Kurzy

Významnou skupinou organických látek jsou látky, v nichž se v organickém řetězci střídají jednoduché a dvojné vazby, tzv. látky s konjugovanými vazbami. Jedná se o lineární i aromatické systémy, molekulární i polymerní, často s heteroatomy. Podél konjugovaných řetězců se mohou pohybovat nosiče nábojů – elektrony nebo díry, mohou taktéž přeskakovat na sousední řetězec v případě významného překryvu vlnových funkcí vazebných elektronů. Nosiče mohou být excitovány do vyšších orbitalů fotony a separovány, nastává tak vnitřní fotoelektrický jev, nebo mohou zpět rekombinovat, nastává luminiscence.  Tyto vlastnosti jsou využívány ve fotovoltaice a displejích, dnes již komerčně vyráběných jako OLED, QLED i LCD obrazovky. Vhodné mechanické a povrchové vlastnosti, charakterizované jako biokompatibilita pak umožňují kontakt s mikroorganismy nebo živými tkáněmi a sledovat jejich životní funkce pomocí snímání vnitřního potenciálu buněk, zvláště u tzv. elektrogenních buněk, což jsou myocyty, kardiomyocyty  a neurony. Lze rovněž tyto buňky elektricky stimulovat nebo řízeně diferencovat kmenové buňky.

Základními prvky vyrobenými na bázi organických polovodičů jsou elektroluminiscenční dioda (LED), fotovoltaický článek a organický elektrochemický tranzistor (OECT) jako senzor. Vyrábějí se tiskovými metodami jako vícevrstvé struktury na skleněné nebo polymerní folie PET, PEN nebo kapton. 

Obsah přednášek.

1. Organické polovodiče, princip, funkce a aplikace

2. Emise záření z organických polovodičů a její aplikace ve světelných zdrojích a ektroluminiscenčních displejích.

3. Vnitřní fotoektrický jev v organických polovodičích a jeho aplikace ve fotovoltaice

4. Elektronika a senzorika na bázi organických polovodičů pro biomedicínské aplikace.

5. Technologie tisku organické elektroniky 

Obeznámit učitele s nejmodernějšími přístupy k detekci částic v mikrosvětě a ukázat užitečnost a důležitost těchto měření, na která ČR jen do CERNu přispívá už 15 let cca 80 milionů Kč ročně. Přiblížit důvody, proč se musí budovat tak drahá a náročná měřící zařízení, jak fungují, co měří a co je tím demonstrováno. (1h)

Ukázat, proč je důležité žákům a studentům tyto věci předkládat a jejich návaznost na celkové představy o uspořádání mikro- a makrosvěta. Přiblížit a zpřístupnit dobrou argumentaci a faktografii nejen učitelům fyziky, ukázat vědeckou metodu práce a rozlišit to od různých jiných přístupů nevědeckých a tzv „meta-fyzikálních“. Nejedná se jen o samotná výsledná měřící zařízení, ale o vědeckou metodologii v praxi a o důležitost ukázat sepětí vědy s její metodami. (6h)

Diskuse nad částicemi, jejich měřitelností, nad tím, co pro nás jejich existence znamená, a zda a jak je možné toto téma přiblížit žákům a studentům (1h).

Obsah:

1. Zlehka úvodem: částice, proč o nich vědět

2. Tvrdě na věc: pokud jsou, měřme je!

3. Ještě tvrději na věc: měříme!

4. Relaxace: hlavní části detektoru

5. Do hloubky: co všechno se řeší pro dráhový detektor

6. Závěrečná exkurze: po některých experimentech

7. Závěr

Stručný úvod do současné metodologie vědy (2 h)

vědecká metoda – hypotéza a její testování; nejistota poznání jako základní nástroj při získávání vědeckého poznání; vědecké poznání jako systematické rozvíjení intuitivního poznání; kognitivní omezení v procesu získávání poznání

Věda a společnost – nový druh gramotnosti (2 h)

vědecká gramotnost – zásadní vliv vědeckých poznatků a jejich povahy na běžný život každého z nás – co je škodlivé a co není, a proč tomu tak je; vztah vědy a vzdělávání; osobní postoje k vědeckým poznatkům jako společenskotvorným činitelům (odpíračtví HIV-AIDS, očkování, fluoridace vody, GMO, atp.)

Jak skloubit klasickou znalostní výuku a výuku vědecké gramotnosti (3 h)

využití konkrétních příkladů z životní praxe a z historie získávání vědeckých poznatků v kombinaci s probíraným učivem –  vybrané příklady z fyziky (např. vývoj modelu Sluneční soustavy), chemie (např. vývoj modelu atomu) i biologie (např. vývoj modelu vzniku života); povědomí o tom, jak je poznatek získán, zvyšuje jeho společenskou i osobní přijatelnost i přes jeho obtížnou srozumitelnost

Způsoby uspořádání stavebních částic v pevných látkách (krystaly, kvazikrystaly, nanokrystaly, látky parakrystalické, látky amorfní, skla)

Ideální krystal (mříže, mřížové vektory, základní buňky, krystalové soustavy)

Symetrie (prvky a operace symetrie, bodové grupy symetrie, prostorové grupy symetrie)

Jak získat informaci o struktuře krystalických látek?  (Interakce Rentgenova ráření s hmotou, Ewaldova konstrukce, difrakční metody)

1. Úvod – role chemie v 21. století
2. Farmaceutická chemie – od syntézy nové látky až k tabletce – novinky v syntetické chemii, kombinatoriální chemie, struktura a účinek látky, farmaceutické technologie, generika, lékové formy
3. Kriminalistická chemie – řešení případů jak v televizi – analytická chemie v kriminalistice, DNA analýza, analýza drog včetně tzv. „designer drugs“, analýza materiálů, kontrola kvality potravin
4. Nanotechnologie – velké možnosti slova nano – typy materiálů, nanočástice, 2D materiály (chemie grafenu), aplikace nanomateriálů v životním prostředí, katalýze a medicíně
5. Miniaturizace – laboratoř na čipech – miniaturizace elektroniky, miniaturizace v chemii, výroba čipů, PDMS čipy, přenosná diagnostika, nízkonákladové technologie, detekční proužky, využití 3D tisku v chemii
6. Biochemie a biotechnologie – rozumíme životu – „omics“ techniky (lipidomika, glykomika aj. a jejich význam), chirální látky v organismu, markery chorob, imaging, genové inženýrství, biotechnologická léčiva a specifika jejich použití a výroby
7. Počítače a chemie – dobrý sluha – výpočetní chemie a její možnosti, analýza a zpracování velkého množství dat, „chytrá města“ 
8. Závěr – kam míří společnost a co bude s chemií