Doktorski kandidat bo delal v skupini za biofiziko Odseka za teoretično fiziko (F-1). Pridružil se bo vzpostavljeni raziskovalni mreži dr. Kanduča, sestavljenemi iz več članov skupine ter raziskovalcev iz tujih institucij, predvsem iz Nemčije. Raziskave bodo osredotočene na računalniške simulacije in teoretične študije supramolekularnih struktur surfaktantov in lipidov.
Surfaktanti, imenovani tudi “površinsko aktivne snovi”, imajo edinstveno dvojno naravo s polarno glavo združljivo z vodo in nepolarnim repom združljivim z oljem. Ta lastnost jim omogoča samosestavljanje v micele in vesikle ter adsorpcijo na različne površine. Surfaktanti so ključnega pomena za širok spekter tehnoloških aplikacij, ki segajo od vsakodnevnih izdelkov za dom in osebno nego do kmetijstva, petrokemije in drugih področij. Posebej zanimivi so lipidi, posebna skupina bioloških surfaktantov, ki delujejo kot biokemični gradniki v bioloških strukturah, vključno s celičnimi membranami in lipoproteini. Zato ni presenetljivo, da si veliko sodobnih raziskav materialov prizadeva razumeti in kontrolirati samosestavljanje surfaktantov s temeljnega in tehnološkega vidika. Vendar pa samosestavljanje ostaja izziv za računalniško modeliranje, saj atomistične simulacije ne zmorejo neposredno zajeti ustreznih časovnih skal, zato je treba uporabiti posebne napredne tehnike.
Primarno metodološko orodje kandidata bo molekularna dinamika (MD), računalniška metoda za modeliranje gibanja atomov in molekul. Simulacije MD so dragoceno orodje, saj omogočajo vpogled v mikroskopske podrobnosti, od katerih so nekatere eksperimentalno težko dostopne. Kandidat bo razvil računalniške modele surfaktantov in lipidov na osnovi standardnih medatomskih potencialov. 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 molekul. Ključne teme vključujejo preučevanje stabilnosti in trganje penastih filmov, študijo lipidnih nanodelcev in lipidno odetih nanomehurčkov – sodobnih biotehnoloških konceptov za doziranje in dostavo zdravil, ki je v zadnjih letih pritegnil veliko pozornosti.
Z uporabo sodobnih računalniških orodij in dobljenim vpogledom v molekularno strukturo bomo skušali razložiti nekatere od številnih nerešenih ugank surfaktantov v nanoskopskih sistemih.