Laboratoř organické fotochemie

prof. RNDr. Petr Klán, Ph.D.

Laboratoř organické fotochemie je zapojena do výzkumných projektů, které se zabývají vývojem fotoaktivovatelných sloučenin, fluorescenčních značek a molekulárních senzorů pro biologii, studiem mechanismů fotochemických reakcí a environmentální fotochemií. Multidisciplinární výzkumné projekty zahrnují organickou syntézu, molekulární spektroskopii, chemickou kinetiku, určování struktur organických molekul, časově rozlišenou spektroskopii a výpočetní chemii.

Laboratoř organické syntézy a medicinální chemie

doc. Mgr. Kamil Paruch, Ph.D., doc. Jakub Švenda, PhD.

Laboratoř se zaměřuje na vývoj syntetických metodologií a strategií pro přípravu netriviálních organických molekul pro aplikace v biomedicinálním výzkumu. Cílem jsou biologicky aktivní syntetické nebo přírodní látky, které obsahují zajímavý farmakofor a/nebo strukturní komplexitu představující výzvu pro moderní organickou syntézu. Aktivita připravených molekul je testována ve spolupráci s vynikajícími českými a zahraničními biology. Současné projekty se věnují přípravě malých molekul schopných ovlivňovat vybrané lidské kinázy, adenylyl cyklázy a nukleázy.

Laboratoř supramolekulární chemie

prof. Ing. Vladimír Šindelář, Ph.D.

Skupina vyvíjí nové supramolekulární receptory, které jsou schopné ve své kavitě vázat malé molekuly a ionty. Zvláště nás zajímají dvě skupiny sloučenin: cucurbitutily a bambusurily. Tyto makrocycly jsou tvořeny stejným stavebním blokem, glykolurilem, ale interagují s velice odlišnými látkami. K výzkumu v oblasti cucurbiturilů přispíváme zejména v oblasti jejich modifikace a také přípravou molekulárních přepínačů vycházejících z těchto makrocyklů. Bambusurily byly vyvinuty v naší skupině v roce 2010. Později jsme ukázali, že bambusurily jsou velmi dobré receptory pro různé organické anionty a to jak ve vodě, tak i v organických rozpouštědlech. V současné době zkoumáme potenciál bambusurilů pro detekci a transport aniontů.​

Laboratoř bioorganické a peptidové chemie (bude založena v říjnu 2025)

Mgr. Tomáš Fiala, Ph.D.

Výzkumná skupina vyvíjí a studuje syntetické peptidy se zvláštním zájmem o samoskládající se (self-assembling) systémy. Zaměřujeme se především na trojšroubovicové kolagenové peptidy a dvoušroubovicové peptidové nukleové kyseliny. Tyto systémy využíváme jako molekulární nástroje pro studium interakcí biomolekul a jako platformy pro vývoj chemických reakcí řízených vynucenou blízkostí (proximity-driven reactions). Naše úsilí v oblasti značení vynucenou blízkostí (proximity-labeling) produkuje sondy pro cílené editování struktur biomolekul. Laboratoř má multidisciplinární expertízu v oblasti organické syntézy, automatizované syntézy peptidů, fyzikálně-organické chemie, biofyziky peptidů a chemické biologie. Jako vývojáři molekulárních nástrojů rádi spolupracujeme na uvedení našich chemických sond do praxe.

Laboratoř analytické koordinační a supramolekulární chemie

prof. RNDr. Přemysl Lubal, Ph.D.

Laboratoř se zabývá fyzikálně-chemickým studiem termodynamických a kinetických vlastností jak makrocyklických ligandů a jejich kovových komplexů tak jiných supramolekulárních systémů za účelem jejich využití v (bio)analytické a medicinální chemii. Další významným směrem výzkumu je vývoj chemosensorů a senzorových polí pro detekci pomocí optických i elektroanalytických metod nebo syntéza a aplikace nanočástic pro využití v (bio)analytické chemii. V neposlední řadě se věnujeme taktéž inovaci a didaktice analytické chemie. Tyto interdisciplinární výzkumné projekty na pomezí analytické, koordinační, fyzikální chemie stejně jako biochemie jsou řešeny v rámci spolupráce s výzkumnými skupinami v České republice i zahraničí.

Laboratoř atomové spektrochemie

prof. RNDr. Viktor Kanický, DrSc.

Skupina se zaměřuje na základní výzkum interakce laserového záření pulsního laseru se vzorkem pro účely zavádění vzorku do zdroje indukčně vázaného plazmatu s detekcí iontů hmotnostní spektrometrií (LA-ICP-MS) nebo optickou emisní spektrometrií (LA-ICP-OES) a pro studium a využití laserem vzbuzeného výboje v atmosféře nad povrchem vzorku pro optickou emisní spektrometrii (LIBS). Analytické aplikace jsou založeny na vývoji nových, původních metod s využitím plazmové spektrometrie pro analýzu biologických, geologických a environmentálních materiálů a předmětů kulturního dědictví. Pro prvková stanovení v rozsahu od hlavních složek až po ultrastopové obsahy jsou využívány metody hmotnostní spektrometrie v indukčně vázaném plazmatu (ICP-MS), hmotnostní spektrometrie v indukčně vázaném plazmatu s laserovou ablací (LA-ICP-MS), atomové emisní spektrometrie se zdrojem ICP (ICP-OES), spektrometrie laserem buzeného plazmatu (LIBS) a rentgenfluorescenční spektrometrie s energiovou dispersí ED-XRF). Výzkumná témata představují prvková zobrazovaní biologických tkání s cílem monitorování vlivu protinádorových léčiv (LA-ICP-MS), studium použití kovových nanočástic pro imunoanalýzu (LA-ICP-MS), zobrazování distribuce prvků a izotopů v horninách a minerálech pro studium geochemických procesů (LA-ICP-MS, LIBS), vývoj programových nástrojů pro zpracování spektrálních dat a tvorbu obrazu, výzkum a vývoj nových metod pro přímou analýzu pevných vzorků geologických materiálů a pokročilých technologických materiálů (ED-XRF, LIBS, LA-ICP-MS). Výzkum je dále zaměřen na rozklad vzorků a jejich převod do roztoku s použitím moderních technologií (mikrovlnný rozklad, indukční tavení) pro analýzu ICP-OES, ICP-MS a AAS a pro přípravu vzorků pro pevnolátkovou analýzu (LA-ICP-MS, LIBS, ED-XRF). Základní výzkum je soustředěn na studium vlivu parametrů laserové ablace na distribuci částic aerosolu a jejich vaporizaci v plazmatu s důsledky pro frakcionaci prvků a izotopů a dále na studium vlastnosti ablatovaného povrchu včetně drsnosti a pokrytí nanočásticemi na distribuci aerosolu a analytický signál. LIBS je studován jako nová metoda pro imunoanalýzu s použitím nanočástic, pro studium bioakumulace nanočástic a kvantových teček v rostlinách. Pomocí atomové absorpční a fluorescenční spektrometrie je studována kontaminace antarktických biotických a abiotických vzorků.

Laboratoř bioanalytické instrumentace

prof. Mgr. Jan Preisler, Ph.D.

Výzkum skupiny se zaměřuje na vývoj přístrojů a metod pro rychlejší a citlivější bioanalýzu. Používáme hmotnostní spektrometrii pro zobrazování biologických tkání, kapilární elektroforézu spojenou s hmotnostní spektrometrií nebo laserem indukovanou fluorescencí pro separace. Zabýváme se také bioanalytickými aplikacemi nanočástic.

Laboratoř separačních metod

doc. RNDr. Jiří Urban, Ph.D.

Laboratoř se zaměřuje na vývoj nových separačních metod využitelných pro dělení nízko- a vysokomolekulárních látek. Využívá monolitické stacionární fáze na bázi organických polymerů, jejichž povrch cíleně modifikují vhodnými funkčními skupinami. Věnují se také vývoji nových experimentálních uspořádání pro vícerozměrnou chromatografickou analýzu.

Laboratoř luminiscenčních metod

doc. Mgr. Petr Táborský, Ph.D.

Výzkumná skupina je v současnosti zapojená do celé řady interdisciplinárních projektů v oblastech na pomezí analytické, medicinální, fyzikální chemie a biochemie. Kromě luminiscenční spektroskopie v našem výzkumu využíváme různé spektroskopické, mikroskopické a separační techniky.

Laboratoř aplikované kvantové chemie

doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.

Výzkumná skupina se aktuálně věnuje čtyřem oblastem výzkumu:

• Mechanismus bromoborace alkynů: Kvantově-chemické studium možných reakčních cest; založeno na úzké spolupráci s experimentalisty. Tematicky na pomezí fyzikální a organické chemie.
• Diels-Alderovy reakce vedoucí ke vzniku derivátů forskolinu: Studium reakčních cest a analýza orbitálních interakcí. Založeno na úzké spolupráci s experimentální skupinou doc. Kamila Parucha a dr. Jakuba Švendy. Tematicky na pomezí fyzikální a organické chemie.
• Strukturní studium hybridních silikofosfátů: Identifikace strukturních modelů, vztahy mezi strukturou a NMR parametry, vliv koordinačního okolí Si a P v prekurzorech na tvorbu center SiO₆ v polymerních silikofosfátech. Založeno na úzké spolupráci se skupinou Prof. Jiřího Pinkase a dr. Aleše Stýskalíka. Tematicky na pomezí fyzikální, anorganické a materiálové chemie.
• Interakce thioredoxin reduktázy s komplexy Au s ohledem na katalytickou aktivitu enzymu. Založeno na analýze publikovaných experimentálních dat a v úzké spolupráci s teoretickou skupinou prof. Jaroslava V. Burdy, UK Praha. Tematicky na pomezí fyzikální chemie a biochemie.

Výzkumná skupina ledové (foto)chemie a (foto)fyziky

doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D.

Skupina se věnuje výzkumu fyzikálně-chemických vlastností ledů a jejich interakcí s přítomnými látkami, racionální optimalizací procesu mrazení pro bezztrátovou kryo- a lyoprotekci biochemicky významných látek. Dále se zabýváme objasněním chování látek v ledové matrici pomocí spektroskopických, elektrochemických a mikroskopických technik a v neposlední řadě také chemickou aktinometrií se zaměřením na toky fotonů procházejících ledem. Uplatnění našeho základního výzkumu směřuje k užitečnosti pro farmaceutické mrazení a pro environmentální vědy.

Laboratoře biofyzikální a proteinové chemie

doc. RNDr. Mgr. Jozef Hritz, Ph.D.

Výzkumná skupina biofyzikální a proteinové chemie se zabývá přípravou a charakterizací vybraných a specifických typů proteinů připravených s využitím geneticky modifikovaných organismů. Dále se zabývá studiem interakce vybraných proteinů a jejich vzájemných interakcí pomocí bioinformatických softwarů. Výpočty strukturní komplementarity vybraných proteinů a jejich specifických zbytků. Moderní vědecký výzkum se v rámci mezinárodních projektů zaměřuje na oblasti molekulární biofyziky a strukturní biologie. Výzkumná skupina je ve spolupráci s výzkumným centrem CEITEC-MU, v současné době zapojena do projektů ADDIT-CE, InterTau a GAMU-Interdisciplinary. Výzkum realizovaný v rámci těchto projektů je zaměřen především na zlepšení diagnostiky patologických změn u pacientů trpících neurodegenerativními onemocněními mozku, jako je Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba.

Výzkumná skupina elektrochemie

prof. RNDr. Jan Hrbáč, Ph.D.

Výzkumná skupina se specializuje na vývoj senzorů a elektrochemických detektorů určených pro detekci nízkomolekulárních látek s enviromentálním, farmaceutickým a biomedicínským významem. Hlavním zaměřením našeho výzkumu je design a experimentální ověřování funkčních vrstev, které poskytují elektrodám potřebnou citlivost a selektivitu vůči analyzovaným substancím. Věnujeme se také vývoji detektorů pro průtokovou injekční analýzu (FIA) a vysokoúčinnou kapalinovou chromatografii (HPLC). Další výzkumnou oblastí je vývoj elektrochemických postupů pro tvorbu nanostrukturovaných kovových vrstev, které jsou aplikovatelné jako substráty pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii (SERS).

Laboratoř strukturní chemie

prof. RNDr. Radek Marek, Ph.D.

Výzkumná skupina se zabývá rozvojem nukleární magnetické rezonance (NMR) umožňující stanovit vazebné a prostorové uspořádání atomů v molekulárních a supramolekulárních systémech. Věnujeme se vývoji teoretických konceptů i praktickým aplikacím. Předmětem výzkumu jsou zejména biologicky aktivní koordinační komplexy přechodných kovů zahrnující protinádorová metaloléčiva na bázi platiny a ruthenia a kontrastní látky pro MRI diagnostiku obsahující ionty vybraných lanthanoidů. Připravované komplexní sloučeniny jsou dále studovány v kombinaci s makrocyklickými nosiči vedoucí ke vzniku supramolekulárních inkluzních systémů s vyšší efektivitou biologického účinku. Pro určení a predikci NMR posunů stavebních atomů paramagnetických koordinačních sloučenin, vazebné afinity metaloléčiv k transportním nosičům a supramolekulárního uspořádání komplexních systémů jsou v rámci našeho výzkumu využívány vedle experimentální NMR spektroskopie také metody DFT výpočetní chemie a molekulového modelování.

Výzkumná skupina modelování materiálů

doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D.

Výzkumná skupina modelování materiálů se zabývá modelováním převážně kovových soustav, které jsou zajímavé jak z hlediska materiálového výzkumu, tak fyzikálně-chemických vlastností. V našem výzkumu aplikujeme dva typy výpočtů: kvantově-mechanické a semiempirické termodynamické. Kvantově-mechanické výpočty založené na DFT (Density Functional Theory, teorii funkcionálu hustoty) nám poskytují informace o struktuře, energetice a magnetismu jednotlivých materiálů včetně posouzení vlivu strukturních defektů na jejich vlastnosti. Semiempirické termodynamické modelování založené na metodě CALPHAD (CALculations of PHase Diagrams) nám zase poskytuje informace o fázových rovnováhách a diagramech komplexních kovových soustav a termodynamických vlastnostech studovaných struktur. Mezi studované materiály patří termoelektrika, magnetické nanočástice, materiály s povrchem indukovaným magnetismem, nebo s potenciálním využitím pro uchovávání vodíku, karbidy křemíku, speciální oceli atd. Ze studovaných fází věnujeme pozornost například sigma a Lavesovým fázím, které významně ovlivňují mechanické vlastnosti materiálů. Mezi problémy, které mají význam spíše z teoretického hlediska, patří modelování fázových rovnovah za nízkých teplot či optimalizace a hledání vhodných modelů, které by plně vystihovaly fyzikální podstatu a chování fází. Námi studované jevy jsou na spolupracujících pracovištích analyzovány i experimentálně, například pomocí elektronové mikroskopie, rentgenové difrakce či termické analýzy.

Laboratoř syntézy materiálů a jejich prekurzorů

prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.

Výzkum naší skupiny je zaměřen do několika oblastí syntézy anorganických materiálů. Připravujeme mesoporézní materiály s velkým povrchem – fosfokřemičitany, metalokřemičitany a metalofosforečnany a z nich odvozené anorganicko-organické hybridní materiály. Používáme k tomu námi vyvinutou syntetickou metodu založenou na nehydrolytických sol-gelových reakcích, které jsou unikátní v tom, že probíhají za vyloučení vlhkosti a jsou založeny na snadné eliminaci malých molekul. Tyto reakce vedou k materiálům s vysoce homogenní distribucí komponent. Také používáme molekulární stavební jednotky na bázi kubického sferosilikátu (Me₃Sn)₈Si₈O₂₀ a zabudováváme je do porézních sítí pomocí reakcí s alkylkovy nebo halogenidy kovů a následným zesítěním pomocí bifunkčních silylchloridů. Tyto reakce vedou k dobře definovaným katalytickým centrům zabudovaným v porézních silikátových matricích. Další oblastí je chemická syntéza nano a mikrovláken pomocí elektrostatického zvlákňování. Připravujeme vlákna siliky, oxidů kovů, sulfidů a elementárních kovů. Např. WS₂ nanovlákna jsou složena z nanostruktur na bázi anorganických fullerenů. Termolytické, sonochemické a redukční reakce používáme k přípravě nanočástic kovů, slitin, směsných oxidů kovů a fosfátů. Získané materiály jsou zajímavé pro své chemické, katalytické a magnetické vlastnosti. Náš výzkum je také zaměřen na syntézu nových polytopických fosfonátových ligandů a jejich použití pro konstrukci polyjaderných homo- a heterometalických fosfonátových komplexů přechodných kovů a lanthanoidů a koordinačních polymerů se zajímavými vlastnostmi (magnetické, porézní, luminiscentní).

Laboratoř pro výzkum struktury a vlastností kovových systémů

prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc.

Jedním z pilířů vědecké činnosti skupiny je teoretické studium elektronové struktury a mechanických i magnetických vlastností materiálů obsahujících rozlehlé poruchy (hranice zrn, antifázové a mezifázové hranice). Zabýváme se také studiem vlastností povrchů a povrchových jevů. Vycházíme zde ze základních rovnic kvantové mechaniky, což nám umožňuje hlubší pochopení vnitřní stavby materiálů a souvislostí mezi jejich strukturou a technicky důležitými vlastnostmi.

Důležitou součástí skupiny je laboratoř termické analýzy a hmotnostní spektrometrie, která se zabývá výzkumem tepelných efektů, zejména fázových přeměn, studiem termodynamických vlastností, termodynamických a povrchových dějů a reakční kinetiky metodami diferenční skenovací kalorimetrie (DSC), diferenční termické analýzy (DTA) a Knudsenovy efúzní hmotnostní spektrometrie (KEMS). Výzkum je orientován především na oblast studia termoelektrických materiálů, nanostrukturovaných a nano materiálů, a příbuzných soustav.

Další oblast činnosti výzkumné skupiny představuje teoretické a experimentální studium nanočástic kovů a jejich slitin a soustav s termoelektrickými fázemi. V teoretické oblasti se zabýváme predikcí fázových diagramů těchto materiálů a soustav a zejména jejich ověřováním. Těžiště experimentální oblasti tvoří syntéza a charakterizace nanočástic a slitin pro termoelektrické aplikace.

Výzkumná skupina chemie pro konzervování a restaurování, spektrometrie LIBS, XRF a ICP OES

doc. Mgr. Karel Novotný, Ph.D.

Výzkumná skupina se zaměřuje na vývoj postupů, metod a materiálů pro konzervování a restaurování předmětů vyrobených z anorganických (kovy, kámen, keramika, sklo), organických (dřevo, papír, kůže, textil) i polymerních (nanovlákenné netkané textilie, kaučuk, aj.) materiálů. Vývoj metodik je koncipován tak, aby byly použitelné pro pracovníky odpovědné za ochranu a restaurování sbírkových předmětů jako jsou např. pracovníci muzeí, archívů, galerií nebo skanzenů. Výzkum je dále zaměřen na využití plazmatu, konkrétně na roztokovou analýzu pomocí optické emisní spektrometrie indukčně vázaného plazmatu (ICP-OES) a využití plazmového výboje při ošetření sbírkových předmětů. Skupina se rovněž věnuje vývoji metod pro analýzu pevných vzorků pomocí Rentgen-fluorescenční spektrometrie (XRF) a spektroskopie laserem buzeného plazmatu LIBS.

Laboratoř syntézy, charakterizace a aplikace heterogenních katalyzátorů

Mgr. Aleš Stýskalík, Ph.D.

Výzkumná skupina se zabývá syntézou nových materiálů (především amorfních křemičitanů a fosforečnanů různých kovů s vysokým měrným povrchem; důraz je kladen na bezvodé metody přípravy), dále charakterizací těchto materiálů a jejich využitím v heterogenní katalýze. Detailní znalost křemičitanů a fosforečnanů kovů získaná pomoci řady charakterizačních technik nám umožňuje korelovat jejich katalytické vlastnosti s metodami přípravy. Z katalytických reakcí se výzkumná skupina zaměřuje na konverzi ethanolu na ethylen, acetaldehyd a butadien a dále na reakce epoxidů s oxidem uhličitým, aminy a alkoholy.

doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D.

Studium učitelství chemie (často v kombinaci s biologií, matematikou či fyzikou) má na Ústavu chemie Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity dlouholetou tradici. Oddělení Didaktiky chemie sdružuje akademické pracovníky specializované na oborovou didaktiku, která je nedílnou součástí tohoto studia, a agendu s ní související.
Cílem činnosti oddělení je zajistit kvalitní přípravu budoucích učitelů chemie na výkon jejich povolání (jak v bakalářském a navazujícím magisterském studiu, tak i prostřednictví Celoživotního vzdělávání).

Výukové a pedagogické aktivity
Pracovníci oddělení zajišťují výuku mnoha kurzů (např. Fyzikální chemie, Základů organické chemie, Repetitoria středoškolské chemie, Didaktiky chemie, Reflektivního semináře 1 a 2, Školních pokusů 1 a 2, Výukových materiálů v chemii, …); podílejí se na chodu asistentských, pedagogických a dalších praxí a vedou bakalářské a diplomové práce. Studenti, kteří by měli zájem o didakticky zaměřené téma závěrečné práce, se na nás mohou obrátit.
Pracovníci oddělení se také zabývají tvorbou učebnic (spolupráce s nakladatelstvím Taktik) a metodických publikací pro učitele; zavádějí do výuky nové trendy a přístupy včetně nových informačních technologií a podporují moderní i tradiční experimentální činnosti.

Didaktika
Dále se pracovníci oddělení věnují didaktické teorii a výzkumu. Oddělení se v této oblasti zaměřuje zejména na výzkum související s tvorbou učebnic, výukových materiálů a výukou chemie na různých stupních škol; využívání umělé inteligence ve výuce chemie a vývoj a zavádění experimentů do výuky.

Spolupráce s veřejností
Vedle výukové a výzkumné práce také vyvíjíme aktivity a pořádáme setkání související s výukou, studiem a popularizací chemie, jako jsou:

• podpora soutěží zaměřených na rozvoj žáků (přírodovědné olympiády, SOČ (Středoškolská Odborná Činnost), členství v komisích předmětových olympiád, zajištění a poskytnutí prostor a personálního zabezpečení pro chemickou olympiádu a tvorba jejího obsahu),
• přípravné semináře pro Chemickou olympiádu,
• práce s nadanými žáky (Spoluúčast na organizaci chemického kroužku pro studenty středních škol),
• korespondenční seminář pro středoškoláky se zájmem o chemii ViBuCh (Vzdělávací i-kurz pro Budoucí Chemiky),
• laboratorní praktika pro základní a střední školy,
• rozvoj webů zabývajících se výukou chemie a její popularizací:
  • Učit se učit (chemická část a koncepce webových stránek),
  • Webchemie,
  • Databáze chemických pokusů Sci MUNI,
• Chemická kavárna (neformální setkání nad šálkem kávy pro studenty učitelství, učitele chemie i veřejnost nad zajímavými tématy z chemie i didaktiky chemie),
• Noc vědců,
• Dny otevřených dveří,
• organizace kurzů dalšího vzdělávání a konferencí pro učitele chemie,
• spolupráce se školami (například Střední průmyslová škola chemická v Brně včetně Přírodovědného gymnázia, Škola příběhem – církevní základní škola a gymnázium, Gymnázium Tišnov, Biskupské gymnázium v Brně, Gymnázium Brno‑Bystrc a Gymnázium Brno, třída Kapitána Jaroše).​