Numerické optimalizácie experimentov NMR pevnej fázy

• Thesis title in thesis language (Slovak): Numerické optimalizácie experimentov NMR pevnej fázy
• Thesis title in Czech: Numerické optimalizace experimentů NMR pevné fáze
• Thesis title in English: Numerical optimization of solid-state NMR experiments
• Key words: NMR, pevná fáze, optimalizace, rekapling
• English key words: NMR, solid-state, optimization, recoupling
• Academic year of topic announcement: 2021/2022
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: slovenština
• Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Supervisor: RNDr. Zdeněk Tošner, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 02.11.2021
• Date of assignment: 02.11.2021
• Confirmed by Study dept. on: 02.11.2021
• Date of electronic submission: 18.05.2023
• Date of proceeded defence: 30.05.2023
• Opponents: doc. RNDr. Vojtěch Chlan, Ph.D.

Preliminary scope of work

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).

Preliminary scope of work in English

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.