Studium hydratovaných a dehydratovaných halloysitů interkalovaných léčivy metodami molekulárních simulací.

• Thesis title in Czech: Studium hydratovaných a dehydratovaných halloysitů interkalovaných léčivy metodami molekulárních simulací.
• Thesis title in English: Study of hydrated and dehydrated halloysites intercalated with drugs by molecular simulations methods.
• Key words: interkalované materiály|halloysity|léčiva|molekulární simulace
• English key words: intercalated materials|halloysite|drugs|molecular simulations
• Academic year of topic announcement: 2023/2024
• Thesis type: dissertation
• Department: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Supervisor: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D.

Guidelines

Teoretické základy molekulárně mechanických a dynamických simulací.
Krystalochemie, chemické a fyzikální vlastnosti hydratovaných a dehydratovaných halloysitů, jejich vlastnosti v závislosti na nalezišti, povrchové a sorpční vlastnosti.
Provést aktuální rešerši současně dosažených výsledků o typech interkalovaných a sorbovaných halloysitů s léčivy a dalšími obdobnými organickými molekulami.
Možnosti interkalace haloysitů organickými léčivy a řešení jejich uspořádání v tubulární struktuře halloysitu metodami molekulárních simulací.
Vlastní modelování povrchů a struktur jednotlivých typů halloysitů s příslušnými organickými molekulami, ověření správnosti výpočtů vzhledem k dostupným experimentálním výsledkům.
Prezentace dosažených výsledků modelování na seminářích a konferencích.

References

M. O. Steinhauser: Computational Multiscale Modeling of Fluids and Solids, Springer, Verlag, 2008
W. Gans, A. Amann, J. C. A. Boeyens: Fundamental Principles of Molecular Modeling
V. A. Drits, C. Tchoubar: X Ray Diffraction by Disordered Lamellar Structures, Mineralogical Society Monograph No.5
Clay Minerals, vol. 51, no. 3, 2016, věnováno 17-ti publikacím o halloysitu.
E. Gianni, K. Avgoustakis,M. Pšenička, M. Pospíšil, and D. Papoulis : ''Halloysite nanotubes as carriers for irinotecan: Synthesis and characterization by experimental and molecular simulation methods'', J. Drug Deliv. Sci. Technol. 52, 568-576 (2019). doi:10.1016/j.jddst.2019.05.001

Preliminary scope of work

Práce bude zaměřena na počítačové simulace nových materiálů založených převážně na dutých tubulárních strukturách halloysitových minerálů sloužící jako nosiče lékových organických látek. Bylo zjištěno, že halloysity lze použít jako nosiče organických molekul a následně za vhodných podmínek zajistit jejich uvolnění.
Simulace budou tedy zaměřeny na určení struktury již laboratorně připravených interkalovaných halloysitů s léčivy, přičemž experimentální vzorky budou vyrobeny a změřeny ve spolupráci s Univerzitou v Patrasu, Řecko. Cílem bude detailně popsat uspořádání molekul léčiv v dutině i na povrchu tubulárního halloysitu včetně popisu vlastnotí na koncích vrstev. Na základě informací z experimentálních měření a dále bude cílem detailní výpočet vzájemných interakcí mezi anorganickou a organickou složkou s vysvětlením výsledných vlastností materiálu. Vyřešené optimalizované modely budou porovnávány s daty získanými pomocí práškové rtg. difrakce, infračervené spektroskopie, termogravimetrie, chemické analýzy, NMR, HRTEM a dalších metod.
Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v přírodních oborech zaměřených na mineralogii nebo strukturní analýzu nebo chemickou fyziku, popř. biofyziku.

Preliminary scope of work in English

The work will be focused on computer simulations of new materials based mainly on hollow tubular structures of halloysite minerals serving as carriers of medicinal organic compounds. It was found that halloysites can be used as a suitable carrier of organic molecules and subsequently, under defined conditions, ensure their release. The simulations will therefore be aimed at determining the structure of already laboratory-prepared intercalated halloysites with drugs. Experimental samples will be produced and measured in collaboration with the University of Patras, Greece. The aim will be to describe in detail the arrangement of drug molecules on the inner and outer surface of tubular halloysite, including a description of the properties at the ends of the layers. Based on information from experimental measurements and further, the aim will be a detailed calculation of mutual interactions between inorganic and organic components with an explanation of the resulting properties of the material. The solved optimized models will be compared with the data obtained using powder X-ray diffraction, infrared spectroscopy, thermogravimetry, chemical analysis, NMR, HRTEM and other accesible methods. Presumed knowledge of the applicant at the level of a completed master's degree in natural sciences focused on mineralogy or structural analysis or chemical physics or biophysics.