Stáže pro středoškoláky

Příchod nástrojů, jako je ChatGPT, ukázal, že mnoho lidských činností, které vyžadují porozumění vědeckému textu nebo programovému kódu, lze do značné míry automatizovat. V posledních dvou letech se objevilo mnoho cenově dostupných jazykových modelů (LLM), které mohou zastat práci desítek vědců při rešerši vědecké literatury, tvorbě dokumentace nebo testování vědeckého softwaru. Automatické programovací nástroje, jako je GitHub Copilot, Claude-dev nebo Aider, výrazně urychlují vývoj jednoduchých aplikací, zatímco služby jako NotebookLM, Jenni.ai, Sci-Space a Consensus usnadňují rešerši a psaní vědeckých textů. Tyto modely však lze využít ještě efektivněji, pokud se skreze API propojí přímo s nástroji specifickými pro konkrétní vědecký projekt, například s vědeckým softwarem či databází relevantních článků. LLM by pak mohl například automaticky implementovat a otestovat GPU-paralelizovaný kód na základě rovnic nalezených v literatuře. To však vyžaduje vytvoření specializovaných skriptů a promptů, které propojí jazykový model s konkrétním programem či databází prostřednictvím tzv. „function-calling“ rozhraní, a následné testování tohoto propojení. Implementace takového systému nevyžaduje hluboké znalosti chemie ani matematiky, a pouze základní programátorské dovednosti, a proto je vhodná pro středoškolské studenty se zájmem o přírodní vědy a umělou inteligenci.

Boron and hydrogen form a plethora of binary cluster (cage-like) molecules called boranes, non of which can be found in nature, and can thus be regarded as "artificial", or completely “(wo)man-made”. These molecules adopt shapes derived from icosahedral geometry, exhibit extraordinary thermal and chemical stability, and show a unique bonding scheme, so called 3-center 2-electron bonds. The way of bonding is the result of electron deficiency of boron which has only three valence electrons compared to carbon with four valence electron, both standing next to each other in the periodic table. Boron and hydrogen cluster molecules, boranes, do like to mix with other elements too. They form many molecules in which one of the BH vertices is replaced for a different element. We call these molecules heteroboranes, and the most profound examples are represented by molecules called carboranes with at least one carbon atom in the structure. One of the unique features that distinguishes this group of molecules from more commonly studied hydrocarbons (CH) is the large variety of isomeric species with practically identical space requirements. This aspect makes this (car)borane molecular system unique and thus also interesting for designing other types of new materials such as atomically precise metal nanoclusters. In this project, we will first focus on the preparation of some thiol (-SH) derivatives of the twelve-vertex carboranes of the formula C2B10H12. The thiol (-SH) moiety serves as a functional group easily interacting with surfaces of gold and other coinage metal substrates. Then, these (car)borane-thiol-functionalized clusters will be used to prepare atomically precise metal clusters as a new type of material with discrete energy levels, representing the transition between bulk metal on one end and a single atom on the other. Within working on these tasks, the student will learn more about science work in general, will learn techniques covering synthetic work under inert conditions and subsequent purification methods such as sublimation or different crystallization techniques, and, a cherry on top of the case, will be the preparation of a new hybrid metal-boron cluster molecule. In addition to extending the general knowledge and experiencing the preparation of a new molecule, the student will have an opportunity to work with colleagues from collaborating laboratories, e.g. from the Indian Institute of Technology Madras in Chennai, India. Science is not only about having fun discovering new things, but also about meeting new people, discussing new ideas, and sharing enthusiasm about reaching a common goal!

Tato stáž se zaměřuje na přípravu a studium organokovových komplexů železa a ruthenia, jejichž struktura obsahuje sacharidové ligandy. Cílem projektu je syntéza těchto komplexů a zkoumání jejich cytotoxických vlastností vůči vybraným buněčným liniím. Student/ka si osvojí základní techniky organické a organometalické syntézy, naučí se charakterizovat nové látky (NMR, HRMS) a bude mít příležitost prozkoumat vliv struktury sacharidového ligandu na fyzikální a biologické vlastnosti komplexu. Tento projekt nabízí jedinečnou možnost propojit organickou chemii s bioorganickou aplikací v medicinálním výzkumu.

Spektra resonanční Ramanovy optické aktivity (RROA), díky své vysoké citlivosti, mužou pomoci odhalovat zajímavé skutečnosti o molekulární stuktuře, chiralitě a vlastnotech excitovaných elektronových stavů. V rámci naší stáže se budeme zaměřovat na zkoumání specifických chirálních metalokomplexů, jejichž RROA spektra vykazují zajímavé vlastnosti, které se budeme pomocí simulací snažit objasnit.

Kyselina vinná je opticky aktivní látka, která se používá v potravinářství. Díky její flexibilitě nejsou některé její vlastnosti doposud detailně prozkoumány a objasněny. K jejímu studiu využijeme chiroptických spektroskopických metod, zejména metody vibrační optické aktivity (Vibrační cirkulární dichroismus, Ramanova optická aktivita). Jelikož jsou však chiroptická spektra značně komplikovaná a k jejich interpretaci využíijeme výpočetních metod, kdy zkombinujeme metody molekulové dynamiky a kvantové chemie.

"Záhada zmizení Borce" je zcela nová detektivní hra s chemickou tématikou. Hra je sestavena jako výjezdní a je určena pro střední školy. Cílem hry je vyřešit případ zmizení vědce Ing. Jiřího Borce pomocí indicií, které studenti získají po splnění chemických úkolů inspirovaných výzkumem na ÚACH. Při stáži se bude student(ka) spolu s námi věnovat optimalizaci jednotlivých úkolů, úvodního videa, pomůže točit Reels z výjezdů pro Instagram či se podílet na tvorbě rezervačního systému. Budeme i pracovat s nástroji umělé inteligence. Cílem je tedy plně optimalizovaná verze hry, která bude připravena jako nabídka pro školy. Paralelně s tím se také do řady blízkých střední škol se hrou vydáme, což přispěje k finální optimalizaci. Zkusíme i zažádat o finanční podporu tohoto unikátního projektu od AV ČR.

Jde o základní výzkum nově syntetizovaných organických molekul s více redox centry na bázi benzofenonu a chromanu (což je součást vitamínu E, nikoli anorganická sůl obsahující Cr). Jedná se o dvě série po 11 sloučeninách, kdy student pomocí voltametrických metod zjistí, zda a za jakých podmínek se jednotlivé molekuly v roztoku redukují a oxidují, případně jak spolu souvisí jejich struktura a vlastnosti. Jde o kombinaci organické chemie a elektrochemie, případně UV-vis a EPR spektrometrie. Během stáže se student seznámí se základy laboratorní práce v nevodných a bezkyslíkatých roztocích, bude používat běžné voltametrické a spektrometrické metody a zúčastní se interpretace dat, která před ním ještě nikdo nezískal.

Organicko-anorganické perovskity jsou skupina materiálů s obecným vzorcem ABX3. Mezi aktuálně nejzkoumanější patří perovskity se složením CH3NH3PbI3 či NH2CH=NH2PbI3, které mají potenciál pro výrobu levných tenkovrstvých slunečních článků s vysokou účinností. Jednou z mnoha výhod, které perovskity mají, je jejich snadná, časově nenáročná a levná příprava depozicí z roztoků pomocí rotačního nanášení (spin coating) a následného zahřívání. Celý proces přípravy při tom obvykle probíhá pod ochrannou dusíkovou atmosférou v rukavicovém boxu (gloveboxu), kde je minimalizováno množství kyslíku a vzdušné vlhkosti, na jejichž přítomnost jsou perovskity vysoce citlivé. Hlavním problémem perovskitů, a proto i předmětem intenzivních výzkumných snah, je totiž jejich snadná degradace působením vlhkosti, UV záření a vysokých teplot. Cílem stáže bude příprava perovskitových vrstev a sledování jejich degradace, a to jak prostým pozorováním, tak s pomocí světelného a skenovacího elektronového mikroskopu. Kvalita perovskitových vrstev bude též hodnocena pomocí měření fotoluminiscence (PL).

Spektroskopické metody založené na interakci viditelného nebo infračerveného světla s molekulami poskytují unikátní informace o jejich struktuře, dynamice a ostatních vlastnostech. Interpretaci, porozumění spektrům podstatně usnadňují jejich počítačové simulace. V rámci stáže se soustředíme na optickou aktivitu využívající polarizované světlo (viz. http://hanicka.uochb.cas.cz/~bour/pdf/207.pdf). U proteinů nebo modelových systémů se pokusíme modelovat spektra pomocí moderních výpočetních metod.

2D materiály jsou struktury a tlouštce pouze pár atomů, což dokáže změnit jejich vlastnosti oproti 3D materiálům. Na této stáži se zaměříme na studium monovrstev pomocí elektrochemických technik. Máme na to aparaturu, kterou nenajdeš jinde na světě, postavili jsme si ji totiž sami! Chceš si s ní zkusit něco změřit?