Počítačové simulace fluorescenční korelační spektroskopie

• Thesis title in Czech: Počítačové simulace fluorescenční korelační spektroskopie
• Thesis title in English: Computer Simulations of Fluorescence Correlation Spectroscopy
• Key words: Fluorescenční korelační spektroskopie, Simulace, Difúze, Subdifúze, Dynamika polymerů
• English key words: Fluorescence correlation spectroscopy, Simulation, Diffusion, Subdiffusion, Polymer dynamics
• Academic year of topic announcement: 2007/2008
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Supervisor: doc. RNDr. Peter Košovan, Ph.D.
• Author: Mgr. Jakub Kubečka - assigned by the advisor, waiting for guarantor's approval
• Date of registration: 01.10.2014
• Date of assignment: 01.10.2014
• Date of electronic submission: 29.05.2015
• Date of proceeded defence: 10.06.2015
• Opponents: doc. RNDr. Radek Šachl, Ph.D.
• Advisors: prof. RNDr. Filip Uhlík, Ph.D.

Guidelines

Na začátku práce se student důkladně obeznámí s experimentální metodou fluorescenční korelační spektroskopie (FCS) i s metodikou počítačových simulací.
Hlavní náplní práce je provedení a vyhodnocení počítačových simulací FCS za použití simulačního programu, který byl vyvinutý v naší skupině.
V případě zájmu se může řešitel podílet i na dalším vývoji programu a metodiky simulací.
Předchozí znalost operačního systému Linux a/nebo zkušenosti s programováním jsou výhodou, ne však nevyhnutnou podmínkou.

References

Berne, B., J.; Pecora, R.: Dynamic Light Scattering, Dover, New York, 2000
Schwille, P.; Haustein, E.: Fluorescence Correlation Spectroscopy, An Introduction to its concepts and Applications, Biophysics Textbook Online
Další literatura je k dispozici v laboratoři.

Preliminary scope of work

Fluorescenční korelační spektroskopie (FCS) je experimentální metoda, pomocí které lze studovat difúzi fluorescenčně značených částic. Existující analytické modely, na základě kterých se FCS měření zpracovávají, jsou odvozeny za předpokladu normální difúze. Za tohoto předpokladu lze taky odvodit vztah mezi středním kvadratickým posunutím (MSD) a parametry autokorelační funkce získané z FCS experimentu. Tento vztah se v současnosti bežně využívá na vyhodnocení experimentálních dat i v případech, kdy předpoklad normální difúze není naplněn. Příkladem je difúze dlouhé makromolekuly (např. DNA), kdy na kratších časových škálách jednotlivé segmenty vykonávají subdifúzní pohyb. Cílem práce je provést počítačové simulace difúze makromolekuly za použití různých aproximací pro hydrodynamické interakce. Výsledkem pak bude srovnání MSD vypočteného přímo z trajektorie se zdánlivým MSD získaným vyhodnocením FCS autokorelační funkce. Na základě tohoto srovnání lze usuzovat na spolehlivost výše zmiňovaného postupu vyhodnocení experimentálních dat a jejich interpretace v kontextu subdifúze.

Preliminary scope of work in English

Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) is an experimental technique which is used to study diffusion of fluorescently labeled particles. Existing analytical models which are used to process experimental FCS data assume normal diffusion. In such situation one can obtain a relation between the mean square displacement (MSD) and parameters of the FCS autocorrelation function. This relation is routinely applied to experimental data even in situations when the assumption of normal diffusion is not fulfilled. An example situation is the motion of a long macromolecule such as DNA, where the motion of individual segments is subdiffusive on shorter time scales. The aim of this work is to carry out computer simulations of diffusion of a single macromolecule using various approximations for hydrodynamic interactions. The main result will be the comparison of MSD computed directly from the trajectory with the apparent MSD obtained from the analysis of FCS autocorrelation curve. This comparison should elucidate the reliability of the above-mentioned procedure of analysis of experimental FCS data and their intrepretation in the context of subdiffusion.