrhu ejektorových reaktorů. Studie bude provedena na laboratorním a poloprovozním zařízení se systémy voda-vzduch a voda-helium za atmosférického a zvýšeného tlaku. Vlastnosti vody budou modifikovány přídavkem činidel pro co nejvěrnější simulaci reálných reakčních systémů.

Ejektor kapalina-plyn jako kompaktní a úsporný reaktor.

Haidl Jan, Ing. Ph.D. ( jan...@vscht.cz)
Ejektor kapalina-plyn je proudové čerpadlo, ve kterém je kinetická energie kapalného paprsku využívána k čerpání okolního plynu a tvorbě jemné plyno-kapalinové disperze. Díky své jednoduché konstrukci bez pohyblivých částí se v průmyslu ejektory běžně používají jako spolehlivé vývěvy, distributory plynu pro bublané reaktory či efektivní zařízení pro mechanické i chemické čištění odplynů. Značně turbulentní tok disperze v kombinaci s její vysokou měrnou mezifázovou plochou (104-105 m2/m3) navíc poskytují řádově vyšší hodnoty objemových koeficientů přestupu hmoty v kapalné fázi, kLa, než jsou měřeny v konvenčních aparátech chemického průmyslu - plněných kolonách či bublaných a míchaných reaktorech - a otevírají tím možnost návrhu kompaktní verze takovýchto aparátů. Předběžné analýzy ukazují, že reaktor ejektorového typu dokáže poskytovat stejný objem produktu jako řádově větší konvenční aparáty a to při srovnatelných energetických nákladech. Navíc, charakter zařízení umožňuje pružněji regulovat teplotu v reaktoru reagovat na výkyvy ve výrobě. Cílem této práce je provést systematickou studii vlivu geometrie ejektorového reaktoru a procesních podmínek na hydraulické a transportní charakteristiky ejektoru a tvorbu metodiky návrhu ejektorových reaktorů. Studie bude provedena na laboratorním a poloprovozním zařízení se systémy voda-vzduch a voda-helium za atmosférického a zvýšeného tlaku. Vlastnosti vody budou modifikovány přídavkem činidel pro co nejvěrnější simulaci reálných reakčních systémů.

Experimentální studie utváření morfologie polymerů a polymerních filmů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Doktorský projekt se bude zabývat utvářením morfologie ve vybraných polymerních systémech, konkrétně: (i) semi-krystalickou morfologií polyolefinů včetně houževnatého polypropylénu, a (ii) filmy vznikajícími z polymerních latexů. Morfologie polymerů určuje jejich aplikační (tj. mechanické, optické a transportní) vlastnosti. Cílem tohoto projektu bude experimentálně-podložená analýza detailního mechanismu utváření morfologie s využitím řady vizualizačních či jiných technik (AFM, SEM/TEM, micro-CT, konfokální Raman, SAXS, DSC, TD-NMR, ….).

Mezi obtížné úkoly patří vizualizace morfologie semi-krystalických polyolefinů (lamely ~ 10 nm) organizovaných do super-struktur (~ 100 až 1000 nm). Obtížnost tohoto úkolu je dána často protichůdnou interpretací různých vizualizačních technik a dosud neuspokojivou metodikou charakterizace pomocí morfologických deskriptorů. Novou problematikou bude utváření morfologie filmů vzniklých z polymerních latexů procesy: (i) vypařování, koncentrace a organizace koloidních částic, (ii) deformace částic, (iii) difúze polymerních řetězců. Cílem zde bude charakterizace morfologie v různých stavech mezi původním latexem a výsledným kompaktním filmem.

Morfologie polymerů je důsledkem různých procesů hnaných fázově-separační termodynamikou včetně krystalizace, kinetikou krystalizace, difúzními a osmotickými procesy, interakcemi zahrnujícími povrchové napětí včetně kapilárních efektů, elektrostatickými a van der Waalsovými interakcemi. Důsledky těchto a dalších morfologii-utvářejících procesů může odhalit jen důkladně teoreticky i prakticky připravený doktorand.

Výsledkem tohoto experimentálně a teoreticky náročného doktorského projektu bude kromě publikací prvotřídní expert orientující se perfektně v mnoha oblastech polymeračního a materiálového inženýrství. Zkušenosti získané v rámci tohoto projektu tak budou široce uplatnitelné také pro jiné polymery, kovové a dřevěné materiály, biologické systémy, keramiku, potravinářské a kosmetické produkty a další.

Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mail jkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Fluidní separační procesy v úkolech moderní doby

Rejl František, doc.Ing. Ph.D. ( r...@vscht.cz)
Fluidní separační procesy jsou rozšířené a ověřené velkokapacitní dělicí procesy (jedná se např. o absorpci, extrakci, destilaci). V současné době probíhá, nebo lze tušit rozvoj mnoha nových technologií (elektromobily, nová svítidla, geotermální zdroje energie, atd), jejichž masové rozšíření povede k nutnosti zavádět recyklace a zpracování odpadů velkokapacitními separacemi nových druhů. Práce má vést k propracování vybrané separační technologie ve spolupráci s průmyslovým partnerem.

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Formulace a biodostupnost mnohosložkových směsí přírodního původu

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Formulace a biodostupnost mnohosložkových směsí přírodního původu

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Charakterizace a modelování dispergovaných systémů s variabilní viskozitou

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Cílem tohoto projektu je charakterizovat a modelovat systémy, kde viskozita dispergované fáze během procesu stoupá. Typickými příklady jsou emulgace, suspenzní polymerace nebo sférická aglomerace. Student začne se zjednodušeným systémem složeným ze dvou kapalných fází s různými viskozitami, které budou analyzovány on-line senzory poskytujícími informace o velikostech kapiček. Experimentální aktivita bude zahrnovat jak vsádkový, tak kontinuální postup přípravy. Shromážděná data budou následně použita k vývoji matematického modelu založeného na výpočetní dynamice tekutin (CFD) spolu s populační bilancí použité k popisu koalescence a rozpadu kapiček pro různé úrovně viskozity dispergované fáze. Rozšířením této aktivity bude proces sférické aglomerace, kde dispergovaná fáze bude obsahovat částice (nanočástice nebo krystaly), které mohou aglomerovat a tím zvýšit viskozitu dispergované fáze. Vyvinutý model bude ověřen na základě experimentálních dat shromážděných v různých provozních podmínkách.

Charakterizace a modelování dispergovaných systémů s variabilní viskozitou

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Cílem tohoto projektu je charakterizovat a modelovat systémy, kde viskozita dispergované fáze během procesu stoupá. Typickými příklady jsou emulgace, suspenzní polymerace nebo sférická aglomerace. Student začne se zjednodušeným systémem složeným ze dvou kapalných fází s různými viskozitami, které budou analyzovány on-line senzory poskytujícími informace o velikostech kapiček. Experimentální aktivita bude zahrnovat jak vsádkový, tak kontinuální postup přípravy. Shromážděná data budou následně použita k vývoji matematického modelu založeného na výpočetní dynamice tekutin (CFD) spolu s populační bilancí použité k popisu koalescence a rozpadu kapiček pro různé úrovně viskozity dispergované fáze. Rozšířením této aktivity bude proces sférické aglomerace, kde dispergovaná fáze bude obsahovat částice (nanočástice nebo krystaly), které mohou aglomerovat a tím zvýšit viskozitu dispergované fáze. Vyvinutý model bude ověřen na základě experimentálních dat shromážděných v různých provozních podmínkách.

Kontinuální příprava multikomponentních pevných forem léčiv

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Skořepová Eliška, Ing. Ph.D. ( sko...@seznam.cz)
Vyhledávání nových pevných forem se obvykle provádí v systémech s malým objemem včetně laboratorních třepaček nebo odparkách, kulových mlýnech atd., které pracují výhradně ve vsádkovém módu. Jakmile je objevena nová pevná forma, je škálování procesu často velmi složitý úkol. V tomto projektu plánujeme otestovat schopnost využívat extruder k přípravě vícesložkových pevných forem léčivých látek, jako jsou soli, kokrystaly nebo amorfní formy. Experimenty v malém objemu budou prováděny v kulovém mlýnu, kde budou připraveny nové pevné formy vybrané léčivé látky. Po charakterizaci provedeme zvětšení výrobního procesu s využitím extruze, kde se budeme testovat možnost kontinuální přípravy stejná forma léčivé látky. K optimalizaci výrobního procesu bude provedeno podrobné prozkoumání parametrů procesu. Oba produkty budou důkladně charakterizovány, včetně XRD, NMR, Ramanovy spektroskopie, DSC, SEM, charakterizace částic, měření rozpouštění a testování stability.

Kontinuální příprava multikomponentních pevných forem léčiv

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Skořepová Eliška, Ing. Ph.D. ( sko...@seznam.cz)
Vyhledávání nových pevných forem se obvykle provádí v systémech s malým objemem včetně laboratorních třepaček nebo odparkách, kulových mlýnech atd., které pracují výhradně ve vsádkovém módu. Jakmile je objevena nová pevná forma, je škálování procesu často velmi složitý úkol. V tomto projektu plánujeme otestovat schopnost využívat extruder k přípravě vícesložkových pevných forem léčivých látek, jako jsou soli, kokrystaly nebo amorfní formy. Experimenty v malém objemu budou prováděny v kulovém mlýnu, kde budou připraveny nové pevné formy vybrané léčivé látky. Po charakterizaci provedeme zvětšení výrobního procesu s využitím extruze, kde se budeme testovat možnost kontinuální přípravy stejná forma léčivé látky. K optimalizaci výrobního procesu bude provedeno podrobné prozkoumání parametrů procesu. Oba produkty budou důkladně charakterizovány, včetně XRD, NMR, Ramanovy spektroskopie, DSC, SEM, charakterizace částic, měření rozpouštění a testování stability.

Matematické modelování mikrofluidních separátorů pro dělení racemických směsí

Přibyl Michal, prof. Ing. Ph.D. ( pri...@vscht.cz)
Mikrofluidní zařízení jsou charakterizována velkým poměrem velikosti mezifázové plochy a vnitřního objemu. Toho je možno využít při separacích chemických látek pomocí extrakce nebo membránových procesů. Separace opticky aktivních látek, často důležitých farmaceutických nebo potravinářských produktů, na membránách nebo sorbentech s ukotveným chirálním selektorem představuje výzvu pro současné chemické inženýrství. Nástroje matematického modelování mohou vést k lepšímu pochopení komplexních dějů v takových zařízeních a následně k designu efektivně pracujících mikrofluidních separátorů.
Hlavními cíli navrhovaného tématu jsou:
Na základě předběžných a dostupných experimentálních dat bude vytvořen matematicko-fyzikální popis transportu hmoty a hybnosti v mikrofluidních zařízeních s ukotveným chirálním selektorem.
Budou vytvořeny matematické modely dějů v různých prostorových měřítcích, které budou zahrnovat popis transportu dělených složek difúzí, konvekcí a elektromigrací.
Modely budou numericky analyzovány. V parametrickém prostoru budou hledány hodnoty parametrů, které zajistí vysokou separační účinnost a vysokou produktivitu mikrofluidního systému.
Školící pracoviště disponuje kvalitní výpočetní technikou. Předpokládá se podíl doktoranda/ky na řešení grantových projektů a aktivní účast na mezinárodních vědeckých konferencích.

Matematické modelování mikrofluidních separátorů pro dělení racemických směsí

Přibyl Michal, prof. Ing. Ph.D. ( pri...@vscht.cz)
Mikrofluidní zařízení jsou charakterizována velkým poměrem velikosti mezifázové plochy a vnitřního objemu. Toho je možno využít při separacích chemických látek pomocí extrakce nebo membránových procesů. Separace opticky aktivních látek, často důležitých farmaceutických nebo potravinářských produktů, na membránách nebo sorbentech s ukotveným chirálním selektorem představuje výzvu pro současné chemické inženýrství. Nástroje matematického modelování mohou vést k lepšímu pochopení komplexních dějů v takových zařízeních a následně k designu efektivně pracujících mikrofluidních separátorů. Hlavními cíli navrhovaného tématu jsou: Na základě předběžných a dostupných experimentálních dat bude vytvořen matematicko-fyzikální popis transportu hmoty a hybnosti v mikrofluidních zařízeních s ukotveným chirálním selektorem. Budou vytvořeny matematické modely dějů v různých prostorových měřítcích, které budou zahrnovat popis transportu dělených složek difúzí, konvekcí a elektromigrací. Modely budou numericky analyzovány. V parametrickém prostoru budou hledány hodnoty parametrů, které zajistí vysokou separační účinnost a vysokou produktivitu mikrofluidního systému. Školící pracoviště disponuje kvalitní výpočetní technikou. Předpokládá se podíl doktoranda/ky na řešení grantových projektů a aktivní účast na mezinárodních vědeckých konferencích.

Matematické modelování transportu kapalina-plyn v pórech katalyzátoru

Kočí Petr, prof. Ing. Ph.D. ( pet...@vscht.cz)
Isoz Martin, Ing. Ph.D. ( i...@vscht.cz)
Práce se zabývá vývojem pokročilých matematických modelů pro simulace transportu hmoty ve vícefázových systémech kapalina-plyn uvnitř pórů pevného katalyzátoru, včetně fázové přeměny (vypařování, kondenzace). Modely jsou vyvíjeny v CFD prostředí OpenFOAM a využívají trojrozměrné struktury porézních materiálů, získané počítačovou rekonstrukcí z rentgenové tomografie (XRT) a elektronových mikroskopů. Výsledky modelů jsou dále ověřovány pomocí dostupných experimentálních dat z laboratorního reaktoru.

Matematické modelování transportu kapalina-plyn v pórech katalyzátoru

Kočí Petr, prof. Ing. Ph.D. ( pet...@vscht.cz)
Isoz Martin, Ing. Ph.D. ( i...@vscht.cz)
Práce se zabývá vývojem pokročilých matematických modelů pro simulace transportu hmoty ve vícefázových systémech kapalina-plyn uvnitř pórů pevného katalyzátoru, včetně fázové přeměny (vypařování, kondenzace). Modely jsou vyvíjeny v CFD prostředí OpenFOAM a využívají trojrozměrné struktury porézních materiálů, získané počítačovou rekonstrukcí z rentgenové tomografie (XRT) a elektronových mikroskopů. Výsledky modelů jsou dále ověřovány pomocí dostupných experimentálních dat z laboratorního reaktoru.

Membránová separace primárních produktů fermentace

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
V biotechnologiích jsou často využívány vsádkové procesy, při kterých je používána živá kultura / biomasa. Biomasa často vytváří látky / produkty metabolismu, kterými je sama poškozována, viz například alkoholové kvašení. Příprava sterilního prostředí a optimálních počátečních podmínek bioprocesu bývá časovou i finanční zátěží celé výrobní technologie. Je tedy žádoucí usilovat o kontnualizaci takových procesů. Jedním z opatření pro zajištění kontinualizace technologie může být průběžné odstraňování primárního produktu bioprocesu, například výše zmíněného alkoholu. Tento záměr obnáší návrh dvoustupňového separačního zařízení, kdy je nejdříve třeba separovat kulturu / biomasu, tedy pevnou dispergovanou fázi, od kapaliny a následně z homogenní kapalné fáze separovat pro biomasu nebezpečné složky. Ve druhém stupni separace lze použít například pervaporaci. Cílem dizertační práce je experimentální vývoj separační technologie s využitím dvou stupňů membránové separace - mikrofiltrace a pervaporace. Práce bude vedena z pohledu chemicko-inženýrského vývoje, tj. budou hledány závislosti dosahovaných separačních parametrů, jako jsou selektivita, permeabilita, apod., na provozních parametrech, jako například tlak, průtok, teplota, složení nástřiku. K popisu závislostí budou využity checko-inženýrské veličiny jako polarizační modul membrány, či koeficient přestupu hmoty. Na pracovišti jsou k dispozici nové moduly pro uvedené membránové separace, které byly za účelem experimentálního vývoje technologie zakoupeny v loňském roce. Řešitel se seznámí jak se standardními membránovými moduly v průmyslových technologiích používanýmmi, tak originální sestavou vyrobenou profesionální firmou podle specifických požadavků pracoviště. Kromě toho, že se student seznámí s moderními technologiemi zaváděnými v průmyslu i s moderními zařízeními, bude pracovat v kolektivu studentů a akademických výzkumných pracovníků se zkušenostmi z průmyslové sféry. Doktorské studium s nabízeným zaměřením poskytne řešiteli dobrou průpravu buťo pro následné získání pozice kvalifikovaného pracovníka v průmyslu nebo pro systematické vedení dalšího výzkumu na vývojovém/výzkumném pracovišti s potřebným chemicko-inženýrským nadhledem. Další informace Doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha, budova B VŠCHT Praha, přízemí, místnost T02, emai: tomas.moucha@vscht.cz
Zásady: 1. Get familiar with the principles of membrane separation processes, their physical concepts and basic mathematical description.
2. Elaborate literature search on the specifics of microfiltration and pervaporation focusing on undesirable phenomena and on the ways of their elimination.
3. Get familiar with the details of construction of microfiltration and pervaporation membrane modules in the Mass Transfer Laboratory.
4. Run a series of experiments using sufficiently wide range of operational conditions to capture the trends in their effect on the separation efficiency, for example, in terms of the membrane selectivity and module capacity.
5. Organize your experimental results into charts and graphs, which will illustrate the trends in separation efficiency with the operational parameters. Try to describe the trends by mathematical models, which could be used in the optimization of separation processes.

Membránová separace primárních produktů fermentace

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
V biotechnologiích jsou často využívány vsádkové procesy, při kterých je používána živá kultura / biomasa. Biomasa často vytváří látky / produkty metabolismu, kterými je sama poškozována, viz například alkoholové kvašení. Příprava sterilního prostředí a optimálních počátečních podmínek bioprocesu bývá časovou i finanční zátěží celé výrobní technologie. Je tedy žádoucí usilovat o kontnualizaci takových procesů. Jedním z opatření pro zajištění kontinualizace technologie může být průběžné odstraňování primárního produktu bioprocesu, například výše zmíněného alkoholu. Tento záměr obnáší návrh dvoustupňového separačního zařízení, kdy je nejdříve třeba separovat kulturu / biomasu, tedy pevnou dispergovanou fázi, od kapaliny a následně z homogenní kapalné fáze separovat pro biomasu nebezpečné složky. Ve druhém stupni separace lze použít například pervaporaci.
Cílem dizertační práce je experimentální vývoj separační technologie s využitím dvou stupňů membránové separace - mikrofiltrace a pervaporace. Práce bude vedena z pohledu chemicko-inženýrského vývoje, tj. budou hledány závislosti dosahovaných separačních parametrů, jako jsou selektivita, permeabilita, apod., na provozních parametrech, jako například tlak, průtok, teplota, složení nástřiku. K popisu závislostí budou využity checko-inženýrské veličiny jako polarizační modul membrány, či koeficient přestupu hmoty. Na pracovišti jsou k dispozici nové moduly pro uvedené membránové separace, které byly za účelem experimentálního vývoje technologie zakoupeny v loňském roce. Řešitel se seznámí jak se standardními membránovými moduly v průmyslových technologiích používanýmmi, tak originální sestavou vyrobenou profesionální firmou podle specifických požadavků pracoviště.
Kromě toho, že se student seznámí s moderními technologiemi zaváděnými v průmyslu i s moderními zařízeními, bude pracovat v kolektivu studentů a akademických výzkumných pracovníků se zkušenostmi z průmyslové sféry. Doktorské studium s nabízeným zaměřením poskytne řešiteli dobrou průpravu buťo pro následné získání pozice kvalifikovaného pracovníka v průmyslu nebo pro systematické vedení dalšího výzkumu na vývojovém/výzkumném pracovišti s potřebným chemicko-inženýrským nadhledem.
Další informace Doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha, budova B VŠCHT Praha, přízemí, místnost T02, emai: tomas.moucha@vscht.cz
Zásady: 1. Seznamte se s principy membránových separačních procesů, jejich fyzikálními představami a základními matematickými popisy.
2. Proveďte literární rešerši na téma specifik membránových procesů mikrofiltrace a pervaporace se zvláštním zaměřením na popis nežádoucích jevů a způsobů jejich potlačování
3. Seznamte se detailně s konstrukcí a funkcemi membránových modulů pro mikrofiltraci a pervaporaci v Laboratoři sdílení hmoty
4. Proveďte série experimentů v dostatečně širokém záběru provozních parametrů, aby bylo možno zmapovat jejich vliv na klíčové parametry pro posouzení efektivity separace jako například selektivita membrány a kapacita membránového modulu
5. Experimentální výsledky zpracujte do tabulek a grafů, ze kterých lze vysledovat trendy separační účinnosti s provozními parametry a pokuste se tyto trendy popsat matematickými modely, které je možno použít pro optimalizaci provozu studovaných separačních procesů

Mikrofluidní systémy pro syntézu a separaci opticky aktivních látek

Přibyl Michal, prof. Ing. Ph.D. ( pri...@vscht.cz)
Mikrofluidní reaktory a separátory jsou moderní zařízení, která představují alternativu ke klasickým vsádkovým a průtočným systémům používaným v biotechnologické praxi. Malé prostorové měřítko zajišťuje reprodukovatelné reakční podmínky a intenzivní sdílení hmoty a tepla. Mikrofluidní zařízení zpravidla postrádají pohyblivé části a dovolují snadné kombinování mnoha jednotkových operací, jako jsou mísiče, separátory, reaktory.
Hlavními cíli navrhovaného tématu jsou:
Studium kinetiky vybraných enzymových reakcí, které vedou k produkci opticky aktivních látek využívaných ve farmacii, potravinářství nebo při syntéze chemických specialit.
Návrh a příprava mikrofluidních separatorů s vloženou membránou nebo sorbentem s uchyceným chirálním selektorem pro dělení racemických směsí.
Testování vyrobených mikrofluidních zařízení pro selektivní separaci vybraných opticky aktivních sloučenin.
Posouzení možnosti urychlení transportu opticky aktivních látek membránami pomocí vloženého elektrického pole.
Školící pracoviště disponuje potřebnými technologiemi pro výrobu mikrofluidních systémů, moderními měřicími přístroji a kvalitní výpočetní technikou. Předpokládá se podíl doktoranda/ky na řešení grantových projektů a aktivní účast na mezinárodních vědeckých konferencích.

Mikrofluidní systémy pro syntézu a separaci opticky aktivních látek

Přibyl Michal, prof. Ing. Ph.D. ( pri...@vscht.cz)
Mikrofluidní reaktory a separátory jsou moderní zařízení, která představují alternativu ke klasickým vsádkovým a průtočným systémům používaným v biotechnologické praxi. Malé prostorové měřítko zajišťuje reprodukovatelné reakční podmínky a intenzivní sdílení hmoty a tepla. Mikrofluidní zařízení zpravidla postrádají pohyblivé části a dovolují snadné kombinování mnoha jednotkových operací, jako jsou mísiče, separátory, reaktory. Hlavními cíli navrhovaného tématu jsou: Studium kinetiky vybraných enzymových reakcí, které vedou k produkci opticky aktivních látek využívaných ve farmacii, potravinářství nebo při syntéze chemických specialit. Návrh a příprava mikrofluidních separatorů s vloženou membránou nebo sorbentem s uchyceným chirálním selektorem pro dělení racemických směsí. Testování vyrobených mikrofluidních zařízení pro selektivní separaci vybraných opticky aktivních sloučenin. Posouzení možnosti urychlení transportu opticky aktivních látek membránami pomocí vloženého elektrického pole. Školící pracoviště disponuje potřebnými technologiemi pro výrobu mikrofluidních systémů, moderními měřicími přístroji a kvalitní výpočetní technikou. Předpokládá se podíl doktoranda/ky na řešení grantových projektů a aktivní účast na mezinárodních vědeckých konferencích.

Modelování interakcí v koloidních systémech metodou diskrétních elementů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Nejrůznější částicové disperse v kapalné fázi, například suspense či emulse, lze nalézt v mnoha produktech počínaje polymerními latexy přes produkty osobní péče až po různé barvy, laky a potravinářské produkty. Prvním cílem tohoto projektu je pokračovat ve vývoji našich unikátních částicových modelů koloidů (koncept Discrete Element Method, DEM) a vyřešit několik problémů omezujících dosavadní aplikovatelnost modelů. V současné době probíhající paralelizace DEM kódu napomůže ke splnění tohoto cíle.

Příklady dalších otevřených výzev jsou: (i) reologie a stabilita dispersí stabilizovaných neiontovými surfaktanty, (ii) utváření koloidních gelů, (iii) pokročilá reologie koncentrovaných disperse, (iv) elektrostatické nabíjení dielektrických částic v kapalinách, (v) výpočet kernel pro populační balance částic v reaktorech, a (vi) aplikace disperse v aplikacích pro ukládání energie založených na elektrochemických článcích kov-vzduch.

Doktorand se seznámí nejen s polymerním reaktorovým a materiálovým inženýrstvím, fyzikou polymerů, hydromechanikou a koloidními vědami, ale také se zdokonalí ve technikách pokročilého matematického modelování. Projekt bude probíhat nejen s výzkumným týmem v naší laboratoři, ale také ve spolupráci s partnery z evropských firem a universit. Projekt bude podporován z grantových projektů a ze smluvního výzkumu.

Info: telefon +420 220 44 3296, kancelář B-145, e-mail jkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Nanostrukturované biomimetické povrchy s antibakteriálním účinkem

Tokárová Viola, Ing. Ph.D. ( vio...@vscht.cz)
Biomimetické materiály vyvinuté díky novým technologiím mají jedinečnou funkci inspirovanou biomateriály a jejich strukturou vyskytující se v přírodě. Jednou z oblastí biomimetiky jsou topografické povrchy s antibakteriálními vlastnostmi. Předmětem práce je mapování topografie přírodních materiálů, jako jsou křídla vybraných zástupců vážek nebo okvětních lístků růží, a replikace struktur na vhodný materiál, který lze aplikovat v biomedicíně (např. Implantáty). Cílem je zaměřit se na nanostrukturovanou topografii a charakterizovat oba povrchy, přírodní i replikované, a otestovat antibakteriální vlastnosti replik proti různým bakteriálním kmenům (např. infekce spojené se zdravotní pooperační péčí).

Nanostrukturované biomimetické povrchy s antibakteriálním účinkem

Tokárová Viola, Ing. Ph.D. ( vio...@vscht.cz)
Biomimetické materiály vyvinuté díky novým technologiím mají jedinečnou funkci inspirovanou biomateriály a jejich strukturou vyskytující se v přírodě. Jednou z oblastí biomimetiky jsou topografické povrchy s antibakteriálními vlastnostmi. Předmětem práce je mapování topografie přírodních materiálů, jako jsou křídla vybraných zástupců vážek nebo okvětních lístků růží, a replikace struktur na vhodný materiál, který lze aplikovat v biomedicíně (např. implantáty). Cílem je zaměřit se na nanostrukturovanou topografii a charakterizovat oba povrchy, přírodní i replikované, a otestovat antibakteriální vlastnosti replik proti různým bakteriálním kmenům (např. infekce spojené se zdravotní pooperační péčí).

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Návrh a aplikace supra-lipidických struktur

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Lizoňová Denisa, Ing. Ph.D. ( den...@gmail.com)

Návrh a aplikace supra-lipidických struktur

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Lizoňová Denisa, Ing. Ph.D. ( den...@gmail.com)

Návrhové parametry bioreaktorů - Experimentální studie transportních charakteristik různých typů zařízení

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Zedníková Mária, Ing. Ph.D. ( zed...@vscht.cz)
Efektivita výroby nových produktů v oblasti biotechnologie a farmacie je významnou měrou dána použitím vhodného typu bioreaktoru. Při návrhu bioreaktoru jsou klíčovými hledisky maximální výtěžek a současně životnost přítomných mikroorganismů. Cílem doktorského studia je porovnat návrhové parametry (transportní charakteristiky jako objemomvý koeficient přestupu hmoty, zádrž plynu v kapalině, intenzita disipace energie ve vsádce) tří typů nejčastěji používaných bioreaktorů, jak je uvedeno dále. Výsledky práce budou sloužit k charakterizaci rozdílů a podobností jednotlivých typů bioreaktorů z hlediska distribuce plynu, přenosu hmoty a promíchávání v závislosti na celkové energii dodávané do systému. Transportní charakteristiky budou získány experimentálně pro modelové vsádky, které budou navrženy na základě fyzikálních vlastností reálných fermentačních médií.
Práce je zamýšlena jako spolupráce VŠCHT Praha (pracoviště školitele) a Ústavu chemických procesů AV ČR (pracoviště konzultantky), ideálně pro dva řešitele, a vhodně se doplňuje s druhou prací vypsanou zde uvedenou konzultantkou. Obě pracoviště jsou vybavena potřebnými aparáty, disponují třemi typy bioreaktorů i) mechanicky míchaná nádoba, ii) probublávaná kolona a iii) air-lift reaktor. Všechny typy reaktorů jsou uzpůsobeny pro měření transportních charakteristik stejnými metodami, které tudíž poskytnou porovnatelné výsledky.
Požadavky na uchazeče: VŠ vzdělání (magisterský studijní program) v oboru chemického inženýrství, strojního inženýrství, organické technologie, biotechnologie a podobných oborech; schopnost týmové, systematické a tvořivé práce; zájem o experimentální práci.
Zásady: 1. Prostudovat odbornou literaturu na téma hydrodynamika a přenos hmoty v mechanicky míchaných nádobách, probublávaných kolonách a air-lift reaktorech.
2. Osvojit si techniky měření transportních charakteristik (parametry charakterizující promíchávání v bioreaktorech, objemový koeficient přestupu hmoty, zádrž plynu aj.).
3. Provést systematická měření transportních charakteristik v různých modelových vsádkách a ve třech typech bioreaktorů: mechanicky míchaný reaktor, probublávaná kolona a air-lift reaktor.
4. Na základě získaných výsledků porovnat jednotlivé typy reaktorů, charakterizovat společné i rozdílné vlastnosti a vyhodnotit vhodnost jejich použití.

Oleogely jako systémy pro doručování léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Oleogely jako systémy pro doručování léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Řehoř Ivan, RNDr. Ph.D. ( REH...@vscht.cz)

Omyvatelné tablety pro řízenou rychlost uvolňování léčiva

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Omyvatelné tablety pro řízenou rychlost uvolňování léčiva

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

On-line měření a řízení kontinuálních procesů ve farmaceutické výrobě

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

On-line měření a řízení kontinuálních procesů ve farmaceutické výrobě

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Chemické a procesní inženýrství DD

Párování kLa dat se střižnými silami pro spolehlivější návrhy fermentorů

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Ve fermentačních technologiích jsou často používány mechanicky míchané aerované nádoby. V případě aerobních procesů je za hlavní návrhový parametr považována měrná spotřeba kyslíku (Oxygen Uptake Rate - OUR). To znamená, že je uvažován proces řízený mezifázovým transportem kyslíku (mezi plynem a kapalinou) a klíčovým návrhovým parametrem je objemový koeficient přestupu hmoty - kLa. Praxe však ukazuje, že s míchadly nižšího příkonového čísla (což znamená nižší intenzitu turbulence a nižší kLa) je často dosahováno vyšší účinnosti fermentace, než s míchadly vyššího příkonového čísla (což znamená vyšší intenzitu turbulence a vyšší kLa). Vysvětlení přináší fakt, že mikroorganismy mohou být poničeny vyšší mírou turbulence, jak je vysvětleno dále. Intenzita turbulence je úměrná střižným silám působícím v mechanicky míchané fermentační vsádce. Vysoké střižné síly mohou "přetrhnout" mikroorganismy, které tím přestanou vyrábět svůj primární produkt. Cílem dizertační práce je proměřit veličiny úměrné střižným silám za různých experimentálních podmínek a tyto výsledky spárovat s hodnotami kLa v databázi, která je již k dispozici v Laboratoři sdílení hmoty na VŠCHT Praha. Takové propojení dat umožní vyvinout metodiku vysoce racionálního návrhu průmyslových fermentorů.
Zásady: 1. Seznamte se s popisem transportu hmoty mezi plynem a kapalinou v mechanicky míchaných disperzích
2. Seznamte se s popisem lokálních intenzit turbulnce, fluktuačních rychostí a střižných sil v mechanicky míchaných disperzích kapalina-plyn
3. Prostudujte experimentální techniky měření kLa v Laboratoři sdílení hmoty VŠCHT Praha a techniky měření veličin úměrných intenzitě turbulence na TU Berlin.
4. Prostudujte experimetální podmínky použité k získání kLa dat v databázi na VŠCHT Praha a za shodných podmínek proměřte veličiny úměrné intenzitě turbulence metodikami užívanými na TU Berlin
5. Doplňte databázi kLa dat o veličiny použitelné k výpočtu střižných rychlostí a navrhněte způsob využití takto spárovaných veličin pro návrh mechanicky míchaných fermentorů.

Párování kLa dat se střižnými silami pro spolehlivější návrhy fermentorů

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Ve fermentačních technologiích jsou často používány mechanicky míchané aerované nádoby. V případě aerobních procesů je za hlavní návrhový parametr považována měrná spotřeba kyslíku (Oxygen Uptake Rate - OUR). To znamená, že je uvažován proces řízený mezifázovým transportem kyslíku (mezi plynem a kapalinou) a klíčovým návrhovým parametrem je objemový koeficient přestupu hmoty - kLa. Praxe však ukazuje, že s míchadly nižšího příkonového čísla (což znamená nižší intenzitu turbulence a nižší kLa) je často dosahováno vyšší účinnosti fermentace, než s míchadly vyššího příkonového čísla (což znamená vyšší intenzitu turbulence a vyšší kLa). Vysvětlení přináší fakt, že mikroorganismy mohou být poničeny vyšší mírou turbulence, jak je vysvětleno dále. Intenzita turbulence je úměrná střižným silám působícím v mechanicky míchané fermentační vsádce. Vysoké střižné síly mohou "přetrhnout" mikroorganismy, které tím přestanou vyrábět svůj primární produkt. Cílem dizertační práce je proměřit veličiny úměrné střižným silám za různých experimentálních podmínek a tyto výsledky spárovat s hodnotami kLa v databázi, která je již k dispozici v Laboratoři sdílení hmoty na VŠCHT Praha. Takové propojení dat umožní vyvinout metodiku vysoce racionálního návrhu průmyslových fermentorů.
Zásady: 1. Seznamte se s popisem transportu hmoty mezi plynem a kapalinou v mechanicky míchaných disperzích
2. Seznamte se s popisem lokálních intenzit turbulnce, fluktuačních rychostí a střižných sil v mechanicky míchaných disperzích kapalina-plyn
3. Prostudujte experimentální techniky měření kLa v Laboratoři sdílení hmoty VŠCHT Praha a techniky měření veličin úměrných intenzitě turbulence na TU Berlin.
4. Prostudujte experimetální podmínky použité k získání kLa dat v databázi na VŠCHT Praha a za shodných podmínek proměřte veličiny úměrné intenzitě turbulence metodikami užívanými na TU Berlin
5. Doplňte databázi kLa dat o veličiny použitelné k výpočtu střižných rychlostí a navrhněte způsob využití takto spárovaných veličin pro návrh mechanicky míchaných fermentorů.

Párování kLa dat se střižnými silami pro spolehlivější návrhy fermentorů

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Ve fermentačních technologiích jsou často používány mechanicky míchané aerované nádoby. V případě aerobních procesů je za hlavní návrhový parametr považována měrná spotřeba kyslíku (Oxygen Uptake Rate - OUR). To znamená, že je uvažován proces řízený mezifázovým transportem kyslíku (mezi plynem a kapalinou) a klíčovým návrhovým parametrem je objemový koeficient přestupu hmoty - kLa. Praxe však ukazuje, že s míchadly nižšího příkonového čísla (což znamená nižší intenzitu turbulence a nižší kLa) je často dosahováno vyšší účinnosti fermentace, než s míchadly vyššího příkonového čísla (což znamená vyšší intenzitu turbulence a vyšší kLa). Vysvětlení přináší fakt, že mikroorganismy mohou být poničeny vyšší mírou turbulence, jak je vysvětleno dále. Intenzita turbulence je úměrná střižným silám působícím v mechanicky míchané fermentační vsádce. Vysoké střižné síly mohou "přetrhnout" mikroorganismy, které tím přestanou vyrábět svůj primární produkt. Cílem dizertační práce je proměřit veličiny úměrné střižným silám za různých experimentálních podmínek a tyto výsledky spárovat s hodnotami kLa v databázi, která je již k dispozici v Laboratoři sdílení hmoty na VŠCHT Praha. Takové propojení dat umožní vyvinout metodiku vysoce racionálního návrhu průmyslových fermentorů.
Zásady: 1. Seznamte se s popisem transportu hmoty mezi plynem a kapalinou v mechanicky míchaných disperzích
2. Seznamte se s popisem lokálních intenzit turbulnce, fluktuačních rychostí a střižných sil v mechanicky míchaných disperzích kapalina-plyn
3. Prostudujte experimentální techniky měření kLa v Laboratoři sdílení hmoty VŠCHT Praha a techniky měření veličin úměrných intenzitě turbulence na TU Berlin.
4. Prostudujte experimetální podmínky použité k získání kLa dat v databázi na VŠCHT Praha a za shodných podmínek proměřte veličiny úměrné intenzitě turbulence metodikami užívanými na TU Berlin
5. Doplňte databázi kLa dat o veličiny použitelné k výpočtu střižných rychlostí a navrhněte způsob využití takto spárovaných veličin pro návrh mechanicky míchaných fermentorů.

Chemical and Process Engineering DD

Párování kLa dat se střižnými silami pro spolehlivější návrhy fermentorů

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Ve fermentačních technologiích jsou často používány mechanicky míchané aerované nádoby. V případě aerobních procesů je za hlavní návrhový parametr považována měrná spotřeba kyslíku (Oxygen Uptake Rate - OUR). To znamená, že je uvažován proces řízený mezifázovým transportem kyslíku (mezi plynem a kapalinou) a klíčovým návrhovým parametrem je objemový koeficient přestupu hmoty - kLa. Praxe však ukazuje, že s míchadly nižšího příkonového čísla (což znamená nižší intenzitu turbulence a nižší kLa) je často dosahováno vyšší účinnosti fermentace, než s míchadly vyššího příkonového čísla (což znamená vyšší intenzitu turbulence a vyšší kLa). Vysvětlení přináší fakt, že mikroorganismy mohou být poničeny vyšší mírou turbulence, jak je vysvětleno dále. Intenzita turbulence je úměrná střižným silám působícím v mechanicky míchané fermentační vsádce. Vysoké střižné síly mohou "přetrhnout" mikroorganismy, které tím přestanou vyrábět svůj primární produkt. Cílem dizertační práce je proměřit veličiny úměrné střižným silám za různých experimentálních podmínek a tyto výsledky spárovat s hodnotami kLa v databázi, která je již k dispozici v Laboratoři sdílení hmoty na VŠCHT Praha. Takové propojení dat umožní vyvinout metodiku vysoce racionálního návrhu průmyslových fermentorů.
Zásady: 1. Get familiar with the description of the gas-liquid mass transfer in mechanically agitated dispersions.
2. Get familiar with the descritpion of local turbulence intensities., fluctuation velocities and shear stresses in mechanically agitated gas-liquid disperions.
3. Study experimental techniques of kLa measurement in UCT Mass transfer Laboratory and of the quantities proportional to the local turbulence intensity used at TU Berlin.
4. Study the eperimental conditions used in Mass Transfer Laboratory at UCT Prague to obtain kLa database and then, at the same conditions measure the quantities proportional to local turbulence intensities as used at TU Berlin.
5. Complete the kLa database by the quantities usable to compute shear stresses and suggest the way how to use these coupled data in industrial fermenters design.

Pokročilé metody formulace léčiv pro topické podání

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Zbytovská Jarmila, doc. Mgr. Dr.rer.nat. ( zby...@vscht.cz)

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Pokročilé metody formulace léčiv pro topické podání

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Zbytovská Jarmila, doc. Mgr. Dr.rer.nat. ( zby...@vscht.cz)

Porézní katalytické vrstvy ve strukturovaných reaktorech

Kočí Petr, prof. Ing. Ph.D. ( pet...@vscht.cz)
Práce se zaměřuje na přípravu a nanášení porézních katalytických vrstev do strukturovaných reaktorů, jako jsou voštinové monolity, filtry, porézní membrány a otevřené pěny. Cílem je zefektivnit provoz reaktoru s ohledem na využití katalytického materiálu, transport hmoty a tepla. Budou studovány průmyslově významné aplikace jako jsou konverze výfukových plynů, parciální oxidace a parní reforming metanu. Morfologie vzorků bude analyzována na základě snímků z elektronových mikroskopů (SEM, TEM) a rentgenové tomografie (XRT). Vliv mikrostruktury na celkovou účinnost zařízení bude testován v laboratorním reaktoru. Téma je podporováno předním světovým výrobcem katalyzátorů Johnson Matthey.

Porézní katalytické vrstvy ve strukturovaných reaktorech

Kočí Petr, prof. Ing. Ph.D. ( pet...@vscht.cz)
Práce se zaměřuje na přípravu a nanášení porézních katalytických vrstev do strukturovaných reaktorů, jako jsou voštinové monolity, filtry, porézní membrány a otevřené pěny. Cílem je zefektivnit provoz reaktoru s ohledem na využití katalytického materiálu, transport hmoty a tepla. Budou studovány průmyslově významné aplikace jako jsou konverze výfukových plynů, parciální oxidace a parní reforming metanu. Morfologie vzorků bude analyzována na základě snímků z elektronových mikroskopů (SEM, TEM) a rentgenové tomografie (XRT). Vliv mikrostruktury na celkovou účinnost zařízení bude testován v laboratorním reaktoru. Téma je podporováno předním světovým výrobcem katalyzátorů Johnson Matthey.

Chemické a procesní inženýrství DD

Přestup hmoty plyn - kapalina. Experimentální studie porovnání efektivity různých zařízení.

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Objemový koeficient přestupu hmoty (kLa) je klíčovým parametrem v návrzích průmyslových kontaktorů kapaliny-plynv případech, kdy je rychlost procesu řízena přestupem hmoty mezi plynem a kapalinou. Odhad hodnot kLa pro průmyslové návrhy v současnosti vychází z literárních korelací. Cílem výzkumu je vyvinout spolehlivé korelace pro predikci kLa dat v různých typech zařízení, které budou podloženy ověřenými experimentálními daty. Cílem dizertační práce je porovnat různé typy kontaktorů kapalina-plyn z hlediska jejich efektivity pro mezifázový transport hmoty. Budou vyvinuty vhodné korelace pro popis mezifázového transportu hmoty jak v mechanicky míchaných nádobách, tak v kontaktorech míchaných pneumaticky, jako je například airlift reaktor.
Zásady: 1. Seznamte se s popisy mezifázového transportu hmoty mezi plynem a kapalinou včetně bilancí různých typů kontaktorů kapalina - plyn
2. Prostudujte matematické popisy procesu sdílení hmoty, které umožňují stanovení koeficientů přestupu hmoty z experimentálních dat
3. Seznamte se s dostupnými experimentálními zařízeními na UNIPA v pracovní skupině prof. Brucato a prof. Scargiali a na VŠCHT v Laboratoři SH
4. Sestavte plán experimentů, které poskytnou výsledky umožňující porovnání efektivity jednotlivých zařízení podle zvolených kritérií
5. Teoretické poznatky, experimentální postupy a výsledky sepište společně se závěry do podoby dizertační práce

Chemical and Process Engineering DD

Přestup hmoty plyn - kapalina. Experimentální studie porovnání efektivity různých zařízení.

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Objemový koeficient přestupu hmoty (kLa) je klíčovým parametrem v návrzích průmyslových kontaktorů kapaliny-plynv případech, kdy je rychlost procesu řízena přestupem hmoty mezi plynem a kapalinou. Odhad hodnot kLa pro průmyslové návrhy v současnosti vychází z literárních korelací. Cílem výzkumu je vyvinout spolehlivé korelace pro predikci kLa dat v různých typech zařízení, které budou podloženy ověřenými experimentálními daty. Cílem dizertační práce je porovnat různé typy kontaktorů kapalina-plyn z hlediska jejich efektivity pro mezifázový transport hmoty. Budou vyvinuty vhodné korelace pro popis mezifázového transportu hmoty jak v mechanicky míchaných nádobách, tak v kontaktorech míchaných pneumaticky, jako je například airlift reaktor.
Zásady: 1. Get familiar with mathematical descriptions of a gas-liquid interfacial mass transfer including mass balances of various gas-liquid contactor types
2. Study mathematical models of the mass transport which enable the determination of gas-liquid mass transfer coefficients from experimental data
3. Get to know the experimental apparatuses available at UNIPA in the working group of prof. Brucato and prof. Scargiali as well as those at UCT Prague in the Mass Transfer Laboratory
4. Build the experimental plan which will ensure obtaining experimental results to compare the effectivity of individual apparatuses according to the criteria selected
5. Theoretical findings, experimental procedures and results as well as the conclusions formulated write in the dissertation

Příprava a charakterizace nanočástic pro transfekci buněk

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Doručování genových vektorů během transfekce buněk se obvykle provádí pomocí pozitivně nabitých polyiontů. Ve spojení s DNA je tato metoda schopna doručovat genetické informace do jádra hostitelské buňky a k následné produkci požadovaného proteinu. I když se tento postup běžně používá, toxicita polykationtů vede k nízké schopnosti reprodukce buněk a časté ztrátě kultivovaných buněk. V tomto projektu plánujeme vyvinout transfekční systém založený na biologicky odbouratelných polymerech s nízkou toxicitou za použití procesu agregace. Student se bude podílet na výběru, syntéze a modifikaci biologicky odbouratelného polymeru s následnou přípravou polymerních nanočástic jako nosičů DNA. Vlastnosti připraveného polymeru budou charakterizovány různými metodami, jako je rozptyl světla nebo GPC. Vytvořené nanočástice budou charakterizovány DLS, SEM / TEM, měřením zeta potenciálu a charakterizací jejich koloidní stability. Rovněž bude testována následná komplexace produkovaných NP s DNA a velikost vytvořených komplexů. V poslední části projektu bude proces komplexace zvětšen na potřebné množství, a vytvořené nanoagregáty bude testovány na živých buňkách.

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Příprava a charakterizace nanočástic pro transfekci buněk

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Doručování genových vektorů během transfekce buněk se obvykle provádí pomocí pozitivně nabitých polyiontů. Ve spojení s DNA je tato metoda schopna doručovat genetické informace do jádra hostitelské buňky a k následné produkci požadovaného proteinu. I když se tento postup běžně používá, toxicita polykationtů vede k nízké schopnosti reprodukce buněk a časté ztrátě kultivovaných buněk. V tomto projektu plánujeme vyvinout transfekční systém založený na biologicky odbouratelných polymerech s nízkou toxicitou za použití procesu agregace. Student se bude podílet na výběru, syntéze a modifikaci biologicky odbouratelného polymeru s následnou přípravou polymerních nanočástic jako nosičů DNA. Vlastnosti připraveného polymeru budou charakterizovány různými metodami, jako je rozptyl světla nebo GPC. Vytvořené nanočástice budou charakterizovány DLS, SEM / TEM, měřením zeta potenciálu a charakterizací jejich koloidní stability. Rovněž bude testována následná komplexace produkovaných NP s DNA a velikost vytvořených komplexů. V poslední části projektu bude proces komplexace zvětšen na potřebné množství, a vytvořené nanoagregáty bude testovány na živých buňkách.

Příprava a charakterizace nanočástic pro transfekci buněk

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Doručování genových vektorů během transfekce buněk se obvykle provádí pomocí pozitivně nabitých polyiontů. Ve spojení s DNA je tato metoda schopna doručovat genetické informace do jádra hostitelské buňky a k následné produkci požadovaného proteinu. I když se tento postup běžně používá, toxicita polykationtů vede k nízké schopnosti reprodukce buněk a časté ztrátě kultivovaných buněk. V tomto projektu plánujeme vyvinout transfekční systém založený na biologicky odbouratelných polymerech s nízkou toxicitou za použití procesu agregace. Student se bude podílet na výběru, syntéze a modifikaci biologicky odbouratelného polymeru s následnou přípravou polymerních nanočástic jako nosičů DNA. Vlastnosti připraveného polymeru budou charakterizovány různými metodami, jako je rozptyl světla nebo GPC. Vytvořené nanočástice budou charakterizovány DLS, SEM / TEM, měřením zeta potenciálu a charakterizací jejich koloidní stability. Rovněž bude testována následná komplexace produkovaných NP s DNA a velikost vytvořených komplexů. V poslední části projektu bude proces komplexace zvětšen na potřebné množství, a vytvořené nanoagregáty bude testovány na živých buňkách.

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Příprava nanočástic pro doručování léčiv při léčení ran

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Hlavním zaměřením tohoto projektu je syntéza multifunkčních vezikul obsahujících hydrofilní a hydrofobní léčiva pro použití při hojení ran. Protože tyto částice mohou být použity přímo nebo jako součást krytů ran, bude nezbytná jejich podrobná charakterizace a koloidní stabilita. Student bude studovat vliv složení vezikul (primárním systémem budou povrchově aktivní látky a cholesterol) a způsob přípravy na velikost a vlastnosti vytvořených nano nosičů a účinnost zapouzdření léčiva. Pro takto připravené vezikul, bude měřena kinetika uvolňování léčiva jako funkce molekulové hmotnosti použitých povrchově aktivních látek a iontové síly roztoku. Kvalita připravených vzorků bude charakterizována kombinací analytických technik včetně 3D modulovaného DLS, depolarizovaného DLS, statického rozptylu světla, optické video mikroskopie v kombinaci s analýzou obrazu a kryo-TEM. Součástí projektu bude také příprava multifunkčních vezikul v mikrofluidních systémech a porovnání jejich vlastností s metodou vsádkové přípravy.

Příprava nanočástic pro doručování léčiv při léčení ran

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Hlavním zaměřením tohoto projektu je syntéza multifunkčních vezikul obsahujících hydrofilní a hydrofobní léčiva pro použití při hojení ran. Protože tyto částice mohou být použity přímo nebo jako součást krytů ran, bude nezbytná jejich podrobná charakterizace a koloidní stabilita. Student bude studovat vliv složení vezikul (primárním systémem budou povrchově aktivní látky a cholesterol) a způsob přípravy na velikost a vlastnosti vytvořených nano nosičů a účinnost zapouzdření léčiva. Pro takto připravené vezikul, bude měřena kinetika uvolňování léčiva jako funkce molekulové hmotnosti použitých povrchově aktivních látek a iontové síly roztoku. Kvalita připravených vzorků bude charakterizována kombinací analytických technik včetně 3D modulovaného DLS, depolarizovaného DLS, statického rozptylu světla, optické video mikroskopie v kombinaci s analýzou obrazu a kryo-TEM. Součástí projektu bude také příprava multifunkčních vezikul v mikrofluidních systémech a porovnání jejich vlastností s metodou vsádkové přípravy.

Příprava nanočástic pro doručování léčiv při léčení ran

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Hlavním zaměřením tohoto projektu je syntéza multifunkčních vezikul obsahujících hydrofilní a hydrofobní léčiva pro použití při hojení ran. Protože tyto částice mohou být použity přímo nebo jako součást krytů ran, bude nezbytná jejich podrobná charakterizace a koloidní stabilita. Student bude studovat vliv složení vezikul (primárním systémem budou povrchově aktivní látky a cholesterol) a způsob přípravy na velikost a vlastnosti vytvořených nano nosičů a účinnost zapouzdření léčiva. Pro takto připravené vezikul, bude měřena kinetika uvolňování léčiva jako funkce molekulové hmotnosti použitých povrchově aktivních látek a iontové síly roztoku. Kvalita připravených vzorků bude charakterizována kombinací analytických technik včetně 3D modulovaného DLS, depolarizovaného DLS, statického rozptylu světla, optické video mikroskopie v kombinaci s analýzou obrazu a kryo-TEM. Součástí projektu bude také příprava multifunkčních vezikul v mikrofluidních systémech a porovnání jejich vlastností s metodou vsádkové přípravy.

Příprava nosičů pro dodávání léčiv pro léčbu revmatoidní artritidy

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Revmatoidní artritida (RA) je chronická autoimunitní porucha postihující hlavně klouby, které jsou napadnuty zánětem a otokem synovie kloubu. Dnes je kromě konvenčních syntetických antirevmatik modifikujících onemocnění (DMARD) schválena řada biologických DMARD. Nedávno byl také schválen první cílený syntetický DMARD, zatímco jiné cílené sloučeniny jsou ve fázi vývoje. Obzvláště zajímavá je skupina léků na bázi komplexů zlata. Přes své slibné vlastnosti mají tato léčiva nízkou rozpustnost ve vodě a tedy nízkou biologickou dostupnost. V rámci tohoto projektu proto plánujeme prozkoumat možnost přípravy rozpustnějších sloučenin komplexů zlata s využitím přístupu krystalického inženýrství a formulovat tyto léky do různých nanonosičů. Ke zkoumání stability komplexů zlata bude použita kombinace různých přípravných a analytických technik. V dalším kroku budeme zkoumat dopad matrice nebo komplexačního partnera na charakteristiky rozpouštění testovaných komplexů.

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Příprava nosičů pro dodávání léčiv pro léčbu revmatoidní artritidy

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Skořepová Eliška, Ing. Ph.D. ( sko...@seznam.cz)
Revmatoidní artritida (RA) je chronická autoimunitní porucha postihující hlavně klouby, které jsou napadnuty zánětem a otokem synovie kloubu. Dnes je kromě konvenčních syntetických antirevmatik modifikujících onemocnění (DMARD) schválena řada biologických DMARD. Nedávno byl také schválen první cílený syntetický DMARD, zatímco jiné cílené sloučeniny jsou ve fázi vývoje. Obzvláště zajímavá je skupina léků na bázi komplexů zlata. Přes své slibné vlastnosti mají tato léčiva nízkou rozpustnost ve vodě a tedy nízkou biologickou dostupnost. V rámci tohoto projektu proto plánujeme prozkoumat možnost přípravy rozpustnějších sloučenin komplexů zlata s využitím přístupu krystalického inženýrství a formulovat tyto léky do různých nanonosičů. Ke zkoumání stability komplexů zlata bude použita kombinace různých přípravných a analytických technik. V dalším kroku budeme zkoumat dopad matrice nebo komplexačního partnera na charakteristiky rozpouštění testovaných komplexů.

Příprava nosičů pro dodávání léčiv pro léčbu revmatoidní artritidy

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Revmatoidní artritida (RA) je chronická autoimunitní porucha postihující hlavně klouby, které jsou napadnuty zánětem a otokem synovie kloubu. Dnes je kromě konvenčních syntetických antirevmatik modifikujících onemocnění (DMARD) schválena řada biologických DMARD. Nedávno byl také schválen první cílený syntetický DMARD, zatímco jiné cílené sloučeniny jsou ve fázi vývoje. Obzvláště zajímavá je skupina léků na bázi komplexů zlata. Přes své slibné vlastnosti mají tato léčiva nízkou rozpustnost ve vodě a tedy nízkou biologickou dostupnost. V rámci tohoto projektu proto plánujeme prozkoumat možnost přípravy rozpustnějších sloučenin komplexů zlata s využitím přístupu krystalického inženýrství a formulovat tyto léky do různých nanonosičů. Ke zkoumání stability komplexů zlata bude použita kombinace různých přípravných a analytických technik. V dalším kroku budeme zkoumat dopad matrice nebo komplexačního partnera na charakteristiky rozpouštění testovaných komplexů.

Příprava porézních nosičů pro imobilizaci enzymů a jejich aplikace v biokatalýze

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Aplikace enzymů pro přípravu různých biomolekul je stále více populárnější. To je způsobeno nízkou spotřebou energie a vysokou specificitou katalyzovaných reakcí. Významnou nevýhodou této technologie je ztráta aktivity enzymu nebo komplikovanost recyklace enzymu. Možným řešením těchto problémů je imobilizace enzymů na vhodný nosič. V tomto projektu použijeme nedávno vyvinutou technologii reaktivní gelace vhodnou pro syntézu 3D porézního materiálu tvořených nanočásticemi s volitelnou porozitou a distribucí velikosti pórů v kombinaci s kovalentní imobilizací enzymů na povrch připraveného materiálu. Pro porozumění dopadu interakcí enzym-povrch, plánujeme použít nanočástice vyrobené z různých polymerů nebo oxidu křemičitého v kombinaci s různými pomocnými molekulami umístěnými mezi porézním materiálem a enzymem. Tímto způsobem budeme schopni studovat dopad těchto interakcí na aktivitu enzymu a výtěžek biokatalytické reakce. Pro takto vytvořený systém budeme dále zkoumat vliv podmínek procesu (dispergované porézní agregáty vs. náplňové lože), vliv iontové síly, pH, koncentrace substrátu atd., na výtěžek a selektivitu prováděné enzymatické reakce. V poslední části projektu bude systém rozšířen směrem k několika následným enzymaticky katalyzovaným reakcím. Student se bude podílet na přípravě porézního materiálu a jeho charakterizaci, jakož i na povrchové funkcionalizaci pomocí vhodných skupin. Následně bude student zodpovědný za imobilizaci enzymu a testování jeho aktivity a výtěžku. Pro charakterizaci vlastností materiálu a testování chování imobilizovaných enzymů bude použita kombinace několika analytických technik včetně SEM, rozptylu světla, měření BET, Hg porosimetrie, XPS, HPLC, UV-VIS atd.

Příprava porézních nosičů pro imobilizaci enzymů a jejich aplikace v biokatalýze

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Aplikace enzymů pro přípravu různých biomolekul je stále více populárnější. To je způsobeno nízkou spotřebou energie a vysokou specificitou katalyzovaných reakcí. Významnou nevýhodou této technologie je ztráta aktivity enzymu nebo komplikovanost recyklace enzymu. Možným řešením těchto problémů je imobilizace enzymů na vhodný nosič. V tomto projektu použijeme nedávno vyvinutou technologii reaktivní gelace vhodnou pro syntézu 3D porézního materiálu tvořených nanočásticemi s volitelnou porozitou a distribucí velikosti pórů v kombinaci s kovalentní imobilizací enzymů na povrch připraveného materiálu. Pro porozumění dopadu interakcí enzym-povrch, plánujeme použít nanočástice vyrobené z různých polymerů nebo oxidu křemičitého v kombinaci s různými pomocnými molekulami umístěnými mezi porézním materiálem a enzymem. Tímto způsobem budeme schopni studovat dopad těchto interakcí na aktivitu enzymu a výtěžek biokatalytické reakce. Pro takto vytvořený systém budeme dále zkoumat vliv podmínek procesu (dispergované porézní agregáty vs. náplňové lože), vliv iontové síly, pH, koncentrace substrátu atd., na výtěžek a selektivitu prováděné enzymatické reakce. V poslední části projektu bude systém rozšířen směrem k několika následným enzymaticky katalyzovaným reakcím. Student se bude podílet na přípravě porézního materiálu a jeho charakterizaci, jakož i na povrchové funkcionalizaci pomocí vhodných skupin. Následně bude student zodpovědný za imobilizaci enzymu a testování jeho aktivity a výtěžku. Pro charakterizaci vlastností materiálu a testování chování imobilizovaných enzymů bude použita kombinace několika analytických technik včetně SEM, rozptylu světla, měření BET, Hg porosimetrie, XPS, HPLC, UV-VIS atd.

Rozpustnost a stabilita organických redoxních látek pro elektrochemická úložiště energie

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Mazúr Petr, Ing. Ph.D.
Prudký rozvoj obnovitelných zdrojů energie i elektromobilů klade vysoké nároky na ukládání elektrické energie jak ve stacionárních distribuovaných úložištích energie, tak v bateriích nebo palivových článcích s vysokou měrnou energií a dostatečným výkonem. Doktorand se v rámci tohoto tématu soustředí na experimentální i teoretický výzkum průtočných elektrochemických systémů pro akumulaci elektrické energie.

Hlavním předmětem zájmu bude studium možnosti využití organických redoxních látek v elektrolytech průtočných baterií. Ve spolupráci s organickými chemiky budou hledány molekuly s vhodnými vlastnostmi pro použití ve stacionárních a mobilních průtočných konvertorech energie s cílem zlepšit technické a ekonomické parametry úložišť. Důraz bude kladen zejména na pochopení vztahů mezi chemickou strukturou organických molekul a relevantními vlastnostmi jako je rozpustnost ve vodných a nevodných elektrolytech, kinetika elektrodových reakcí a transport molekul skrz separátor/membránu. V rámci doktorské práce budou vyvíjeny či modifikovány charakterizační techniky potřebné pro získání relevantních informací o studovaných systémech s důrazem na nízkou spotřebu organické redoxní látky. Současně bude studována chemická a elektrochemická stabilita těchto látek v podmínkách předpokládané aplikace, vliv nečistot ze syntézy a rafinace, případně další aspekty, jež mohou významně ovlivnit komerční uplatnitelnost vyvíjených elektrolytů. Získané poznatky a charakteristiky jednotlivých prvků povedou k výraznému zlevnění a intenzifikaci procesu.

Výstupem doktorské práce bude nejen série publikací, ale také praktické poznatky vedoucí k zavedení vyvinuté technologie do podoby poloprovozního řešení. Na projektu bude doktorand spolupracovat nejen v týmu doktorandů a post-doků na našem pracovišti, ale také s partnery z několika firem a univerzit.

Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mail jkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Rychlostní model vícesložkové rektifikace. Experimentální ověření.

Rejl František, doc.Ing. Ph.D. ( r...@vscht.cz)
Současné návrhy rektifikačních kolon jsou založeny především na zkušenosti a jsou v podstatě empirické povahy. Vývoj výpočetních technologií přinesl jistá zlepšení zavedením tzv „rate-based“ modelů využívající k popisu numerickou integraci diferenciálních bilancí hybnosti, energie a hmotnosti. Nedostupnost a nespolehlivost koeficientů úměrnosti charakterizujících rychlost procesů zahrnutých v těchto modelech je hlavní brzdou jejich širšího použití. Současné způsoby jejich získávaní přenosem z absorpce na destilaci a z analogie mezi přestupem tepla a hmoty jsou riskantní a při návrhu vyžadují použití velkých bezpečnostních koeficientů. Rovněž Maxwell-Stefanův přístup k výpočtu mezifázových toků hmoty z koeficientů přestupu získaných pro příslušné binární systémy, který je používán k výpočtu koeficientů v multi-komponentních směsích, nebyl dosud experimentálně ověřen. Neexistovala totiž metoda přímého stanovení transportních koeficientů při destilaci. Na našem pracovišti byla vyvinuta a úspěšně testována metodika přímého stanovení transportních koeficientů při destilaci a výrazně tak posílila možnost kritického zhodnocení současných postupů jejich získávání. Cílem disertační práce je ověřit Maxwell-Stefanův přístup k výpočtu koeficientů přestupu hmoty v multi-komponentních směsích z binárních koeficientů. K ověření budou použity koeficienty přestupu hmoty změřené ve třech binárních směsích tvořících ternární směs metanol/etanol/1-propanol a koncentrační profily podél výplně změřené pro tuto ternární směs. Konečným cílem tohoto výzkumu je zpřesnění návrhu kolon na základě simulačních rate-based modelů využitím transportních koeficientů přestupu hmoty změřených přímo v rektifikační koloně.

Řízení vlastností krystalů léčiv během krystalizace a jejich dopad na následné jednotkové operace

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Skořepová Eliška, Ing. Ph.D. ( sko...@seznam.cz)
Léčiva jsou obvykle malé molekuly, které se připravují chemickou syntézou následovanou procesem krystalizace. Vlastnosti připravených krystalů (tj. fyzikálně-chemické, ale také formulační vlastnosti) jsou silně závislé na použité pevné formě léčiva, jejich velikosti a morfologii krystalů. Cílem tohoto projektu je proto studium dopadu parametrů procesu krystalizace a kroku po zpracování na připravené krystaly léčiva s ohledem na velikost, morfologii a polymorfismus. Modulace teplotou při vsádkové krystalizaci bude kombinována s procesem mokrého mletí s cílem řídit tvar, velikost a tokové vlastnosti připravených krystalů léčiva. Krok krystalizace bude kombinován s filtrací a sušením, aby se vyhodnotil dopad velikosti a tvaru krystalů na účinnost těchto jednotkových operací. Souběžně budeme také studovat dopad promývání na množství zbytkového rozpouštědla a polymorfní stabilitu konečného produktu. Zatímco farmaceutický průmysl obvykle používá vsádkové procesy, v rámci tohoto projektu budeme zkoumat možnost připravit stejné krystaly léčiva za pomoci kontinuálního procesu. K zajištění konstantní kvality produktu bude použita procesní analytická technologie schopná měřit velikost, tvar a morfologii krystalů společně s analýzou složení pomocí Ramanovy spektroskopie. On-line měření bude srovnáváno s off-line měřením pomocí SEM, IR spektroskopie, XRD a NMR. Student se bude také podílet na zvětšení měřítka výrobního procesu.

Řízení vlastností krystalů léčiv během krystalizace a jejich dopad na následné jednotkové operace

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Ridvan Luděk, Ing. Ph.D. ( lud...@zentiva.cz)
Léčiva jsou obvykle malé molekuly, které se připravují chemickou syntézou následovanou procesem krystalizace. Vlastnosti připravených krystalů (tj. fyzikálně-chemické, ale také formulační vlastnosti) jsou silně závislé na použité pevné formě léčiva, jejich velikosti a morfologii krystalů. Cílem tohoto projektu je proto studium dopadu parametrů procesu krystalizace a kroku po zpracování na připravené krystaly léčiva s ohledem na velikost, morfologii a polymorfismus. Modulace teplotou při vsádkové krystalizaci bude kombinována s procesem mokrého mletí s cílem řídit tvar, velikost a tokové vlastnosti připravených krystalů léčiva. Krok krystalizace bude kombinován s filtrací a sušením, aby se vyhodnotil dopad velikosti a tvaru krystalů na účinnost těchto jednotkových operací. Souběžně budeme také studovat dopad promývání na množství zbytkového rozpouštědla a polymorfní stabilitu konečného produktu. Zatímco farmaceutický průmysl obvykle používá vsádkové procesy, v rámci tohoto projektu budeme zkoumat možnost připravit stejné krystaly léčiva za pomoci kontinuálního procesu. K zajištění konstantní kvality produktu bude použita procesní analytická technologie schopná měřit velikost, tvar a morfologii krystalů společně s analýzou složení pomocí Ramanovy spektroskopie. On-line měření bude srovnáváno s off-line měřením pomocí SEM, IR spektroskopie, XRD a NMR. Student se bude také podílet na zvětšení měřítka výrobního procesu.

Studium a příprava nanočástic v kontrolovaných podmínkách mikrofluidního uspořádání

Tokárová Viola, Ing. Ph.D. ( vio...@vscht.cz)
Vlastnosti nanočástic (optické, elektromagnetické či mechanické) závisí na jejich velikosti, morfologii a struktuře, a proto je nutné produkovat částice vykazující co nejmenší různorodost k dosažení požadovaných uniformních vlastností. Vsádková příprava nanočástic je jednou z nejrozšířenějších metod díky své přímosti a jednoduchosti instrumentace, ale naráží na své limity dané neideálním mícháním reaktantů zejména pro extrémně rychlé srážecí reakce (tvorba koloidního stříbra, zlata, křemičitých částic). U tvorby takových nanočástic hraje míchání reaktantů významnou roli, jelikož se nukleace částic často odehrává v řádu několika milisekund po smíchání prekurzorů reakce. Průtočné mikro-fluidní systémy jsou vhodnou technologií, která díky svým malým rozměrům, velkému poměru povrchu ku objemu a intenzifikaci míchání dokáže snížit polydisperzitu produkovaných částic a kontinuálně produkovat částice, které vykazují vlastnosti těžko dosažitelné konvenčními vsádkovými metodami přípravy. Cílem této práce bude optimalizovat architekturu mikrofluidních kanálků a její vliv na promíchávání reaktantů s ohledem na syntézu nanočástic o požadované velikosti.

Studium a příprava nanočástic v kontrolovaných podmínkách mikrofluidního uspořádání

Tokárová Viola, Ing. Ph.D. ( vio...@vscht.cz)
Vlastnosti nanočástic (optické, elektromagnetické či mechanické) závisí na jejich velikosti, morfologii a struktuře, a proto je nutné produkovat částice vykazující co nejmenší různorodost k dosažení požadovaných uniformních vlastností. Vsádková příprava nanočástic je jednou z nejrozšířenějších metod díky své přímosti a jednoduchosti instrumentace, ale naráží na své limity dané neideálním mícháním reaktantů zejména pro extrémně rychlé srážecí reakce (tvorba koloidního stříbra, zlata, křemičitých částic). U tvorby takových nanočástic hraje míchání reaktantů významnou roli, jelikož se nukleace částic často odehrává v řádu několika milisekund po smíchání prekurzorů reakce. Průtočné mikro-fluidní systémy jsou vhodnou technologií, která díky svým malým rozměrům, velkému poměru povrchu ku objemu a intenzifikaci míchání dokáže snížit polydisperzitu produkovaných částic a kontinuálně produkovat částice, které vykazují vlastnosti těžko dosažitelné konvenčními vsádkovými metodami přípravy. Cílem této práce bude optimalizovat architekturu mikrofluidních kanálků a její vliv na promíchávání reaktantů s ohledem na syntézu nanočástic o požadované velikosti.

Studium transportních charakteristik v různých typech bioreaktorů

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Výroba nových produktů v oblasti biotechnologie a farmacie je založena na návrhu bioreaktoru. Výběr vhodného typu bioreaktoru je klíčový s ohledem na maximální výtěžek, ale také je limitován životností přítomných mikroorganismů. Cílem doktorského studia je porovnat návrhové parametry (transportní charakteristiky) tří typů nejčastěji používaných bioreaktorů. Výsledky práce budou sloužit k charakterizaci rozdílů a podobností jednotlivých typů bioreaktorů z hlediska distribuce plynu, přenosu hmoty a promíchávání v závislosti na celkové energii dodávané do systému. Transportní charakteristiky budou získány experimentálně pro modelové vsádky, které budou navrženy na základě fyzikálních vlastností reálných médií. Obě spolupracující pracoviště jsou dostatečně vybavené a celkem disponují třemi typy bioreaktorů i) mechanicky míchaný reaktor, ii) probublávaná kolona a iii) air-lift reaktor. Všechny typy reaktorů jsou uzpůsobené pro měření transportních charakteristik stejnými a tudíž srovnatelnými metodami. Požadavky na uchazeče: VŠ vzdělání (magisterský studijní program) v oboru chemického inženýrství, strojního inženýrství, organické technologie, biotechnologie a podobných oborech; schopnost týmové, systematické a tvořivé práce; zájem o experimentální práci. Další informace Doc. Tomáš Moucha, budova B VŠCHT Praha, přízemí, místnost T02, e-mail: tomas.moucha@vscht.cz
Zásady: 1. To study the state of the art in hydrodynamics and mass transfer in stirred tank reactors, bubble columns and air-lift reactors.
2. To acquire the techniques of transport characteristics measurement (parameters describing the liquid mixing in bioreactors, volumetric mass transfer coefficient, gas hold-up, etc.).
3. To provide the systematic measurements of transport characteristics for different model liquids in three types of bioreactors: stirred tank reactor, bubble column and air-lift reactor.
4. According to obtained results, to compare the individual bioreactors, to characterize the similar and different properties and to assess their applicability.

Syntéza a charakterizace částic s imuno-adhesivními vlastnostmi

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Syntéza a charakterizace částic s imuno-adhesivními vlastnostmi

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Lizoňová Denisa, Ing. Ph.D. ( den...@gmail.com)

Testování s vysokou propustností a kontinuální výroba SMEDD systémů

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Testování s vysokou propustností a kontinuální výroba SMEDD systémů

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Triboelektrické cesty přispívající k separaci a recyklaci plastového odpadu

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Recyklace je jednou z vhodných a ekologických cest pro zpracování velkých objemů plastového odpadu. Většina plastového odpadu je v současné době spálena nebo končí na skládkách a není recyklována, ačkoliv je veřejnost přesvědčena o opaku. Jedním z klíčových problémů recyklace je před-separace plastového odpadu, protože jen dobře separovaný odpad může být efektivně recyklován do produktů s vysokou přidanou hodnotou. Dokonce i spalovny preferují před-separovaný plastový odpad, především odseparování plastů obsahujících halogeny.

Současné metody ruční separace, separace IČ senzory nebo metody založené na rozdílu hustot nejsou dostatečně účinné. Novou slibnou technikou je triboelektrická separace založená na dosažení různého elektrostatického náboje tribonabíjením (nabíjení třením materiálů) a následnou separací nabitých částic v elektrickém poli.

Cílem tohoto doktorského projektu je získání systematických souborů dat o nabíjení a vybíjení plastových částic, které umožní vybudování obecných modelů a optimalizaci triboelektrické před-separace plastů. Řízení velikosti povrchového náboje na materiálech bude ústředním úkolem. Současně se doktorand bude zajímat řadou otevřených problémů: (i) vztahem mezi nabíjením a mechanickými/chemickými vlastnostmi materiálů, (ii) disipací a neutralizací elektrického náboje, (iii) nabíjením prášků za podmínek simulujících jejich reálnou průmyslovou produkci, (iv) vlivem nabíjení na zanášení stěn zařízení, a (v) nabíjením pro separaci a recyklaci plastových materiálů.

Jedná se o průkopnický projekt, který je vysoce aktuální a vhodný pro doktorandy se zájmem o fyzikálně-chemické základy výše popsaných dějů. Doktorand bude spolupracovat s vysoce kvalifikovanými doktorandy a postdoky v naší výzkumné skupině a bude také spolupracovat s evropskými partnery. Naše laboratoř je dobře připravena a vybavena pro studium triboelektrických a separačních procesů (Faradayovy nádoby, nabíjení v koroně, vysoko-napěťový separátor) a pro charakterizaci textury prášku a materiálových vlastností (mikro-tomografie, mikroskopie atomárních sil – AFM).

Info: telefon +420 220 44 3296, kancelář B-145, e-mail jkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Utváření mikro a nanostrukturovaných tepelně izolačních materiálů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Cílem tohoto projektu je optimalizace izolačních vlastností stávajících materiálů a vývoj nové generace izolačních materiálů na základě experimentálních a teoretických poznatků o utváření mikro- a nanostrukturovaných materiálů. Tyto materiály by výrazně snížily spotřebu energie na vytápění a také klimatizaci budov.

Připravovat mikro- a nanostrukturované materiály lze několika způsoby. Doktorand(ka) se bude věnovat zejména těmto metodám přípravy: (i) laserově a (ii) tlakově vyvolanému vypěňování a (iii) tepelně vyvolané fázové separaci. Laserově indukované vypěňování je zcela nová metoda, která umožňuje pozorovat prvopočátky utváření mikro- a nanostrukturovaných materiálů. Znalosti o prvopočátcích utváření takovýchto materiálů jsou nedostatečné, proto se stále ještě ve velkém nevyrábí mikro- a nanostrukturované materiály, jejichž tepelně izolační vlastnosti několikanásobně převyšují vlastnosti stávajících materiálů.

Tlakově vyvolané vypěňování umožňuje optimalizaci stávajících materiálů a používá se k tomu na místo běžně užívaných organických nadouvadel superkritický CO2, který je k životnímu prostředí šetrnější. Metoda tepelně indukované fázové separace umožňuje připravovat různé mikro- a nanostrukturované materiály. Tím se otevírají nejen nové aplikační možnosti daných materiálů, ale také vývoj nové generace izolačních materiálů.

Doktorand(ka) bude mít k dispozici laboratoře velmi dobře vybavené pro strukturní analýzu materiálů (optický mikroskop, mikro-CT, SEM, AFM, Hg porozimetr, He pyknometr, BET, konfokální Raman) včetně přístrojů pro studium sorpčních, transportních a tepelně izolačních vlastností. Doktorand(ka) bude spolupracovat s AV ČR a s NTC-ZČU a bude vyslán(a) na pracovní pobyt na některé z evropských spolupracovišť. Tato práce je podporována granty a průmyslovými spolupracemi.

Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mailjkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Vliv fyzikálních vlastností vsádek na přenos hmoty v různých typech bioreaktorů

Zedníková Mária, Ing. Ph.D. ( zed...@vscht.cz)
Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Výroba nových produktů v oblasti biotechnologie a farmacie je často spojena s kontinuální změnou fyzikálních vlastností kapalin v průběhu fermentačního procesu. Fyzikální vlastnosti vsádky ovlivňují zejména přenos hmoty mezi plynem a kapalinou a proto hrají klíčovou roli při návrhu bioreaktoru. Cílem doktorské práce je studium přenosu hmoty v závislosti na fyzikálních vlastnostech použitých kapalných medií (viskozita, přítomnost různých solí a povrchově aktivních látek) ve třech typech nejčastěji používaných bioreaktorů.
Práce je zamýšlena jako spolupráce Ústavu chemických procesů AV ČR (pracoviště školitelky) a VŠCHT Praha (pracoviště konzultanta) a vhodně se doplňuje s druhou prací vypsanou zde uvedeným konzultantem. Obě pracoviště jsou vybavena potřebnými aparáty, disponují třemi typy bioreaktorů i) mechanicky míchaná nádoba, ii) probublávaná kolona a iii) air-lift reaktor. Všechny typy reaktorů jsou uzpůsobeny pro měření objemového koeficientu přestupu hmoty stejnými metodami, které tudíž poskytnou porovnatelné výsledky.
Požadavky na uchazeče: VŠ vzdělání (magisterský studijní program) v oboru chemického inženýrství, strojního inženýrství, organické technologie, biotechnologie a podobných oborech; schopnost týmové, systematické a tvořivé práce; zájem o experimentální práci.
Zásady: 1. Prostudujte odbornou literaturu na téma vliv fyzikálních vlastností kapaliny na přenos hmoty v disperzi kapalina-plyn.
2. Osvojte si techniky měření fyzikálních vlastností kapalin a vlastností mezifázového povrchu (dynamické povrchové napětí, viskoelasticita povrchu). Osvojte si techniku měření objemového koeficientu přenosu hmoty dynamickou tlakovou metodou.
3. Proveďte systematická měření objemového koeficientu přestupu hmoty pro definované vsádky ve třech typech bioreaktorů: mechanicky míchaný reaktor, probublávaná kolona a air-lift reaktor.
4. Na základě získaných výsledků vyhodnoťte vliv různých fyzikálních vlastností na přenos hmoty v disperzi kapalina plyn.

Vliv fyzikálních vlastností vsádek na přenos hmoty v různých typech bioreaktorů

Zedníková Mária, Ing. Ph.D. ( zed...@vscht.cz)
Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Výroba nových produktů v oblasti biotechnologie a farmacie je často spojena s kontinuální změnou fyzikálních vlastností kapalin v průběhu fermentačního procesu. Fyzikální vlastnosti vsádky ovlivňují zejména přenos hmoty mezi plynem a kapalinou a proto hrají klíčovou roli při návrhu bioreaktoru. Cílem doktorské práce je studium přenosu hmoty v závislosti na fyzikálních vlastnostech použitých kapalných medií (viskozita, přítomnost různých solí a povrchově aktivních látek) ve třech typech nejčastěji používaných bioreaktorů.
Práce je zamýšlena jako spolupráce Ústavu chemických procesů AV ČR (pracoviště školitelky) a VŠCHT Praha (pracoviště konzultanta) a vhodně se doplňuje s druhou prací vypsanou zde uvedeným konzultantem. Obě pracoviště jsou vybavena potřebnými aparáty, disponují třemi typy bioreaktorů i) mechanicky míchaná nádoba, ii) probublávaná kolona a iii) air-lift reaktor. Všechny typy reaktorů jsou uzpůsobeny pro měření objemového koeficientu přestupu hmoty stejnými metodami, které tudíž poskytnou porovnatelné výsledky.
Požadavky na uchazeče: VŠ vzdělání (magisterský studijní program) v oboru chemického inženýrství, strojního inženýrství, organické technologie, biotechnologie a podobných oborech; schopnost týmové, systematické a tvořivé práce; zájem o experimentální práci.
Zásady: 1. Perform the literary research on the topic dealing with the effect of liquid physical properties on the mass transfer in gas-liquid dispersion..
2. Learn the measurement techniques of liquid physical properties and of interfacial properties (dynamic surface tension, interfacial viscoelasticity). Learn the measurement technique of volumetric mass transport coefficient by dynamic pressure method.
3. Perform the systematic measurements of volumetric mass transport coefficient for defined liquids in three types of bioreactors: stirred tank reactor, bubble column and air-lift reactor.
4. Based on the obtained results, evaluate the effect of various liquid properties on the mass transfer in the gas-liquid dispersion.

Vliv struktury kompozitních částic pro cílené doručování léčiv

Tokárová Viola, Ing. Ph.D. ( vio...@vscht.cz)
Zapouzdření aktivních látek do mikroskopických nosičů nachází své praktické uplatnění v potravinářském průmyslu, kosmetice a farmacii. Aktivní látka je tím chráněna od okolí a může být doručena až do místa účinku (např.: poškozená tkáň, nádorové onemocnění). Cílem této práce je připravit částice s různorodou architekturou a topografii (např.: jádro-slupka, mikro-strukturované částice, vláknitá struktura) a zkoumat vliv architektury částic na kinetiku vylučování zapouzdřené aktivní složky. Pro přípravu kompozitních částicových systémů v této práci budou využity metody rozprašovacího sušení, enkapsulace a mikrofluidiky. Aktivní složka bude vybrána s ohledem na biomedicínskou aplikaci.

Vliv struktury kompozitních částic pro cílené doručování léčiv

Tokárová Viola, Ing. Ph.D. ( vio...@vscht.cz)
Zapouzdření aktivních látek do mikroskopických nosičů nachází své praktické uplatnění v potravinářském průmyslu, kosmetice a farmacii. Aktivní látka je tím chráněna od okolí a může být doručena až do místa účinku (např.: poškozená tkáň, nádorové onemocnění). Cílem této práce je připravit částice s různorodou architekturou a topografii (např.: jádro-slupka, mikro-strukturované částice, vláknitá struktura) a zkoumat vliv architektury částic na kinetiku vylučování zapouzdřené aktivní složky. Pro přípravu kompozitních částicových systémů v této práci budou využity metody rozprašovacího sušení, enkapsulace a mikrofluidiky. Aktivní složka bude vybrána s ohledem na biomedicínskou aplikaci.

Vývoj a aplikace digitálního dvojče bioreaktoru pro modelování produkce biofarmaceutik

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Výroba biofarmaceutik se obvykle provádí v míchaných a probublávaných bioreaktorech, které kombinují tok tekutin a metabolismus mikroorganismů za vzniku konečného produktu v požadovaném množství a kvalitě. Často však souhra mezi špatným mícháním, nízkými koncentracemi rozpuštěného kyslíku, vysokým množstvím CO2 a vysokým smykovým napětím negativně ovlivňuje chování buněk, což má za následek nižší množství produktu a sníženou kvalitu produktu. V tomto projektu použijeme nedávno vyvinutý CFD model míchaného a probublávaného bioreaktoru, který je schopen předpovědět smykové napětí a dobu míchání, a rozšířit jej o výpočet koncentrace rozpuštěného O2 a CO2, metabolizmus substrátu a uvolňování metabolických produktů. Informace o toku tekutin budou kombinovány s hybridním modelem popisujícím podrobný metabolismus mikroorganizmů kultivovaných v bioreaktoru. Parametry modelu budou získány z experimentálních dat měřeným ve fermentorech různých velikostí. Po ověření bude vyvinutý model použit k testování a návrhu úprav stávajících fermentorů za účelem optimalizace fermentačního procesu.

Vývoj a aplikace digitálního dvojče bioreaktoru pro modelování produkce biofarmaceutik

Šoóš Miroslav, prof. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Výroba biofarmaceutik se obvykle provádí v míchaných a probublávaných bioreaktorech, které kombinují tok tekutin a metabolismus mikroorganismů za vzniku konečného produktu v požadovaném množství a kvalitě. Často však souhra mezi špatným mícháním, nízkými koncentracemi rozpuštěného kyslíku, vysokým množstvím CO2 a vysokým smykovým napětím negativně ovlivňuje chování buněk, což má za následek nižší množství produktu a sníženou kvalitu produktu. V tomto projektu použijeme nedávno vyvinutý CFD model míchaného a probublávaného bioreaktoru, který je schopen předpovědět smykové napětí a dobu míchání, a rozšířit jej o výpočet koncentrace rozpuštěného O2 a CO2, metabolizmus substrátu a uvolňování metabolických produktů. Informace o toku tekutin budou kombinovány s hybridním modelem popisujícím podrobný metabolismus mikroorganizmů kultivovaných v bioreaktoru. Parametry modelu budou získány z experimentálních dat měřeným ve fermentorech různých velikostí. Po ověření bude vyvinutý model použit k testování a návrhu úprav stávajících fermentorů za účelem optimalizace fermentačního procesu.

Vývoj metodiky zvětšování měřítka (scaling-up) průmyslových míchaných reaktorů

Moucha Tomáš, prof. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Mezi zařízení často v průmyslu používaná k intenzifikaci kontaktu plynu a kapaliny patří mechanicky míchané nádoby. Příkladem průmyslových aplikací takových zařízení mohou být kromě aerobních fermentací (kdy hovoříme o fermentoru) rovněž chlorace nebo hydrogenace (kdy hovoříme o vícefázovém míchaném reaktoru). V mnoha případech je produkční kapacita zařízení dána rychlostí absorpce či desorpce plynu do/z kapaliny (například limitace kyslíkem, či odvodem produkovaného CO2), tj. slovy chemického inženýrství dějem určujícím rychlost celého procesu je mezifázový transport hmoty mezi plynem a kapalinou. Klíčovým parametrem při návrhu takových zařízení je potom objemový koeficient přestupu hmoty kLa. Cílem výzkumu je nalézt metodiku návrhu průmyslových zařízení pro procesy, ve kterých je rychlost určujícím dějem mezifázový transport hmoty. Jedná se o návrhy na základě dat měřených v zařízeních laboratorního a poloprovozního měřítka, tedy o formulaci pravidel pro scaling-up. Za tímto účelem byla v laboratorních nádobách průměru 20 a 30 cm již dříve provedena rozsáhlá měření příkonu, zádrže plynu a objemového koeficientu přestupu hmoty v různých typech vsádek (koalescentní, nekoalescentní, viskózní) a s různými typy míchadel (různé směry čerpání od radiálního k axiálnímu) včetně uspořádání s kombinací více míchadel na společné hřídeli. V posledních letech jsou vedeny experimenty na poloprovozní aparatuře s nádobou průměru 60 cm se třemi míchadly na společné hřídeli. Aparatura je vybavena moderním software řízení a sběru dat používaným v průmyslu. V poloprovozní nádobě byla provedena měření s čistou vodou a s roztokem síranu sodného, což reprezentuje koalescentní a nekoalescentní vsádku. Nyní jsou vedeny experimenty ve vsádce s vyšší viskozitou, neboť takové vsádky se vyskytují v mnoha biochemických výrobách. V mnoha aplikacích se také jedná o suspenze s mikroorganismy, jejichž kolonie tvoří významný podíl pevné fáze ve vsádce, čímž ovlivňují hodnoty transportních charakteristik. Je proto třeba proměřit transportní charakteristiky za těchto situací. Cílem doktorské práce je opatřit soubor transportních charakteristik měřením na poloprovozní nádobě, kde bude použita kapalná vsádka s vyšší viskozitou odpovídající kapalinám v biochemických výrobách, a v nádobě průměru 30 cm za přítomnosti pevných částic. Z transportních charakteristik budou proměřovány příkon míchadel, zádrž plynu a objemový koeficient přestupu hmoty, kLa. Na základě analýzy dat změřených na zařízeních různých velikostí bude hledána metodika využití dat z laboratorního zařízení k návrhu zařízení průmyslové velikosti. Doktorand se seznámí s matematickými modely mezifázového transportu hmoty, s měřícím a řídícím software používaným v průmyslu a se způsoby měření mezifázového transportu hmoty ve větší šíři, neboť bude pracovat v kolektivu zabývajícím se také návrhy destilačních a absorpčních kolon a bublaných kolon s ejektorem. Další informace: Tomáš Moucha, tel. 2044 3299, budova B, přízemí, č.dv. T02a, e-mail mouchat@vscht.cz
Zásady: 1. Get familiar with the methodology of industrial gas-liquid contactors (GLC) design and with the basics of an interfacial mass transfer.
2. Get familiar with the transport characteristics used in industrial GLC design and study the interfacial mass transfer theories
3. Learn the experimental techniques to determine the transport characteristics needed in industrial GLC design and get familiar with the evaluation models
4. Build a plan of experiments and evaluation procedures to obtain original results complementary with those measured on the workplace earlier
5. With the use of the database already developed on the workplace, expand the design methodology of GLC, for example, by liquid viscosity effect

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Vývoj 3D buněčných kultur pro testování nosičů léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Selektivní adheze koloidních nosičů používaných pro doručování léčiv k buňkám cílové tkáně je klíčovým předpokladem pro jejích úspěšnou aplikaci. Testování in vivo s sebou kromě vysoké nákladnosti a etických otázek přináší i řadu technických problémů, zejména relevanci zvířecích modelů. Alternativním přístupem je použití metod tkáňového inženýrství a testování koloidních nosičů přímo na "virtuálních orgánech" připravených ex vivo, avšak obsahujících buněšné linie vlastní budoucímu hostitelskému organismu. Cílem práce je rozpracovat tuto metodologii a využít ji pro vyhodnocovnání a screening chemických robotů.

Vývoj 3D buněčných kultur pro testování nosičů léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Selektivní adheze koloidních nosičů používaných pro doručování léčiv k buňkám cílové tkáně je klíčovým předpokladem pro jejích úspěšnou aplikaci. Testování in vivo s sebou kromě vysoké nákladnosti a etických otázek přináší i řadu technických problémů, zejména relevanci zvířecích modelů. Alternativním přístupem je použití metod tkáňového inženýrství a testování koloidních nosičů přímo na "virtuálních orgánech" připravených ex vivo, avšak obsahujících buněšné linie vlastní budoucímu hostitelskému organismu. Cílem práce je rozpracovat tuto metodologii a využít ji pro vyhodnocovnání a screening chemických robotů.

Zvětšování měřítka procesu farmaceutického rozprašovací sušení

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Syntéza a výroba léčiv - Léčiva a biomateriály

Zvětšování měřítka procesu farmaceutického rozprašovací sušení

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

CFD simulace toku vzduchu a křížové kontaminace ve výrobních prostorách

Kašpar Ondřej, Ing. Ph.D. ( KAS...@vscht.cz)
Dohnal Jiří, Ing. Ph.D. ( jir...@zentiva.cz)
Jedním ze závažných problémů, které musí současný farmaceutický průmysl řešit je riziko křížové kontaminace. Jedná se o stav, kdy se do vyráběného produktu v jisté fázi výroby dostanou cizorodé látky. Mezi nejrizikovější cizorodé látky patří účinné látky, které jsou ve výrobních prostorách přítomny při paralelní výrobě jiného produktu. Tomuto se dá předejít vhodným designem prostor s patřičnou výměnou vzduchu. CFD výpočetní nástroje založené na metodě konečných prvků (FEM) dovolují řešení komplexních fyzikálních problému jako je například tok vzduchu v uzavřených prostorách a studium depozice částic v čase. Předmětem práce bude využít CFD nástrojů k výpočtu rychlostních polí a studium depozice modelových částic reprezentujících prach vznikající při běžných operacích farmaceutického průmyslu, např. tabletování či granulace.
Ústav chemického inženýrství

Modulární hydrogeloví mikroroboti

Řehoř Ivan, RNDr. Ph.D. ( REH...@vscht.cz)
Miniaturizace robotů na velikost desítek mikronů umožní jejich užití v dosut nepřístupných oblastech, jako je kontrolovaná doprava léčiv, či mikrochirurgie. Ukazuje se, že použití měkkých materiálů, které konají mechanickou práci pomocí deformace je klíčové pro snížení mechatronické náročnosti robotů a umožňuje jejich miniaturizaci, které není možné dosáhnout s tradičními konstrukčními přístupy. V naší skupině jsme nedávno vyvinuli hydrogelové mikroroboty, schopné plait se po podložce a poháněné světlem (https://www.youtube.com/watch?v=PQOXS7f9rDg). Spousta budoucích aplikací takovýchto mikrorobotů předpokládá jejich schopnost autoomní kooperace a schopnost spojovat se do větších funkčních celků. Modulární konektivita individuálních robotů byla experimentálně zkoumána v makroměřítku. Cílem tohoto projektu je zkoumat nové přístupy pro spojován jednotlivých robotů v mikroměřítku, založné na chemickém rozpoznávání. Vzniklé robotické superstruktury budou testovány pro schopnosti vykonávat práci, například schopnost uchopit objekt.
Zásady: 1. Zvládnout metodu stop-flow litografie (SFL)
2. Vyrobit pomocí SFL hydrogelové mikroroboty schopné pohybu plazenim po substratu
3. vyvinout metody pro spojování robotů pomocí jejich kovalentní-nekovalentní interakce
4. vyvinout algoritmy pohybu robotů po subrtrátu, které povedou k jejich spojování do větších funkčních celků pomocí metody vyvinuté v bodě 3.
Ústav chemického inženýrství

Modulární hydrogeloví mikroroboti

Řehoř Ivan, RNDr. Ph.D. ( REH...@vscht.cz)
Miniaturizace robotů na velikost desítek mikronů umožní jejich užití v dosut nepřístupných oblastech, jako je kontrolovaná doprava léčiv, či mikrochirurgie. Ukazuje se, že použití měkkých materiálů, které konají mechanickou práci pomocí deformace je klíčové pro snížení mechatronické náročnosti robotů a umožňuje jejich miniaturizaci, které není možné dosáhnout s tradičními konstrukčními přístupy. V naší skupině jsme nedávno vyvinuli hydrogelové mikroroboty, schopné plait se po podložce a poháněné světlem (https://www.youtube.com/watch?v=PQOXS7f9rDg). Spousta budoucích aplikací takovýchto mikrorobotů předpokládá jejich schopnost autoomní kooperace a schopnost spojovat se do větších funkčních celků. Modulární konektivita individuálních robotů byla experimentálně zkoumána v makroměřítku. Cílem tohoto projektu je zkoumat nové přístupy pro spojován jednotlivých robotů v mikroměřítku, založné na chemickém rozpoznávání. Vzniklé robotické superstruktury budou testovány pro schopnosti vykonávat práci, například schopnost uchopit objekt.
Zásady: 1. Zvládnout metodu stop-flow litografie (SFL)
2. Vyrobit pomocí SFL hydrogelové mikroroboty schopné pohybu plazenim po substratu
3. vyvinout metody pro spojování robotů pomocí jejich kovalentní-nekovalentní interakce
4. vyvinout algoritmy pohybu robotů po subrtrátu, které povedou k jejich spojování do větších funkčních celků pomocí metody vyvinuté v bodě 3.
Ústav chemického inženýrství

Tvorba mikrostrukturovaných materiálů metodami samoskladby

Řehoř Ivan, RNDr. Ph.D. ( REH...@vscht.cz)
Samoskladba je spontánní uspořádávání jednotek - stavebních bloků - do uspořádaných struktur. Uspořádaná struktura má nejnižší energii ze všech možných uspořádání stavebních bloků a snižování této energie je je hybnou silou samoskladby. Uspořádání vzniklé struktury je určeno vlastnostmi stavebních bloků, jejich tvarem, materiálovou anizotropíí, povrchovými vlastnostmi atd. Ladění těchto vlastností tak, aby byla dosažena chtěná struktura může být nazíráno jako programování a je jednou z možností jak konstruovat mikro a nanostrukturované materiály. Otázka velikosti je při samoskladbě klíčová, zatímco malé stavební bloky (pod 2 mikrony) jsou schopny minimalizovat svoji energii v průběhu samoskladby díky brownovskému pohybu, který jim umožňuje měnit vzájemnou pozici a orientaci. Větší stavební jednotky to nedokáží a mají proto tendeci v průběhu samoskladby zamrzat v nerovnovážných pozicích.
Nedávno jsme představili postupy, které umožňují uspořádávat anizotropní hydrogelové mikročástice do uspořádaných 2D struktur. Vyvinuli jsme nové mechanismy, umožňující kontrolovat orientaci stavebních bloků během samoskladby a tím překonávat lokální minima kinetické energie. Uspořádané částice mohou být posléze spojeny pomocí kovalentních vazeb jednotlivých mikročástic. Získané struuktury mají využití v mikrorobotice, v přípravě metamateriálů i v tkáňovém inženýrství. Cílem dizertační práce je dále rozvíjet metody samoskladby hydrogelových mikročástic, kombinovat je s přímým uspořádáváním pomocí mobilních mikrorobotů vyvinutých v našem týmu (https://www.youtube.com/watch?v=PQOXS7f9rDg) a používal vzniklé struktury ve výše zmíněných aplikacích.
Ústav chemického inženýrství

Tvorba mikrostrukturovaných materiálů metodami samoskladby

Řehoř Ivan, RNDr. Ph.D. ( REH...@vscht.cz)
Samoskladba je spontánní uspořádávání jednotek - stavebních bloků - do uspořádaných struktur. Uspořádaná struktura má nejnižší energii ze všech možných uspořádání stavebních bloků a snižování této energie je je hybnou silou samoskladby. Uspořádání vzniklé struktury je určeno vlastnostmi stavebních bloků, jejich tvarem, materiálovou anizotropíí, povrchovými vlastnostmi atd. Ladění těchto vlastností tak, aby byla dosažena chtěná struktura může být nazíráno jako programování a je jednou z možností jak konstruovat mikro a nanostrukturované materiály. Otázka velikosti je při samoskladbě klíčová, zatímco malé stavební bloky (pod 2 mikrony) jsou schopny minimalizovat svoji energii v průběhu samoskladby díky brownovskému pohybu, který jim umožňuje měnit vzájemnou pozici a orientaci. Větší stavební jednotky to nedokáží a mají proto tendeci v průběhu samoskladby zamrzat v nerovnovážných pozicích.
Nedávno jsme představili postupy, které umožňují uspořádávat anizotropní hydrogelové mikročástice do uspořádaných 2D struktur. Vyvinuli jsme nové mechanismy, umožňující kontrolovat orientaci stavebních bloků během samoskladby a tím překonávat lokální minima kinetické energie. Uspořádané částice mohou být posléze spojeny pomocí kovalentních vazeb jednotlivých mikročástic. Získané struuktury mají využití v mikrorobotice, v přípravě metamateriálů i v tkáňovém inženýrství. Cílem dizertační práce je dále rozvíjet metody samoskladby hydrogelových mikročástic, kombinovat je s přímým uspořádáváním pomocí mobilních mikrorobotů vyvinutých v našem týmu (https://www.youtube.com/watch?v=PQOXS7f9rDg) a používal vzniklé struktury ve výše zmíněných aplikacích.
Ústav chemického inženýrství


Přehled projektů doktorského studia nabízených Ústavem chemických procesů Akademie věd ČR naleznete →ZDE

Aktualizováno: 24.2.2020 11:43, Autor: fchi

VŠCHT Praha
Technická 5
166 28 Praha 6 – Dejvice
IČO: 60461373
DIČ: CZ60461373

Datová schránka: sp4j9ch

Copyright VŠCHT Praha 2014
Za informace odpovídá Oddělení komunikace, technický správce Výpočetní centrum

VŠCHT Praha na sociálních sítích
zobrazit plnou verzi