Theses
From real-science
Our door is always open to students interested in experimental physics. Maybe you just want to tour the labs, or are looking to write a seminar for your class? Feel free to say hi to us. Why not tackle some of the most interesting problems in biophysics and solid state physics?
Here is a list of thesis topics (in Croatian) students can apply for at our group, and an archive of finished theses.
Prospective theses - Call for students
Doctoral thesis: Experimental study of the structure and dynamics of double-stranded DNA aqueous solutions in the two contrasted regimes of repulsive and attractive Coulomb interactions
Eksperimentalna istraživanja strukture i dinamike vodenih otopina monovalentnih i polivalentnih soli dvostruke uzvojnice DNA
Voditelj: Silvia Tomić, Institut za fiziku, stomic@ifs.hr
U biološkim polielektrolitima (nabijene makromolekule u vodenim sredinama), iako funkcioniraju u vodenim sredinama samo u relativno uskom temperaturnom području oko sobne temperature, kulonske interakcije su toliko jake da vode na bogatstvo fenomena koje je usporedivo sa fenomenima u nisko-temperaturnoj fizici [1]. Još se nedovoljno zna o vezama između strukture i kulonskih interakcija u polielektrolitskim otopinama koje se sastoje od puno lanaca. Očekuje se da izbor parametara kao što su gustoća naboja, valencija, koncentracija i ionska jakost vodene sredine koji karakteriziraju biopolielektrolitnu otopinu igraju bitnu ulogu u određenju konformacijske strukture i dinamike, a što znači u određenju biološke aktivnosti. Do sada smo u okviru projekta istraživali strukturu i dinamiku monovalntne soli vodenih otopina DNA s repulzivnim kulonskim interakcijama. Mjerili smo dinamiku vodenih otopina natrijeve soli DNA (Na-DNA) u ovisnosti DNA koncentracije, koncentracije dodane soli i dužine DNA lanaca [2,3,4,5]. Tehnikom dielektrične spektroskopije su detektirana dva relaksacijska moda u frekventnom području između 100 Hz i 100 MHz koja se mogu pridijeliti difuznom kretanju intrinsičnih DNA protuiona. Usporedbom karakterističnih prostornih skala iz eksperimenta s fundamentalnim prostornim skalama, koje predviđa standardna teorija,[6] utvrđeno je da niskofrekventni mod opisuje strukturna svojstva pojedinog DNA lanca, dok visokofrekventni mod karakterizira strukturna svojstva DNA otopine kao cjeline koja se sastoji od mnoštva DNA lanaca. Eksperimentalni rezultati su također jasno ukazali na međusobne uloge instrinsičnih DNA protuiona i iona dodane soli u zasjenjenju sto je posebno važno za rješavanje kontroverznog problema DNA konformacije u čistim vodenim otopinama. Konačno, rezultati dielektrične spektroskopije su otkrili da dvostruka uzvojnica kratkih DNA segmenata pokazuje iznenađujuće visoku fleksibilnost koja je u suprotnosti s predviđanjima standardne teorije [6]. Ti rezultati mogu se razumjeti kao posljedica dinamički formiranih denaturacijskih mjehurića odnosno disanjem parova baza i u skladu su s rezultatima dobivenim tehnikama FRET (fluorescence resonance energy transfer) i SAXS (small angle X-ray scattering) [7].
U domeni monovalente soli DNA ostala su dva otvorena pitanja koja nas posebno interesiraju. Prvo se odnosi na konformaciju dvostruke uzvojnice monovalentne soli DNA u čistim vodenim otopinama te usklađivanju proturječnih mišljenja unutar znanstvene zajednice koja se tiču stabilnosti dvostruke uzvojnice DNA u čistoj vodi, što znači da treba postići dublje razumijevanje denaturacijskog procesa. Kako bi se odgovorilo bolje na to pitanje, potrebno je izvesti poredbenu studiju denaturacijskog faznog prijelaza dvostruke uzvojnice DNA u vodenoj sredini, pomoću dielektrične spektroskopije i UV spektrofotometrije. U tu svrhu se planiraju mjerenja dielektričnog odgovora i UV apsorbancije DNA vodenih otopina u širokom rasponu DNA koncentracija (0.01 do 1 mg/mL), sa ili bez prisustva dodane soli. Dielektrična i UV mjerenja izvršit će se u cijelom temperaturnom području denaturacijskog faznog prijelaza. Drugo pitanje kojem se želi posvetiti pažnja jest mehanizam vodljivosti u dc granici: pitanje je koji nabijeni entiteti su odgovorni za mjerenu vodljivost u vodenim otopinama DNA i koje je porijeklo viskoznosti. Očekuje se da izbor parametara kao što su stupanj polimerizacije tj. konturna dužina DNA fragmenata, koncentracija i ionska jakost vodene sredine igra bitnu ulogu. U okviru oba istraživanja planiraju se dodatna mjerenja viskoznosti i kontrola/vizualizacija stanja uzoraka koristeći mikroskop atomske sile (AFM), dakle proučavajući morfologiju uzoraka na molekularnoj razini.
U domeni polivalentnih soli DNA planiraju se mjerenja karakterizacije i vizualizacije DNA uzoraka u vodenim otopinama (UV spektrofotometrija, elektroforeza, AFM) i mjerenja dielektrične relaksacije u cilju određenja dinamike i na taj način strukture DNA otopina u granici privlačnih kulonskih interakcija.
Planirana istraživanja će se izvoditi u suradnji s kolegama i kolegicama s IRBa, J.Stefana i Odsjeka za fiziku i matematiku Sveučilišta u Ljubljani.
Reference:
- A. Yu. Grosberg et al., Rev. Mod. Phys.74, 329 (2002).
- S. Tomić, T. Vuletić, S. Dolanski-Babić, S. Krča, D. Ivanković, L. Griparić and R. Podgornik, Screening and Fundamental Length Scales in Semidilute Na-DNA Aqueous Solutions, Phys. Rev. Lett. 97, 098303 (2006) (download).
- S. Tomić, S. Dolanski-Babić, T. Vuletić, S. Krča, D. Ivanković, L. Griparić and R. Podgornik, Dielectric relaxation of DNA aqueous solutions, Phys. Rev. E 75, 021905 (2007) (download).
- S. Tomić, S. Dolanski Babić, T. Ivek, T. Vuletić, S. Krča, F. Livolant and R. Podgornik, Short-fragment Na-DNA dilute aqueous solutions: fundamental length scales and screening, Europhys. Lett. 81, 68003 (2008) (download).
- S.Dolanski Babić, Električna i dielektrična svojstva vodenih otopina genomske deoksiribonukleinske kiseline, doktorski rad, PMF Sveučilište u Zagrebu (neobjavljeno 2008).
- A. V. Dobrynin and M. Rubinstein, Prog. Polym. Sci. 30, 1049 (2005).
- C. Yuan, H. Chen, X. W.Lou and L. A. Archer, Phys. Rev. Lett. 100, 018102 (2008).
Diploma thesis: Faze tekućih kristala RecA proteina i kompleksa RecA+DNA
Predlagatelj/voditelj: Tomislav Vuletić
E-mail predlagatelja: tvuletic@ifs.hr
Okvirna tema: Faze tekućih kristala RecA proteina i kompleksa RecA+DNA
Prikladno za smjer:
- Diplomirani inženjer fizike - eksperimentalni smjer
- Profesor fizike
- Profesor fizike i kemije
Kratki opis teme: Rad na tekućim kristalima RecA proteina je dio mog projekta Protein Assisted DNA Monolayer Assembly financiranog od Unity through Knowledge Fund.
Sažetak projekta: Potreba za brzim sekvenciranjem DNK molekula, u kliničkoj i znanstvenoj primjeni, otvara niz novih, fundamentalnih pitanja u području biofizike. Umjesto vremenski zahtjevnog rada s otopinama, današnje se metode baziraju na stvaranju DNK senzora/čipova. Oni nastaju učvršćivanjem DNK proba na razne podloge (substrate), i na takav način služe kao detektori za određenu vrstu molekula (ciljane molekule) koje prepoznaju DNK probu. Ostvarivost i brzina procesa koji se odvijaju na senzorima ovise o dostupnosti genetičkog koda koji je određen načinom slaganja DNK molekule na površinu podloge. U ovom projektu, izlažemo ideju o stvaranju DNK senzora koji bi se sastojao od podloge na koju je smještena potpuno izdužena DNK molekula - proba, koja time postaje potpuno dostupna za interakciju sa ciljanom DNK. Time bi se zaobišla neka od važnih ograničenja do sada poznatih koncepata DNK senzora.
U sklopu projekta: Protein Assisted DNA Monolayer Assembly, UKF
Predviđena suradnja: F.Livolant, Universite Paris XI; J. Raedler, LMU, Munchen
Diploma/Master degree/Doctoral thesis: Dielektrična spektroskopija niskodimenzionalnih sistema sa uređenjem naboja
Primijenit ćemo nisko-frekventnu dielektričnu spektroskopiju za detekciju i karakterizaciju relaksacijskih procesa vezanih za uređenje naboja (charge order) u niskodimenzionalnim organskim i anorganskim materijalima. To su sistemi sa četvrt popunjenom vrpcom u kojima postojanje jakog Coulombskog odbijanja vodi na nestabilnost elektronskog sistema i uspostavljanje energetski povoljnijeg uređenja naboja na niskim temperaturama.
Postojanje takvog faznog prijelaza otkriveno je nedavno u seriji kvazi-1D i kvazi 2D materijala. Mjerenja nuklearne magnetske rezonancije su pokazala da kontinuirani fazni prijelaz vodi na postojanje dva ne-ekvivalentna mjesta naboja u jediničnoj ćeliji, dok su mjerenja dielektrične susceptibilnosti, do sada rađena samo na nekim sistemima, ukazala na feroelektričnu prirodu prijelaza. Osnovno stanje posjeduje samo procjep u spektru naboja, dok otvaranje spinskog procjepa nije opaženo. Tema ovog rada je detekcija i karakterizacija relaksacijskih procesa u osnovnom feroelektričnom stanju navedenih sistema. Dodatno, proučavat će se i uređenje naboja (stripes) otkriveno u ostalim serijama kvazi-1D i kvazi 2D materijala, kao što su na primjer oksidi i visokotemperaturno supravodljivi kuprati.
U sklopu projekta: 035-0000000-2836 MZOS
Predviđena suradnja: M. Dressel, University Stuttgart
Finished theses
Diploma
- S. Dolanski Babić, Utjecaj nereda na električnu vodljivost i osnovno stanje organskih vodiča, Faculty of Science, Zagreb University (1991).
- A. Omerzu, Dielektrični odziv vala gustoće spina, Faculty of Science, Zagreb University (1994).
- M. Pinterić, Dielektrični odziv sumjerljivog vala gustoće naboja, Faculty of Science, Zagreb University (1997).
- T. Vuletić, Nelinearna vodljivost vala gustoće spina u Bechgaardovim solima, Faculty of Science, Zagreb University (1998).
- M. Lončarić, Transportna svojstva vala gustoće na niskim temperaturama, Faculty of Science, Zagreb University (2001).
- T. Ivek, Val gustoće naboja u kvazi-jednodimenzionalnim kupratima, Faculty of Science, Zagreb University (2004).
- K. Radmanović, Komora za mjerenje dielektrične konstante uzoraka u tekućoj fazi, Faculty of Science, Zagreb University (2006).
- A. Vojvodić, Dielektrična relaksacija koloidne otopine nanočestica polistirenskog lateksa, Faculty of Science, Zagreb University (2006).
- Z. Gregurić, Dielektrična relaksacija vodenih otopina hijaluronske kiseline, Faculty of Science, Zagreb University (2008).
- D. Grgičin, Električna vodljivost vodenih otopina natrijeve soli hijaluronske kiseline, Faculty of Science, Zagreb University (2009).
- A. Vidak, Električna vodljivost razrijeđenih otopina natrij polistiren sulfonata, Faculty of Science, Zagreb University (2010).
Master degree
- M.Pinterić, Niskofrekventna dielektrična spektroskopija i nelinearni električni transport vala gustoće spina, Faculty of Science, Zagreb University (2000).
- S.Dolanski Babić, Utjecaj nereda na svojstva elektronskog plina u organskim anizotropnim sistemima, Faculty of Science, Zagreb University (2002).
Doctoral
- N.Biškup, Single-Particle and Collective Electrical Transport in Bechgaard Salts, Faculty of Science, Zagreb University (1996).
- M.Pinterić, Electronic properties of the superconducting and density wave phases in organic anisotropic materials, Faculty of Science, Zagreb University (2003).
- T.Vuletić, Collective electronic states of the new quasi-one-dimensional materials, Faculty of Science, Zagreb University (2004).
- S.Dolanski Babić, Električna i dielektrična svojstva vodenih otopina genomske deoksiribonukleinske kiseline, Faculty of Science, Zagreb University (2008).
