Numerické optimalizácie experimentov NMR pevnej fázy

• Název práce v jazyce práce (slovenština): Numerické optimalizácie experimentov NMR pevnej fázy
• Název práce v češtině: Numerické optimalizace experimentů NMR pevné fáze
• Název v anglickém jazyce: Numerical optimization of solid-state NMR experiments
• Klíčová slova: NMR, pevná fáze, optimalizace, rekapling
• Klíčová slova anglicky: NMR, solid-state, optimization, recoupling
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: slovenština
• Ústav: Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Zdeněk Tošner, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 02.11.2021
• Datum zadání: 02.11.2021
• Datum potvrzení stud. oddělením: 02.11.2021
• Datum odevzdání elektronické podoby: 18.05.2023
• Datum proběhlé obhajoby: 30.05.2023
• Oponenti: doc. RNDr. Vojtěch Chlan, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Nukleární magnetická rezonance je univerzální experimentální metoda, která nám umožňuje získat detailní informace o atomové struktuře a dynamice molekul v roztoku i v pevných materiálech. Potýká se však s malou citlivostí, která je dále ovlivněna nedokonalostmi měřícího zařízení. Byla již publikována řada experimentálních technik s různým stupněm kompenzace hardwarových omezení a nové se stále objevují. V naší skupině používáme metod teorie optimálních procesů a počítačové simulace pro vývoj pulsních technik se zvýšenou účinností a zaměřením na aplikace ve strukturní biologii.
Tento projekt se zaměří na spojení teoretických a numerických postupů při optimalizaci experimentů NMR pevné fáze vhodných pro přenos magnetizace – tzv. dipolar recoupling. Vedle teoretické práce budou navržené experimenty ověřeny na reálném NMR spektrometru. Tento projekt bude řešen v těsné spolupráci s Technickou Univerzitou v Mnichově a s Bavorským NMR centrem se špičkovým vybavením. Počítačové simulace budou prováděny v superpočítačových centrech v ČR (METACENTRUM) nebo v Německu (Leibnitzovo superpočítačové centrum, LRZ).

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Nuclear magnetic resonance (NMR) is a versatile experimental technique that provides detailed information about the atomic structure and dynamics of molecules in solution as well as in solid materials. Unfortunately, it struggles with its inherently low sensitivity, which is further decreased by hardware imperfections. Several sophisticated pulse experiments have been developed that compensate for some hardware issues and new are still appearing. We apply optimal control methods for computer-assisted design of pulse techniques with improved efficiency, focusing on applications in structural biology.
This project will concentrate on merging the theoretical approach (average Hamiltonian) with numerical optimization by means of optimal control, focused on magnetization transfer using dipolar recoupling. The project will be conducted in close collaboration with Technical University Munich and the Bavarian NMR Center equipped with the latest instrumentation where the proposed techniques will be tested experimentally. Computer simulations will be conducted using high performance computing facilities in the Czech Republic (METACENTRUM) or at the Leibnitz Supercomputing Center in Germany.