The Department of Physical Chemistry is divided into five research groups, each focusing on research in various areas of application of physicochemical methods.

The group’s expertise connects the internal structure of material systems across a wide range of input materials—considering phase composition (e.g. gel systems, colloidal dispersions, micellar systems, nanocomposites, interfacial surfaces), chemical composition (e.g. biopolymer systems, synthetic polymers, mineral inorganic systems, active pharmaceutical ingredients, composite materials), and final morphological forms (e.g. porous foam systems, solid bodies, laminated layers). These are studied in relation to their resulting physicochemical, biological, and material performance properties, such as strength, flexibility, hardness, fluidity, brittleness, toughness, adhesiveness, biocompatibility, wettability, surface topology, surface energy distribution, and others.

The group’s activities have a strong international dimension, involving collaboration with research teams abroad (e.g. University of Birmingham, University of New Orleans, Polish Academy of Sciences in Krakow, Slovak University of Technology in Bratislava, Ghent University, among others). A significant part of the work is also connected to applied industrial research, with current implementation of EP 3 034 693 B1 (2018) in manufacturing processes. In the academic domain, the group is actively involved in a number of applied and basic research projects.

Group members:

Prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D. – head of group

Doc. Mgr. Barbora Lapčíková, Ph.D.

Mgr. Jakub Vlček, Ph.D.

RNDr. Eva Otyepková, Ph.D.

MSc. Yousef Murtaja (Ph.D.student)

Mgr. David Řepka (Ph.D. student)

Odborné zaměření skupiny cílí na syntézu, charakterizaci a studium fyzikálně chemických a biologických vlastností nanostrukturních materiálů. Výzkum je zaměřen zejména na řízenou syntézu biologicky aktivních nanomateriálů s cílenou morfologií využitelných především v lékařské diagnostice a terapii. Mezi takové nanomateriály patří mimo jiné nanočástice ušlechtilých kovů jako je stříbro a zlato, které lze díky jejich unikátním chemickým, fyzikálním, optickým a biologickým vlastnostem využít např. k diagnostice či terapii celé řady chronických onemocnění jako jsou nádorová či infekční onemocnění. Mezi konkrétní směry výzkumu patří syntéza plasmonických nanočástic stříbra a zlata a jejich využití jako nano-biosenzory k detekci specifických látek (markerů) závažných onemocnění a současně jako nano-terapeutika pro eliminaci nádorových buněk či patogenních bakterií prostřednictvím světlem asistované fotodynamické či fototermální terapie.

Výzkumné zaměření skupiny je úzce spjato a navázáno na spolupráci s odbornými pracovišti Lékařské fakulty Univerzity Palackého (Ústav mikrobiologie, Ústav lékařské biofyziky, Ústav farmakologie a další), Farmaceutické fakulty UK v Hradci Králové a rovněž se zahraničními pracovišti jako je Paris Lodron Universität Salzburg (Rakousko) a University of Pisa (Itálie). Členové výzkumné skupiny jsou v rámci vědeckého výzkumu aktivně zapojeni do řešení grantových projektů (Grantová Agentuta ČR, Ministerstvo zdravotnictví) zaměřených na výzkum přípravy a aplikace nanočástic stříbra v in vitro a in vivo terapii infekčních onemocnění způsobených rezistentními patogeny.

Členové skupiny:

doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.

Mgr. Lucie Hochvaldová (Ph.D. student)

Mgr. Antónia Kurillová (Ph.D. student)

Hlavním cílem vědecko-výzkumných aktivit skupiny je propojení aplikačního potenciálu s přípravami nanomateriálů a jejich následné využití v katalytické, fotokatalytické a environmentální oblasti.

Syntézy nanomateriálů, případně kompozitních materiálů, jsou zaměřeny především na uhlíkové materiály (grafen oxid, nitrid uhlíku), nanočástice oxidů železa a dalších sloučenin, které se využívají jako samostatný prekurzor, nebo jsou modifikovány nanočásticemi (Ag, Au, Cu, Ni, Se), dopovány různými prvky (N,P,B) či obohacovány funkčními skupinami. Snahou je získat funkční materiály pro specifickou aplikaci s vysokým aplikačním potenciálem.

U konkrétních materiálů se v rámci výzkumné skupiny soustředíme na jejich katalytickou aktivitu v plynné a kapalné fázi, např. hydrogenace CO₂ a jeho přeměna na vyšší uhlovodíky, a na jejich fotokatalytický potenciál, tedy schopnost fotodegradace polutantů v životním prostředí (např. odstraňování organických látek a mikroplastů). Oblast heterogenní fotokatalýzy je také úzce spjata se „zelenou“ produkcí vodíku a fixací dusíku z životního prostředí.

Dalším výzkumným zaměřením je příprava plasmonických nanočástic kovů, jejich kompozitů a nanostrukturovaných povrchů pro spektroskopické aplikace, zejména pro přípravu senzorů určených k detekci nízkých koncentrací biologicky významných látek (např. biomarkerů neurologických či jiných onemocnění) pomocí povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie (SERS).

Výzkumné aktivity jsou podpořeny řadou spoluprací, zejména s Akademií věd ČR v Praze, s Přírodovědeckou fakultou Ostravské univerzity, s Univerzitou v Pise a s Univerzitou of Silesia, konkrétně s MacroSynth group v Katowicích.

Členové skupiny:

doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.

prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.

Ing. Arkadii Bikbashev,  M.Sc. (Ph.D. student)

Mgr. Aneta Bužková (Ph.D. studentka)

Mgr. Martina Kajábová (Ph.D. studentka)

Mgr. Ing. Radka Pocklanová (Ph.D. studentka)

Mgr. Karolína Simkovičová (Ph.D. studentka)

Mgr. Tomáš Stryšovský (Ph.D. student)

Mgr. Barbora Štefková (Ph.D. studentka)

Ing. Adéla Žižlavská, Ph.D. (Ph.D. studentka)

The research group focuses on chemical data in the context of biological systems.

The main research areas include structural bioinformatics of proteins and the application of computational molecular modeling methods for the design of the structure–activity relationships of new low-molecular-weight compounds targeting specific biological effects.

Another focus of the group is the development and operation of chemical databases and tools. The MolMeDB database collects physicochemical data on interactions of low-molecular-weight compounds with membranes (https://molmedb.upol.cz/). The ChannelsDB database and the MOLEonline tool are dedicated to the study of tunnels in proteins (https://moleonline.cz/).

The group collaborates with other research teams within Palacký University on compound design (Assoc. Prof. Brulíková, KOCH; Assoc. Prof. Kryštof, Assoc. Prof. Jorda, KEB; Prof. Strnad, Assoc. Prof. Novák, LRR), participation in the ELIXIR CZ infrastructure for biological data (Assoc. Prof. Hajdúch, Dr. Polishchuk, Dr. Vrbková, UMTM), chemical data map visualization (Assoc. Prof. Burian, KGI), and research infrastructures within the Aurora university alliance (Assoc. Prof. Nétek, KGI).

Additionally, the group cooperates with teams outside Palacký University, including ELIXIR CZ projects such as protein visualization tools — LiteMol, Mol*, 2Dprots, Overprot, ACC, Alphacharges (Assoc. Prof. Svobodová, Dr. Sehnal, CEITEC MUNI); chemical data interoperability — IDSM (Prof. Vondrášek, Dr. Galgonek, UOCHB); data management — DataStewardshipWizard (Assoc. Prof. Pergl, CTU); and Alphafold research (Dr. Novotný, Faculty of Science, Charles University). Furthermore, we collaborate on the development of novel liposomal drug carriers (Prof. Štěpánek, UCT Prague), leveraging knowledge of compound–membrane interactions.

Group members:

doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D. – head of group

Mgr. Ing. Václav Bazgier, Ph.D.

Mgr. Jakub Juračka

Mgr. Martin Šrejber (Ph.D. student)

Mgr. Michaela Jaroměřská (Ph.D. studentka, rodičovská)

Mgr. Kateřina Storchmannová (Ph.D. studentka)

Mgr. Dominik Martinát (Ph.D. student)

Mgr. Anna Špačková (Ph.D. studentka)

Bc. Nina Kadášová (Mgr. studentka)

Bc. Jan Macháň (Mgr. student)

Jan Urbánek (Bc. student)

Skupina se zabývá studiem struktury a dynamiky biomolekul, s využitím prostředků počítačového modelování, zejména metod molekulové dynamiky a částečně i kvantové chemie.

Hlavní výzkumný zájem směřuje k méně obvyklým (tzv. nekanonickým), ale o to zajímavějším formám nukleových kyselin, jako jsou guaninové kvadruplexy (G-kvadruplexy), Z-DNA nebo i-motiv DNA. Dalším důležitým směrem je studium interakcí nukleových kyselin s proteiny, jak specifických (např. s regulatorními proteiny), tak nespecifických.

Součástí výzkumu skupiny je také vývoj empirických potenciálů pro molekulovou dynamiku nukleových kyselin (http://ffol.upol.cz). Naše potenciály jsou používány po celém světě a nesou zkratku „OL“ podle OLOMOUCE, místa, kde byly vyvinuty.

Počítačové modelování často poskytuje jasnější a detailnější pohled na procesy probíhající v biomolekulách než experimentální metody, i když jen na relativně krátkých časových škálách omezených výpočetní silou současných superpočítačů. Díky nezadržitelnému nárůstu výkonu počítačů se ale metody výpočetní chemie stávají stále mocnějšími a prosazují se i v praxi např. při racionálním návrhu léčiv.

Spolupracujeme s několika zahraničními pracovišti, např. University of Barcelona ve Španělsku, CNRS v Paříži, University of Utah v USA a s domácími pracovišti na UOCHB v Praze, IBP v Brně a OU v Ostravě.

Členové skupiny:

doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.

Mgr. Marie Zgarbová, Ph.D.

Mgr. Jiří Fukal

Bc. Anna Jelinková (Mgr. studentka)

Bc. Elizabeth Kolářová (Mgr. studentka)

Bc. Jan Salomon (Mgr. student)

Filip Samohýl (Bc. student)

Rebeka Tréfová (Bc. studentka)