Oddelenie molekulových simulácií polymérov

Výskum oddelenia sa zameriava na teoretické a počítačové štúdium a vývoj polymérnych a biopolymérnych systémov a materiálov. Pomocou molekulového modelovania, simulácií metódami Monte Carlo a molekulovej dynamiky, viacúrovňových prístupov a vysokovýkonnej výpočtovej infraštruktúry (HPC) skúmame štruktúru, termodynamiku, dynamiku, mechanické správanie a ďalšie vlastnosti polymérov. Počítačové simulácie poskytujú detailný pohľad na molekulovej úrovni a jedinečné informácie, ktoré možno experimentálne získať len veľmi ťažko alebo niekedy vôbec. Vždy, keď je to možné, naše výpočtové štúdie rozvíjame v úzkom prepojení s experimentálnym výskumom.

Naše aktivity sa sústreďujú na tri hlavné oblasti výskumu:

1. Topológia polymérnych a biomolekulových systémov

Skúmame vplyv molekulovej topológie na štruktúru, dynamiku a fyzikálne vlastnosti polymérov a biomolekúl. Osobitnú pozornosť venujeme kruhovej a supervinutej DNA, uzlom v polyméroch, katenánom, zapleteniam a topologicky obmedzeným polymérnym sieťam. Naším cieľom je porozumieť tomu, ako topológia ovplyvňuje molekulové usporiadanie, biologickú funkciu, mechanickú odozvu a správanie polymérnych systémov v ohraničenom priestore alebo pri pôsobení vonkajších podnetov.

2. Polyméry v biologickom a nanotechnologickom prostredí

Skúmame polyméry a biopolyméry v komplexných prostrediach významných pre biológiu, nanotechnológie a experimenty na úrovni jednotlivých molekúl. Patria sem priestorové obmedzenie v nanokanáloch a nanopóroch, preplnené a heterogénne prostredia, interakcie s biologickými molekulami a správanie DNA a ďalších semiflexibilných makromolekúl v obmedzených geometriách. Simulácie pomáhajú interpretovať experimentálne výsledky a odhaľovať molekulové mechanizmy, ktoré riadia usporiadanie, transport, adsorpciu a konformačné zmeny polymérov.

3. Polymérne rozhrania, povrchy a nanokompozity

Pomocou atomistických, hrubozrnných a viacúrovňových simulácií skúmame polyméry na pevných a mäkkých rozhraniach, povrchy s naviazanými polymérnymi reťazcami, interakcie polymérov s proteínmi, adsorpciu, zmáčanie, adhéziu, koloidnú stabilizáciu a disperziu nanočastíc. Náš výskum sa venuje aj vzťahu medzi molekulovou štruktúrou, usporiadaním na rozhraní a výslednými vlastnosťami polymérnych a nanokompozitných materiálov. Tieto štúdie podporujú racionálny vývoj funkčných povrchov a materiálov na biologické, technologické a ochranné použitie.

Oddelenie zároveň poskytuje vzdelávanie a odbornú prípravu v oblasti výpočtových prístupov k polymérom a mäkkej hmote. Zahŕňa metódy molekulových simulácií a viacúrovňového modelovania, štruktúrne analýzy a analýzy vzťahov medzi štruktúrou a vlastnosťami, interpretáciu výsledkov simulácií a ich prepájanie s experimentmi, vedecké programovanie, tvorbu skriptov pre HPC a vývoj výpočtových postupov a analytických nástrojov. Odbornú prípravu poskytujeme študentom, doktorandom, výskumným pracovníkom a spolupracujúcim partnerom prostredníctvom vedenia vedeckej práce, výskumných pobytov, seminárov a spoločných vedeckých projektov.