Doktorski kandidat bo delal v skupini za biofiziko na Odseku za teoretično fiziko (F-1). Pridružil se bo vzpostavljeni raziskovalni mreži Dr. Kanduča, ki ga sestavlja nekaj članov skupine ter raziskovalci iz tujih institucij, predvsem iz Nemčije. Raziskave bodo osredotočene na računalniške simulacije in teoretične študije supramolekularnih struktur tenzidov in lipidov.
Tenzidi (ali “površinsko aktivne snovi”) imajo polarno glavo, ki je združljiva z vodo, in nepolarni rep, ki je združljiv z oljem. Zaradi te dvojne narave imajo tenzidi edinstveno sposobnost, da se samosestavljajo v micele in vesikle ter se adsorbirajo na različne površine. Tenzidi so zelo pomembni za številne tehnološke aplikacije, od vsakdanjih produktov za osebno nego do agrikulture, petrokemije in drugih področij. Poseben razred bioloških tenzidov so lipidi, ki so biokemični gradniki bioloških snovi, kot so celične membrane in lipoproteini. Zato ni presenetljivo, da si veliko sodobnih raziskav mehkih snovi prizadeva razumeti in kontrolirati samourejanje tenzidov s temeljnega in tehnološkega vidika. Vendar pa samosestavljanje tenzidov ostaja izziv za računalniško modeliranje, saj atomistične simulacije ne zmorejo neposredno zajeti ustreznih časovnih skal, zato je treba uporabiti posebne tehnike.
Glavno metodološko orodje pri kandidatovih raziskavah bo molekularna dinamika (MD); to je metoda računalniških simulacij za modeliranje fizikalnega gibanja atomov in molekul. Simulacije MD so dragoceno orodje, saj lahko omogočijo vpogled v mikroskopske podrobnosti, od katerih so nekatere eksperimentalno težko dostopne. Kandidat bo razvil računalniške modele tenzidov in lipidov na podlagi standardnih medatomskih potencialov, v angleščini znanih kot “force field”. Za izvajanje simulacij MD se bo uporabljala visokozmogljiva računalniška gruča odseka F-1. Kandidat bo nato združil napredne simulacijske tehnike s samokonsistentnim teoretičnim okvirom, da bo dobil popoln termodinamični opis micelizacije, agregacije in adsorpcije tenzidov na površinah. Obravnavali bomo več tematik, kot so stabilizacija hidrofobnih/vodnih faz s tenzidi ter preučevanje lipidnih nanodelcev in lipidno-odetih nanomehurčkov. Lipidni nanodelci so nov farmacevtski koncept za dostavo zdravil, ki je v zadnjih dveh letih postal vroča tema raziskav zaradi uspeha mRNA cepiv. Lipidno-odeti nanomehurčki so še en sodoben nanotehnološki koncept, ki ga tudi Narava uporablja za stabilizacijo vode pod napetostjo v rastlinah.
Z uporabo sodobnih računalniških orodij in dobljenim vpogledom v molekularno strukturo bomo skušali razložiti nekatere od številnih nerešenih ugank teh tenzidnih nanoskopskih sistemov.