Arhiv predavanj FizikUM

Fizika vodenja velikih gospodarskih sistemov

torek, 9. 12. 2025, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Predavatelj

Mag. Andrej Rihter, direktor Javnega holdinga Maribor

Kratka predstavitev predavatelja

Andrej Rihter je uveljavljen strokovnjak za logistiko in management ter avtor številnih znanstvenih prispevkov na temo dobavnih verig in logističnih operacij. Študijsko pot je začel s študijem fizike, ki je pomembno oblikoval njegov analitični in sistemski pristop k reševanju kompleksnih izzivov, nadaljeval pa jo je s študijem logistike, iz katere je tudi magistriral. Velik del svoje kariere je posvetil vodenju in optimizaciji procesov v Pošti Slovenije, kjer je kot član uprave sodeloval pri preoblikovanju ključnih segmentov enega največjih logističnih sistemov v državi. Danes je direktor Javnega holdinga Maribor, v okviru katerega povezuje skupino podjetij, odgovornih za izvajanje javnih gospodarskih služb v mestu Maribor. S prepletanjem naravoslovnega znanja, sistemskega razmišljanja in dolgoletnih vodstvenih izkušenj oblikuje sodoben pristop k upravljanju organizacij, kjer posebno pozornost namenja učinkovitosti, trajnostnim rešitvam in dinamičnemu prilagajanju spremembam v okolju.

Kratek opis predavanja

Fizikalen način razmišljanja je lahko izjemno močno orodje za razumevanje in vodenje velikih gospodarskih sistemov. Fizika je natančna znanost, ki proučuje delovanje vesolja. Ukvarja se s štirimi temeljnimi lastnostmi – energijo, snovjo, časom in prostorom – ter z vprašanjem, kako delujejo med seboj in vplivajo druga na drugo. Principi, kot so ravnotežje, tokovi, entropija, odzivnost in povratne zanke, se presenetljivo dobro prevedejo v dinamiko organizacij, logističnih procesov in upravljanja gospodarskih javnih služb. Na predavanju bodo predstavljeni primeri iz prakse – od vodenja Pošte Slovenije do upravljanja kompleksnega sistema storitev javnega pomena v Mariboru pod okriljem Javnega holdinga Maribor – s poudarkom na tem, kako lahko fizikalni pristop izboljša odločanje, zmanjšuje organizacijski šum in krepi robustnost celotnega sistema.

Podrobnejši opis predavanja

Čeprav sta fizika in management pogosto predstavljena kot ločeni disciplini, se v praksi izkaže, da kompleksni gospodarski sistemi delujejo po zakonitostih, ki jih fiziki dobro poznajo. Dinamika tokov, ravnotežja, motenj, entropije, povratnih zank in optimizacije je v temelju podobna tako v naravnih kot v organizacijskih sistemih. Predavanje ponuja vpogled v to, kako lahko fizikalni pristopi – od analize sistemov do modeliranja stabilnosti in robustnosti – podprejo strateško odločanje ter vodenje velikih gospodarskih in logističnih struktur. Predavatelj bo skozi primere iz svoje kariere – od vodenja logističnih procesov v Pošti Slovenije do upravljanja kompleksnega portfelja javnih gospodarskih služb v Javnem holdingu Maribor – pokazal, kako se koncepti, kot so transformacija energije, optimizacija tokov in odkloni od ravnotežja odražajo v resničnih organizacijskih izzivih. Poseben poudarek bo namenjen razumevanju organizacije kot sistema, v katerem se podatki, materiali, informacije in odločitve obnašajo podobno kot fizikalni tokovi, ter kako transparentno upravljanje, učinkovito usklajevanje in premikanje organizacijskih sil zmanjšuje izgube, krepi stabilnost in omogoča dolgoročni razvoj. Predavanje je namenjeno študentom fizike, ki razmišljajo tudi o karierah zunaj akademskega okolja in jih zanima, kako lahko naravoslovni način razmišljanja pomembno prispeva k oblikovanju sodobnega managerja.

Raziskovalna duša medicinskega fizika

4. 11. 2025, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Predavatelj

dr. Božidar Casar, docent na Fakulteti za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru, od leta 2019 pa tudi pogodbeni predavatelj (Docente Professore a contratto) na Univerzi v Trstu na Oddelku za fiziko.

Kratka predstavitev predavatelja

Božidar Casar je mednarodno uveljavljeni strokovnjak na področju medicinske fizike in je več kot tri desetletja zaposlen na Onkološkem inštitutu v Ljubljani, kjer trenutno vodi Oddelek za dozimetrijo in kakovost radioloških posegov, pred tem pa je na istem inštitutu 16 let vodil Oddelek za radiofiziko. Na Fakulteti za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru je delno zaposlen kot predavatelj pri predmetu Fizikalne aplikacije.

Božidar Casar je vso svojo kariero bil predvsem predan klinični medicinski fizik. Že leta 1999 je vodil skupino, ki je uvedla stereotaktično radiokirurgijo z linearnim pospeševalnikom v klinično prakso, kasneje pa je sodeloval pri uvedbi številnih drugih obsevalnih tehnik, ki so izboljšale rezultate pri zdravljenju raka.

Kljub zahtevnemu kliničnemu delu, je tudi njegov znanstveni opus obsežen. Ukvarja se je predvsem s klinično dozimetrijo in predvsem z dozimetrijo majhnih fotonskih polj MV fotonskih snopov generiranih v linearnih pospeševalnikih. Objavlja znanstvene članke v najuglednejših revijah iz področja medicinske fizike. Eden od člankov, ki je bil objavljen v ameriški reviji Medical Physics, je leta 2019 dobil priznanje za najbolj bran članek. V članku je Božidar Casar kot prvi avtor s sodelavci iz tujine predstavil izvirno metodo določanja korekcijskih faktorjev za različne vrste detektorjev ionizirajočega sevanja pri uporabi v majhnih fotonskih poljih.

Kot vodilni raziskovalec je vodil več mednarodnih projektov, v zadnjih letih pa se je veliko ukvarjal tudi z iniciativo uvedbe protonske terapije v Sloveniji.

V karieri Božidarja Casarja je posebej pomembno tudi tri desetletja trajajoče sodelovanje z Mednarodno agencijo za atomsko energijo (IAEA), kjer je sodeloval in vodil več projektov, ter bil imenovan kot IAEA ekspert za več kot 10 strokovnih misij v različnih evropskih državah. V letih 2015 do 2017 je bil s strani IAEA imenovan za eksperta svetovalca Ministrstva za zdravje Romunije pri posodabljanju infrastrukture in opreme ter pri uvajanju sodobnih tehnik obsevalnega zdravljenja raka v vseh onkoloških centrih v Romuniji.

Kratek opis predavanja

V predavanju bodo predstavljene nekatere dileme, ki jih poraja najnovejši mednarodni protokol za dozimetrijo majhnih fotonskih polj ter način, kako se s temi dilemami lahko soočamo.

Podrobnejši opis predavanja

Leta 2017 je Mednarodna agencija za atomsko energijo (IAEA) skupaj z Ameriškim združenjem fizikov v medicini (AAPM) objavila najnovejši dozimetrični protokol za majhna fotonska polja. Čeprav je protokol izjemen dosežek in je bistveno pripomogel pri zmanjšanju kliničnih napak po vsem svetu, se ob branju protokola porajajo določena vprašanja in nejasnosti na katere iščejo odgovore raziskovalci po vsem svetu. V predavanju se bomo dotaknili treh sorazmerno enostavnih dilem, jih v grobem pojasnili ter ponudili odgovore, ki lahko koristijo pri posodobitvi protokola v bližnji.

3D-tiskana mehka fotonika

7. 10. 2025, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Predavatelj

dr. Uroš Jagodič, podoktorski sodelavec na Institutu »Jožef Stefan«

Kratka predstavitev predavatelja

Uroš Jagodič je diplomiral in magistriral na Fakulteti za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru (FNM UM). Doktorski študij je nadaljeval na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana (MPŠ), kjer je doktoriral s področja Nanoznanosti in nanotehnologij. Od leta 2014 je zaposlen na Institutu Jožef Stefan, v skupini za eksperimentalno fiziko mehke snovi, kjer neprekinjeno deluje že enajst let. V zadnjem obdobju je vključen tudi v raziskovalni projekt ERC LOGOS, ki se ukvarja z razvojem mehkih fotonskih logičnih vezij.

Njegovo raziskovalno delo obsega uporabo dvofotonskega 3D-tiska (2PP) za pripravo mikro- in nanostruktur ter njihovo vključevanje v raziskave optike, fotonike in fizike mehke snovi. Posebno pozornost namenja oblikovanju koloidnih delcev kompleksnih oblik, raziskovanju njihovih interakcij v tekočih kristalih ter razvoju tridimenzionalnih struktur, ki omogočajo natančno usmerjanje nematskega polja. Poleg tega se ukvarja z integracijo tekočih kristalov v funkcionalne optične elemente in z razvojem mehkih fotonskih vezij, ki združujejo lastnosti polimernih struktur in dinamični odziv mehkih materialov. Na teh področjih je objavil več znanstvenih člankov v mednarodnih revijah ter je soavtor patentne prijave za tridimenzionalno urejanje tekočih kristalov.

Kratek opis predavanja

Pokažem, kako z dvofotonsko lasersko litografijo (2PP-DLW) izdelamo mikro- in nanostrukture: od koloidnih delcev kompleksnih oblik do gradnikov mehkih fotonskih vezij. Z natančnim nadzorom parametrov 3D-tiska urejamo tekoči kristal na površini (2D) in v prostoru (3D) okoli tiskanih polimernih arhitektur ter s tem ustvarjamo prostorske modulacije nematskega polja. Predstavim tudi integracijo holesteričnih TK v tiskane resonatorje, valovode in mikrolaserje za generiranje, vodenje in dinamično modulacijo svetlobe v mikrovezjih. Združitev natančne geometrije polimernih mikrostruktur z odzivnostjo TK odpira pot integrirani fotoniki samoorganizirane mehke snovi.

Podrobnejši opis predavanja

V predavanju pokažem, kako z dvofotonsko lasersko litografijo (2PP-DLW) ustvarjamo širok nabor mikro- in nanostruktur: od koloidnih delcev kompleksnih oblik do samourejenih fotonskih vezij. Najprej predstavim, kako z 3D-tiskom oblikujemo dvodimenzionalne površinske vzorce, ki usmerjajo orientacijo tekočih kristalov in delujejo kot učinkovite urejevalne plasti. Nato prikažem, kako soroden pristop omogoča tudi tridimenzionalne polimerne arhitekture, v katerih lahko oblikujemo prostorske modulacije nematskega polja, lokalne torzije in topološka stanja.

V zaključku se posvetim integraciji holesteričnih tekočih kristalov v 2PP-tiskane resonatorje, valovode in mikrolaserje. Takšni hibridni sistemi omogočajo generiranje, vodenje in dinamično modulacijo svetlobe znotraj tiskanih fotonskih mikrovezij. Združitev natančno določene geometrije polimernih struktur z odzivnimi lastnostmi tekočih kristalov odpira pot mehkim fotonskim arhitekturam prihodnosti—od miniaturiziranih laserskih virov do vizije fotonskih logičnih vezij, kjer se informacije obdelujejo neposredno s svetlobo.

Razumevanje multimodalne kolektivne aktivnosti populacij beta celic: vpogledi s pomočjo računalniških modelov in mrežnih analiz

13.5.2025, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Predavatelj

Uroš Barać,

Oddelek za fiziko, Fakulteta za naravoslovje in matematiko, Univerza v Mariboru

Kratka predstavitev predavatelja

Uroš Barać je mladi raziskovalec in doktorski študent 1. letnika na Oddelku za fiziko Fakultete za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru. Prvo in drugo stopnjo študija Fizike je zaključil na isti fakulteti, kjer se je že tekom študija aktivno vključeval v raziskovalno delo. Njegovo zanimanje je usmerjeno v področje dinamičnih sistemov, pri čemer se osredotoča predvsem na preučevanje različnih dinamičnih procesov v sistemih sklopljenih oscilatorjev ter na uporabo teorije omrežij in fenomenoloških modelov za opis kolektivnega vedenja realnih kompleksnih sistemov.

Za svoje delo je prejel Perlachovo nagrado za raziskovalno delo na področju naravoslovnih in matematičnih ved ter Perlachovo priznanje za znanstvenoraziskovalne dosežke. Aktivno sodeluje v raziskovalnih projektih in se udeležuje domačih ter mednarodnih znanstvenih srečanj, kjer predstavlja rezultate svojega raziskovanja.

Kratek opis predavanja

Beta celice v Langerhansovih otočkih usklajeno izločajo inzulin in skrbijo za urejeno metabolno homeostazo. Njihovo preučevanje predstavlja velik izziv, saj so to v osnovi heterogeni nelinearni oscilatorji, ki so sklopljeni na netrivialen način. Njihovo oscilatorno naravo pa kroji več sovisnih podsistemov, zaradi česar se tudi njihova dinamika manifestira na treh različnih časovnih skalah. Da bi bolje spoznali organizacijske principe, kako se na večcelični ravni vzpostavlja multimodalna kolektivna aktivnost, smo razvili fenomenološki matematični model, ki kljub svoji enostavnosti uspešno opiše te procese in dinamične vzorce. Za analizo slednjih smo uporabili funkcionalna multipleksna omrežja, kar je omogočilo kvantifikacijo kolektivne aktivnosti na posameznih časovnih skalah. Ta pristop ponuja nov vpogled v kolektivno organizacijo beta celic in dopolnjuje eksperimentalne raziskave.

Podrobnejši opis predavanja

Beta celice v Langerhansovih otočkih sinhronizirajo izločanje inzulina, kar je ključen proces za presnovno homeostazo. Njihova funkcionalnost izhaja iz zapletenih interakcij med celicami, zaradi česar jih je težko preučevati. Prepoznavanje pomena usklajene dinamike je spodbudilo uporabo teorije omrežij za kvantifikacijo aktivnosti beta celic. Kompleksnost pa ni omejena zgolj na raven omrežja, temveč se nanaša tudi na posamezne celice, saj se njihova oscilatorna aktivnost izraža na treh različnih časovnih skalah: počasne, presnovno regulirane oscilacije s periodo nekaj minut), ki uravnavajo periodičnost izločanja inzulina; hitre oscilacije (ang. bursts) s periodo nekaj sekund), ki modulirajo amplitudo izločanja; in ultrahitre oscilacije (ang. spikes) s periodami reda nekaj desetin mikrosekund, ki uravnavajo individualne dogodke izločanja na mikroskali. Eksperimentalni dostop do vseh treh časovnih domen je omejen, kar nas je spodbudilo k razvoju večceličnega matematičnega modela. Kljub svoji fenomenološki naravi model zajame dinamične vzorce obnašanja in omogoča globlji vpogled v mehanizme kolektivne aktivnosti beta celic. Za oceno različnih dinamičnih domen smo konstruirali funkcionalne multipleksne mreže. Mreže, izpeljane iz počasne komponente, so bile najmanj podobne strukturni mreži in bolj pod vplivom notranjih presnovnih profilov kot medcelične sklopitve. Hitre oscilacije so tvorile bolj homogene mreže, medtem ko so ultrahitre tvorile najbolj heterogene mreže z izrazito izraženimi centralnimi celicami. Funkcionalni omrežji zgrajeni iz hitrih in ultrahitrih oscilacij sta razmeroma podobni strukturni medcelični mreži, razmeroma podobni pa sta si tudi med sabo. Naše ugotovitve ne ponujajo zgolj poglobljenega vpogleda v organizacijo beta celic temveč nudijo tudi dobro osnovno za nadgradnjo modela s sekrecijo inzulina, s čimer bo možno podrobneje preučiti, kako se endokrini procesi uravnavajo na ravni tkiva…

Aplikativna fizika

8. 4. 2025, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Predavatelj

prof. dr. Mitja Slavinec,

Univerza v Mariboru, Fakulteta za naravoslovje in matematiko

Pomurska akademsko znanstvena unija PAZU

Kratka predstavitev predavatelja

Mitja Slavinec je profesor za fiziko na Fakulteti za naravoslovje in matematiko UM. Predava Matematično fiziko, Uporabno fiziko, Aplikativno fiziko, Neformalno izobraževanje fizike in splošni izbirni predmet Potapljanje.

Raziskovalno se ukvarja s fiziko tekočih kristalov in z aplikativno fiziko, zmeraj pa fizikalne zakonitosti tesno povezuje in z njimi razlaga tudi razmerja in povezave v družbi. Tako znanost in izobraževanje tesno povezuje tudi z organizacijskimi dejavnostmi. Bil je dekan FNM, kot poslanec državnega zbora je bil v odborih za znanost in za izobraževanje, kot državni sekretar na Ministrstvu za izobraževanje znanost in šport pa je koordiniral nastanek Resolucije o nacionalnem programu visokega šolstva in Resolucija o znanstvenoraziskovalni in inovacijski strategiji Slovenije, ključen pa je bil njegov prispevek pri sprejetju Zakona o raziskovalni in razvojni dejavnosti.

Ob raziskavah velik pomen daje krepitvi strokovne in pedagoške dejavnosti univerzitetnih profesorjev.

Za svoje delo je prejel več nagrad, med drugim Nagrado RS za življenjsko delo na področju visokega šolstva in naziv častnega občana Mestne občine Murska Sobota.

Kratek opis predavanja

Predstavljenih bo nekaj primerov aplikativnih raziskav, narejenih na Oddelku za fiziko in finančni okvir nekaterih pomembnejših raziskav na svetovni ravni. Predavatelj se bo dotaknil tudi dveh resolucij in zakona, povezanih z znanostjo in visokošolskim izobraževanjem v Sloveniji ter predstavil nekatere zanimive podrobnosti pri njihovem nastajanju.

Podrobnejši opis predavanja

Predavanje bo sestavljeno iz treh delov. V prvem bodo predstavljene nekatere osnovne raziskave, ki so pomembne za nadaljnji razvoj tehnologih uporabnih v vsakdanjem življenju.

V drugem delu bodo predstavljene raziskave narejene na Oddelku za fiziko povezane z razvojem zaščitnih oblek, ki ljudi varujejo pred visokimi in nizkimi temperaturami, analiziranjem in napovedovanjem širjenja pandemije, fizikalne analize pripomočkov za regeneracijo športnikov po ekstremnih naporih in rešitve pri zagotavljanju ekonomske učinkovitosti teh dejavnosti.

V zadnjem delu bo predstavljen zakonski okvir za krepitev raziskovalne in izobraževalne dejavnosti v Sloveniji vključno s finančnimi okviri teh vlaganj. Predstavljen bo formalni postopek sprejemanja in potrebni kompromisi pri tem. Poseben poudarek bo namenjen pogledu fizika in uporabnost poznavanje zakonitosti delovanja narave pri sprejemanju potrebnih odločitev.

Odprti znanstveni izzivi na Agenciji RS za okolje

11.3.2025, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Predavatelj

ddr. Matjaž Ličer, Agencija RS za okolje, Nacionalni inštitut za biologijo

Kratka predstavitev predavatelja

Dr. Matjaž Ličer je doktoriral iz molekularne fizike na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani. Poklicno se ukvarja s fizikalno oceanografijo na Agenciji RS za okolje ter na Morski biološki postaji Nacionalnega inštituta za biologijo. Pretežno se ukvarja z operativno fizikalno oceanografijo, tj. z razvijanjem numeričnih in merilnih sistemov za prognozo stanja Jadranskega morja (cirkulacija, plimovanje, vzvalovanost, temperature, slanosti, onesnažila). Ukvarja se tudi z matematičnim modeliranjem širjenja onesnažil (ogljikovodiki, plastike) v morskem okolju. Poleg znanstvenih dognanj je smoter vseh naštetih dejavnosti v prvi vrsti izboljšava atmosferskih in oceanskih modelskih napovedi ter zagotavljanje večje varnosti prebivalcev ob naravnih nesrečah in nesrečah na morju.

Za zbirko Historia Scientae Založbe ZRC je Dr. Matjaž Ličer prevedel Einsteinovo knjigo O posebni in splošni teoriji relativnosti.

Kratek opis predavanja

V predavanju si bomo ogledali ključna področja delovanja ARSO na področju meteorologije, hidrologije, seizmologije in oceanografije, ter z njimi povezane odprte probleme, ki jih rešujemo z numeričnimi modeli in umetno inteligenco.

Podrobnejši opis predavanja

V predavanju si bomo ogledali, s katerimi geofizikalnimi izzivi se Agencija RS za okolje srečuje pri vsakodnevnem operativnem delu. Izpostavili bomo modeliranje lokalnih konvekcij in ekstremnega vremena v meteorologiji ter povezane ekstremne hidrološke dogodke, kot so hudourniške in druge rečne poplave. Pokazali bomo, kako trenutno pristopamo k rešitvam enih in drugih. Na področju oceanografije bomo predstavili mehanizem nastanka obalnih poplav v severnem Jadranu, pa tudi visokofrekvenčne ekstremne dogodke, kot so meteorološki tsunamiji. Opisali bomo relevantne postopke reševanja teh problemov, zlasti numerične modelske pristope ter najnovejše algoritme na področju umetne inteligence, ki jih razvijamo in operativno uporabljamo.

Spontana agregacija DNK zaporedij d(G₄C₂)_n: od DNK kvadrupleksov do tekočekristalnih faz

14. 1. 2025, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Predavatelj

Melani Potrč,

Fakulteta za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru,

Odsek za kompleksne snovi, Institut Jožef Stefan

Kratka predstavitev predavatelja

Melani Potrč je mlada raziskovalka in doktorska študentka na Oddelku za fiziko Fakultete za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru. 1. in 2. stopnjo študija Fizike je zaključila na istoimenski fakulteti. Leta 2018 se je vključila v raziskovalno delo na Odseku za kompleksne snovi Instituta Jožef Stefan, kjer je začela z izvajanjem meritev v optičnem laboratoriju. Tekom študija je sodelovala pri več študentskih projektih (PKP, ŠIPK). Rezultate svojega raziskovalnega dela je predstavila na številnih konferencah in simpozijih. Je avtorica nekaj izvirnih znanstvenih člankov, strokovnih člankov in poglavja v monografiji. Raziskovalno deluje na področju tekočih kristalov, biofizike in fizike okolja.

Prejela je Perlachovo nagrado za raziskovalno delo na področju naravoslovnih in matematičnih ved, Perlachovo priznanje za znanstvenoraziskovalne dosežke, dekanovo priznanje za obštudijske dejavnosti, nagrado za 3. mesto na razpisu za Najboljšega študenta Univerze v Mariboru ter diplomo Cum Laude za najboljšega študenta Oddelka za fiziko.

Na Fakulteti za naravoslovje in matematiko je sodelovala v več organih. Tri leta je opravljala funkcijo prodekanice za študentska vprašanja Fakultete za naravoslovje in matematiko. Bila je članica Akademskega zbora, članica Poslovodnega odbora, članica Komisije za znanstveno raziskovalne zadeve in članica Senata.

Kratek opis predavanja

Molekula DNK je nosilka genetskih informacij. Z gvaninom bogata DNK zaporedja tvorijo kompleksne G-kvadrupleksne strukture, ki lahko vplivajo na razvoj bolezni, kot je na primer amiotrofična lateralna skleroza (ALS). Raziskovanje teh struktur razkriva, da se kratka DNK zaporedja organizirajo v kompleksne agregate zelo različnih dolžin in v visokih koncentracijah raztopin tvorijo tekočekristalne faze. Na seminarju bomo predstavili fizikalne metode za raziskovanje teh struktur in njihov potencial za razumevanje biologije in medicine.

Podrobnejši opis predavanja

Deoksiribonukleinska kislina (DNK) je molekula, ki vsebuje genetske informacije vseh organizmov. Eden izmed DNK nukleotidov, gvanin, ima sposobnost tvoriti strukture višjih redov, imenovane G-kvadrupleksi. Za razliko od običajne dvojne vijačnice imajo te strukture štirikratno vijačnico.

DNK kvadrupleksi se lahko tvorijo tudi v kromosomih, zaradi česar imajo pomembno vlogo pri regulaciji genov. Povezani so z nastankom nekaterih nevrodegenerativnih bolezni, kot sta amiotrofična lateralna skleroza (ALS) in frontotemporalna demenca (FTD). Obe bolezni povezujemo s povečanim številom d(G₄C₂)_n zaporedij, za katera je bilo dokazano, da tvorijo G-kvadruplekse.

Za molekulo DNK je značilno, da se v celičnem jedru nahaja v zgoščenem stanju. Slednje prisili molekule, da se lokalno orientacijsko uredijo. Kljub temu, da so tekočekristalne faze DNK molekul že dolgo poznane, skoraj ničesar ni znanega o tekočekristalnih fazah G-kvadrupleksov. Podobno kot za molekulo DNK pričakujemo liotropno tekočekristalno obnašanje in različne tekočekristalne strukture, odvisne od dolžine nastalih G-kvadrupleksov.

V seminarju bo predstavljeno raziskovalno delo na kratkih DNK zaporedjih d(G₄C₂)_n, povezanih z ALS in FTD. Z dinamičnim sipanjem svetlobe (DLS) smo določali dolžino nastalih kvadrupleksov v raztopini, tekočekristalne faze pa proučili s polarizacijsko optično mikroskopijo (POM). Tvorbo G-kvadrupleksov smo potrdili z jedrsko magnetno resonanco (NMR) v sodelovanju s Kemijskim inštitutom.

Umetna inteligenca na kvantnih računalnikih in kvantne grafne nevronske mreže

10.12.2024, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Predavatelj

Dr. Martin Vogrin, direktor, TipQC in asistent, FNM.

Kratka predstavitev predavatelja

Dr. Martin Vogrin je doktoriral iz matematike na Univerzi v Hamburgu, kjer je preučeval matematične lastnosti dvodimenzionalnih supersimetričnih kvantnih teorij polja. Podoktorski trening je opravil na oddelku za matematiko na Univerzi v Hamburgu in na Institutu za teoretično fiziko v Mainzu. Po podoktorskem izobraževanju je leta 2022 Martin soustanovil podjetje TipQC, ki razvija kvantne algoritme za analitiko grafov. Njegov fokus je predvsem kvantna umetna inteligenca za analitiko grafov in njihovega časovnega razvoja. V prostem času Martin predvsem rad potuje.

Kratek opis predavanja

Kvantni računalniki uporabljajo principe kvantne mehanike za shranjevanje in obdelavo informacij. V predavanju bom predstavil osnovne principe delovanja kvantnih računalnikov in razvoja programske opreme za njih. V drugem delu bom predstavil strukturo algoritmov umetne inteligence na kvantnih računalnikih in njihovo specializacijo na različne tipe podatkov (tekst, slike, grafi). Predavanje bo potekalo v angleškem jeziku.

Podrobnejši opis predavanja

Predavatelj bo v predavanju na kratko odgovoril na naslednja vprašanja: Kako se razlikuje razvoj programske opreme med klasičnimi (bitnimi) sistemi, kjer so informacije shranjene v obliki ničel in enic in med kvantnimi sistemi, kjer operiramo z verjetnostmi? In kako lahko uporabimo kvantno naravo takšnih sistemov, da pohitrimo operacije? Kako oblikujemo “kvantno” verzijo nevronskih mrež in kako oblikujemo specializacijo takšnih mrež na različne tipe podatkov (tekst, slike, grafi)?

Martin bo v predavanju predstavil sodobno področje razvoja programske opreme za kvantne računalnike s fokusom na algoritmih umetne inteligence (globokega učenja). Za razliko od klasičnih računalnikov, kjer so podatki shranjeni kot zaporedje 0 in 1 in so operacije spremembe iz 0 v 1 in obratno, so kvantni sistemi probabilistični. Kvantni biti (qubiti) so dvojstopenjski kvantni sistemi, kjer verjetnost posameznega stanja predstavlja analog 0 oziroma 1 v klasičnem računalništvu. Operacije predstavljajo rotacije med posameznima stanjema. Druga ključna lastnost kvantnih sistemov, ki se uporabljajo v kvantnih računalnikih, je kvantna prepletenost, kjer operiramo s pogojnimi verjetnostmi, ki se v klasičnih sistemih ne pojavljajo. To je ključna lastnost kvantnih računalnikov, ki omogoča pohitritev algoritmov.

S probabilistično, kvantno, arhitekturo strojne opreme, lahko razvijemo številne programske aplikacije, med drugim algoritme za globoko učenje – kvantni analog umetne inteligence z nevronskimi mrežami. Takšni sistemi so tipično sestavljene iz treh delov:

Kvantna nevronska mreža (parametriziran kvantni tokokrog; parametrized quantum circuit)

Funkcija izgube (loss function)

(klasični) optimizator, ki poišče najboljše parametre kvantne nevronske mreže za minimizacijo funkcije izgube

V predavanju bo Martin predstavil predvsem prvi del, konstrukcijo (parametriziranih) kvantnih tokokrogov za različne primere uporabe, kjer pomembno vlogo igra predvsem simetrija problemov.

Predavanje bo praktično, s ciljem, da imajo udeleženci po predavanju dovolj znanja, da pričnejo z razvojem lastnih algoritmov umetne inteligence za kvantne računalnike.

Lasersko teksturiranje kovinskih površin

12. 11. 2024, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Marjetka Conradi je leta 1998 diplomirala iz fizike (Študij feroelektričnega tekočega kristala v zunanjem električnem polju) in leta 2003 doktorirala iz fizike na Univerzi v Ljubljani (Fazni prehodi in dinamika v plasteh polarnih tekočih kristalov s prostimi površinami). Do leta 2009 je bila zaposlena na Inštitutu Jožef Stefan, najprej kot mlada raziskovalka, kasneje kot podoktorska sodelavka. Od leta 2009 pa je zaposlena na Inštitut za kovinske materiale in tehnologije. Njeno področje raziskav trenutno obsega študije površin kovinskih materialov. V to je vključeno modificiranje/(nano)strukturiranje kovinskih površin bodisi s polimernimi prevlekami, v zadnjem času pa tudi z laserskim teksturiranjem. S strokovnim znanjem na področju manipulacije kovinskih površin se osredotoča na zaščito materialov pred korozijo, povečanje/izboljšanje biokompatibilnosti materialov ter s prilagajanjem površinskih lastnosti za specifično končno uporabo tako v biomedicinskih aplikacijah kot tudi v letalski/vesoljski industriji.
V času svoje raziskovalne poti je prejela Humboldotovo štipendijo, je avtorica številnih znanstvenih člankov v uglednih revijah. S poljudnimi članki skrbi za popularizacijo znanosti, za kar je leta 2007 in 2008 nagrado pri Slovenski znanstveni fondaciji: Prometej znanosti za odličnost v komuniciranju znanosti.
Je tudi članica odbora pri IUPAP (Internationa Union of Pure and Applied Phyiscs), WG5, Women in Physics.

Povzetek

Obravnava faznega obnašanja sistemov z mnogo elementi z metodo povprečnega polja

8. 10. 2024, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Doc. dr. Milan Svetec je doktoriral iz fizike leta 2007 pod mentorstvom prof. dr. Sama Kralja na temo : »Vpliv defektov in nereda na fazno obnašanje nematskih in smektičnih termotropnih tekočih kristalov«. Raziskovalno se ukvarja predvsem s teoretičnimi in numeričnimi raziskavami obnašanja tekoče-kristalnih struktur v bližini faznih prehodov oz. faznih transformacij. Pri tem se občasno posveča tudi sistemom, ki so po obnašanju podobni tekočim kristalom.
Profesionalno je dolga leta deloval na področju regionalnega razvoja v razvojnih agencijah kot svetovalec in direktor, trenutno pa je direktor javnega raziskovalnega zavoda »Znanstveno in inovacijsko središče Pomurje« v Murski Soboti.
Do sedaj je objavil 14 izvirnih znanstvenih člankov (večinoma v soavtorstvu), v bibliografiji pa ima skupaj preko 100 vnosov.
Na pedagoškem področju je med 2002 in 2008 vodil vaje iz Moderne fizike in Matematične fizike na Fakulteti za naravoslovje in matematiko ter vaje iz fizike na Fakulteti za kmetijstvo in biosistemske vede Univerze v Mariboru. Od leta 2008 vodi predavanja iz Termodinamike, občasno pa je predaval tudi Matematično fiziko I in Analitično mehaniko.
Za svoje diplomsko delo je prejel Perlachovo nagrado Univerze v Mariboru, za svoje doktorsko delo pa nagrado Pomurske izobraževalne fundacije.

Povzetek

Z biofizikalnimi metodami do odgovora na vprašanje: »Zakaj lahko aspirin sproži astmatični napad?

21. 5. 2024, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Doc. dr. Aleš Fajmut je član Oddelka za Fiziko FNM UM in predstojnik Katedre za Bioinformatiko na Fakulteti za zdravstvene vede UM, kjer je tudi delno zaposlen. Dopolnilno je zaposlen tudi na Inštitutu za fiziko UM, kjer raziskuje v okviru programske skupine Biofizika polimerov, membran, gelov, koloidov in celic.

Raziskovalno deluje na področju teoretičnega modeliranja in simulacij bioloških sistemov. Z metodami fizikalno-matematičnega modeliranja proučuje signalne poti in mehanizme, ki vodijo do krčenja oz. relaksacije gladkih mišic dihalnih poti in žil, različne metabolne poti biološko aktivnih molekul, farmakokinetiko in farmakodinamiko različnih zdravilnih učinkovin, encimsko kinetiko s koncepti neravnovesne termodinamike, s področja fizike pa mehanizme nastanka vrtinčastih vetrov.

Je soavtor 17 izvirnih znanstvenih člankov, objavljenih v kvalitetnih mednarodnih znanstvenih revijah, treh poglavij v znanstvenih monografijah in ene monografije, vseh izdanih pri mednarodnih založbah. Njegova dela so citirana več kot 100-krat. Je tudi avtor več poljudnih in strokovnih člankov. S poljudnimi predavanji redno sodeluje na Mini univerzi, Zreli univerzi in različnih dogodkih za popularizacijo študija fizike. Je recenzent več univerzitetnih učbenikov in številnih znanstvenih člankov.

Je zelo aktiven na pedagoškem področju. Bil je mentor in somentor pri pribl. 50 diplomskih in magistrskih nalogah s področja fizike in bioinformatike, pa tudi kemije, biologije in zdravstvenih ved ter pri eni doktorski disertaciji iz fizike. Je nosilec številnih predmetov na FNM, kjer na 1. st. predava Fiziko za biologe in predmetne učitelje, ter številne izbirne predmete (Fizika bioloških sistemov, Fizika v medicni, Teoretična biofizika, Modeliranje in simulacije v fiziki in biologiji…) na vseh stopnjah študija Fizike, Na Fakulteti za zdravstvene vede trenutno predava predmeta Biofizika in biokemija (1. st.) in Biomedicinska tehnologija (2. st.). Je vodja študijskega programa 2. st. Fizika, koordinator programa 3. st. Fizika in bil dolgoletni vodja študijskega programa Bioinformatika na FZV UM, ki je v prenovi. Je član številnih komsij na obeh fakultetah in član Senata FZV UM. Prav tako je član Društva biofizikov Slovenije, dolga leta pa je bil tudi tajnik društva.

Prejel je dve nagradi Univerze v Mariboru – 2020 Priznanje Univerze v Mariboru za znanstvenoraziskovalno, umetniško in izobraževalno delo ter 2010  Srebrni znak Univerze v Mariboru.

Ima aktiven življenjski slog, saj se ukvarja s številnimi športi v naravi – alpinizmom, alpskim in turnim smučanjem, cestnim in gorskim kolesarjenjem ter številnimi drugimi.

Povzetek

Nanomateriali za senzorje

16. 4. 2024, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Profesor Zidanšek raziskovalno in pedagoško deluje na Institutu »Jožef Stefan«, Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana in Fakulteti za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru.
Diplomiral in doktoriral je iz fizike na Univerzi v Ljubljani pri profesorju Robertu Blincu. V letih 1995 in 1996 je bil kot Fulbrightov štipendist pri profesorju Hugu Schmidtu na Montana State University. V letih 1997 in 1998 je bil raziskovalec na Sinhrotronu Elettra v Bazovici.
V zadnjih letih se ukvarja s fiziko kondenzirane materije in tekočih kristalov, THz spektroskopijo in slikanjem, fiziko okolja, nanomateriali in raziskavami za razvoj kompetenc.
Na področju kondenzirane materije in tekočih kristalov je poudarek na študiju defektov v ograjeni geometriji. THz spektroskopijo in slikanje uporablja za študij različnih sistemov kot so zdravilne učinkovine, eksplozivi, gradbeni materiali in biomarkerji.
Ker pridobivanje energije predstavlja enega najpomembnejših človekovih učinkov na okolje, proučuje inovativne načine za pridobivanje čiste okolju prijazne energije, rezultate pa deli tudi s kolegi iz Rimskega kluba in WAAS.
Nanomateriali bi naj omogočili veliko poenostavitev vsakdanjega življenja, od novih nanoelektronskih elementov do samočistilnih površin in številnih drugih praktičnih uporab, ki so še pred kratkim veljale za znanstveno fantastiko.
Na FizikUM bo predstavljena ena od teh uporab, za razvoj plazmonskih DNK senzorjev. Publika je vabljena k razpravi in postavljanju vprašanj po zaključeni predstavitvi.

Povzetek

Sistemi za pridobivanje podatkov in nadzor v eksperimentih jedrske fuzije / Data acquisition and control systems for nuclear fusion experiments (Predavanje bo potekalo v angleškem jeziku)

5. 3. 2024, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Evgenii Drapiko se je rodil še v času Sovjetske Zveze v tedanji republiki (danes državi) Kazahstan. Diplomiral je na Politehnični univerzi v Tomsku (TPU) v Rusiji na katedri za elektroniko in avtomatiko fizikalnih naprav. Doktoriral je iz eksperimentalne fizike z ožjega področja pridobivanja podatkov in razvoja sistema za krmiljenje tokamaka (KTM) na isti univerzi. Po doktoratu je postal docent in bil predavatelj pri predmetih Teorija informacij in Numerične simulacije v fiziki. Podoktorsko izobraževanje in delo je nadaljeval na največjem stelaratorskem fuzijskem reaktorju na svetu – Large Helical Device na Japonskem, kjer je razvijal diagnostične sisteme za stabilizacijo plazme. Kasneje je deloval kot razvijalec projekta ITER na področju kontrolnih in diagnostičnih sistemov pri ruski podenoti ITER. Od leta 2022 živi v Slovenskih Konjicah in dela za podjetje COSYLAB na razvoju sistemov za zmanjšanje motenj ter razvoju diagnostičnih sistemov za ITER in druge fuzijske projekte. V prostem času se ukvarja (sam pravi, da je že kar odvisnik) s športnim plezanjem, deskanjem na snegu in zelo rad posluša glasbo.

Povzetek

Tekoči kristali kot poligon fundamentalne fizike

9. 1. 2024, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Prof. dr. Samo Kralj je zaposlen kot redni profesor na FNM UM in kot raziskovalni svetnik na Institutu Jožef Stefan (IJS) v Ljubljani. Iz fizike je doktoriral (1991) na Univerzi v Ljubljani, podoktorsko se je izobraževal na Univerzi v Southmaptonu v Angliji (1992) in leta 2013 je bil v zimskem semestru vabljeni raziskovalec na Univerzi Cambridge. Je izjemno aktiven tako na področju izobraževanja, raziskav in popularizacije fizike. Je dobitnik številnih nagrad na univerzitetnem in tudi državnem nivoju. Do sedaj je s sodelavci objavil nad 200 odmevnih (okoli 5000 citatov) člankov v priznanih mednarodnih revijah, vodil je številne mednarodne konference in projekte. Deluje izjemno povezovalno in ima skupne članke s skoraj vsemi člani Oddelka za fiziko. Bil je mentor-komentor 18-tim doktorandom. Aktivno sodeluje s številnimi prestižnimi raziskovalnimi skupinami v tujini in tako mladim odpira vrata v mednarodni prostor (Francija: Paris, Angers; Anglija: Bath, London; Poljska: Varšava, Krakov; Grčija: Atene; Rusija: Moskva; Ukraina: Kijev; Italija: Pavia; Avstrija: Dunaj; Indija: Kottayam; ZDA: Cleveland). Igra tudi klavir v skupini Big Bang Band PhD in v začetku kariere je bil karikaturist v številnih slovenskih časopisih.

Povzetek

Modeliranje mitohodrijske (dis)funkcije v celicah alfa in beta trebušne slinavke

5. 12. 2023, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Marko Marhl je profesor za fiziko na Univerzi v Mariboru. Predava na FNM, PEF in MF Univerze v Mariboru. Je aktivni raziskovalec na področju biofizike s poudarkom na preučevanju presnovnih in signalnih poti v celicah. V zadnjem času se aktivno ukvarja s preučevanjem in matematičnim modeliranjem procesov v celicah alfa in beta trebušne slinavke. Te celice izločajo hormona glukagon in insulin, ki ključno vplivata na regulacijo glukoze in drugih metabolitov v našem telesu.
Njegov raziskovalni opus obsega več kot 100 znanstvenih člankov, več poglavij v znanstvenih monografijah, strokovnih in poljudnih člankov ter predavanj in intervjujev. Sodeluje z več institucijami doma in v tujini. Svetovno odmevnost njegovih raziskav odražajo številni citati, ki jih je po podatkih Google Scholar več kot 4.600 in H-indeks 35.
Na področju pedagoškega dela je aktiven na treh fakultetah (FNM, PEF in MF) in je nosilec več predmetov na različnih stopnjah študija ter je bil mentor pri diplomskih in magistrskih delih ter 5 doktorskih delih. Za svoje uspešno pedagoško delo je na MF UM prejel Priznanje prof. dr. Zore Janžekovič.
Poleg raziskovalnega in pedagoškega dela opravlja več upravnih funkcij, med drugim je bil prorektor UM, dekan PEF UM, večkratni prodekan PEF UM in trenutno Predstojnik Katedre za biofiziko na MF UM, je Predsednik Komisije za ocenjevanje kakovosti UM, član Habilitacijske komisije UM, član Strokovnega sveta Republike Slovenije za splošno izobraževanje na Ministrrstvu za vzgojo in izobraževanje, predsednik Komisije za učbenike Strokovnega sveta Republike Slovenije za splošno izobraževanje ter član Znanstvenoraziskovalnega sveta naravoslovno matematičnih ved Javne agencije za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije.

Povzetek

Visokoentropijske spojine

7. 11. 2023, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Prof. dr. Janez Dolinšek je doktoriral in fizike leta 1987 na Univerzi v Ljubljani, Fakulteti za matematiko in fiziko. Redni profesor za fiziko na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani je od leta 2005, kjer je tudi redno zaposlen. Dopolnilno je zaposlen kot raziskovalni svetnik na Institutu Jožef Stefan, Odsek za fiziko kondenzirane snovi, kjer je vodja raziskovalne skupine za eksperimentalno fiziko trdnih snovi. Njegova raziskovalna področja so fizika trdne snovi, znanost o materialih, fizikalne lastnosti snovi in jedrska magnetna resonanca. V njegovem laboratoriju opravljajo električne, magnetne in termične fizikalne meritve, v temperaturnem območju med 50 mK in 1000 K in v magnetnih poljih do 9 tesla. Je podpredsednik evropskega združenja za magnetne resonance Groupement AMPERE s sedežem v Zurichu in urednik revije Journal of Analytical Science and Technology (Daejeon, J. Koreja). Njegov znanstveni opus obsega 301 objavljen originalni znanstveni članek (v obdobju 1983 – 2023), tri samostojna poglavja v znanstvenih monografijah, en patent (ZDA) in večje število vabljenih predavanj na mednarodnih konferencah ter tujih Univerzah in Institutih. Njegova dela so prejela preko 4000 čistih citatov. Prof. Dolinšek je prejemnik Zoisove nagrade RS 2010 za vrhunske dosežke v znanosti in Zoisovega priznanja RS 2001 za dosežke v znanosti.

Povzetek

Razvoj elektronike z uporabo računalniških simulacij

03. 10. 2023, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Vito Šimonka je zaposlen kot razvojni inženir TCAD (Technology Computer Aided Design) pri podjetju Silvaco, ki že 30 let deluje na področju razvoja elektronike, od rešitev za TCAD do dizajna printanih vezij. Programsko orodje, ki ga razvija Silvaco, je vodilno na trgo predvsem na področju razvoja tehnologije zaslonov (kot so OLED, AMOLED, MicroLED, LCD, itd.) in naprav za napajanje (pretvorniki, polnilne postaje, komponente električnih avtomobilov, itd.).

Vito je v sklopu velikega nabora programske opreme, ki ga ponuja Silvaco, predvsem fokusiran v razvoj aplikacij na področju TCAD. Pri svojem delu je zadolžen za vzdrževanje in nadgradnjo modulov ter programskih knjižnic, ki omogočajo natančne izračune difuzije in oksidacije elementov (oksid, bor, fosfor, itd.) v polprevodnikih (silicij, silicijev dioksid, silicijev karbid, galijev nitrid, itd.). Njegovo delo zajema modeliranje kemijskih reakcij takšnih procesov (dopiranje, implantacija, oksidacija) ter izboljševanje numeričnih metod za bolj natančne in hitrejše izračune.

Industrija polprevodnikov (oz. mikroelektronike) se zelo hitro širi, spreminja in izboljšuje, zato je ključnega pomena da razvoj programske opreme sledi raziskovalnemu delu in k njemu tudi pripomore. To pomeni, da je Vito in njegovi sodelavci v stalnem kontaktu z raziskovalnim delom ter sodelujejo na raznih projektih z univerzami (npr. TU Wien) in raziskovalnimi inštituti (npr. ETH Zurich) ter neprestano iščejo priložnosti za nova sodelovanja.

Povzetek

Termodinamika neravnovesnih stacionarnih stanj encimskih reakcij kot teoretični model za študij evolucije kinetičnih lastnosti encimov

torek, 23.5.2023, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Doc. dr. Andrej Dobovišek je član Oddelka za Fiziko FNM UM in Katedre za Biofiziko na MF UM. Dopolnilno je zaposlen na inštitutu za fiziko UM, kjer raziskuje v okviru programske skupine Biofizika polimerov, membran, gelov, koloidov in celic.

Raziskovalno deluje na področju teoretične biofizike. Z metodami matematičnega modeliranja in koncepti neravnovesne termodinamike preučuje lastnosti encimskih reakcij v neravnovesnih stacionarnih stanjih odprtih reakcijskih sistemov.

Je soavtor 16 izvirnih znanstvenih člankov objavljenih v kvalitetnih mednarodnih znanstvenih revijah, dveh poglavij v znanstvenih monografijah, ki sta izšli pri založbah Springer Complexity in Nova Science Publishers ter krajše znanstvene polemike.

Njegovi članki so citirani približno 100 krat. Redno se udeležuje domačih in mednarodnih biofizikalnih konferenc, kjer uspešno predstavlja svoje raziskovalno delo. Kot recenzent znanstvenih člankov sodeluje s priznanimi mednarodnimi znanstvenimi revijami.

Je izjemno aktiven pedagog. Vodi teoretične in eksperimentalne vaje pri številnih predmetih kot so: mehanika, termodinamika, fizikalni eksperimenti 1, biofizika … in predavanja pri predmetu statistična termodinamika. Je avtor dveh recenziranih univerzitetnih učbenikov, ki sta izšla pri založbi Univerze v Mariboru. Je mentor in so-mentor pri številnih študentskih zaključnih delih 1. in 2. stopnje.

Je član Društva biofizikov Slovenije.

Prejemnik nagrade Andreja Perlacha za najboljše diplomsko delo s področja matematičnih in naravoslovnih znanosti na Univerzi v Mariboru leta 2005.

Povzetek

Biokemijske reakcije v bioloških celicah so sistemi, ki z okolico stalno izmenjujejo snov in energijo. Gre za odprte reakcijske sisteme, ki so (praviloma) močno izmaknjeni iz termodinamskega ravnovesja. Številne biokemijske reakcije v celici regulirajo encimi – biološke makromolekule, ki v kompleksno prepletenih reakcijskih poteh v celicah (ti. celičnem metabolizmu) regulirajo hitrosti reakcij.

V najpreprostejšem biološko še smiselnem primeru, mora encimska reakcija potekati vsaj stacionarnem stanju. V takšnem primeru je v reakcijskem sistemu prisotna stalna termodinamska sila, ki poganja stalen termodinamski tok, kar pa vodi do stalne disipacije proste energije oz. produkcije entropije. Že ta preprost razmislek nam daje slutiti, da bomo pri termodinamski analizi encimskih reakcij postavljenih v kontekst žive biološke celice raziskovali neravnovesna termodinamska stanja. Namesto ravnovesne termodinamike, bomo potrebovali ”novo” neravnovesno termodinamiko.

Teoretične in eksperimentalne študije neodvisnih raziskovalcev iz različnih področjih so pokazale, da je pri termodinamskih analizah odprtih neravnovesnih sistemov v fiziki, kemiji in biologiji osrednjega pomena termodinamski princip maksimalne produkcije entropije. V skladu s tem principom, odprt neravnovesni sistem po dovolj dolgem času spontano preide v neravnovesno stacionarno stanje z maksimalno produkcijo entropije. Takšno stanje sistema je statistično najbolj verjetno in hkrati okarakterizirano z maksimalno Shannonovo informacijsko entropijo. Princip maksimalne produkcije entropije je veljaven za procese, ki potekajo blizu ravnovesnega stanja, kjer sta termodinamska sila in tok linearno povezana. Za sisteme močno izmaknjene iz ravnovesja, pri katerih je termodinamski tok nelinearno odvisen od sile je princip maksimalne produkcije entropije raziskovalna hipoteza oz. domneva. Tipičen primer takšnih sistemov so encimske reakcije.

V predavanju se bom osredotočil na analizo encimskih reakcij s principom maksimalne produkcije entropije. Predstavil bom osnovni termodinamski model, iz katerega izpeljemo produkcijo entropije in Shannonovo informacijsko entropijo kot funkciji kinetičnih parametrov reakcije. Razpravljal bom o pogojih, pod katerimi ima produkcija entropije v encimski reakciji dobro definiran maksimum v odvisnosti od izbranih parametrov reakcije in komentiral lastnostih statistično najverjetnejšega stacionarnega stanja. Na primeru dveh encimskih reakcij bom pokazal, kako je možno princip maksimalne produkcije entropije eksperimentalno preveriti. Pokazal, bom da so teoretične napovedi principa maksimalne produkcije entropije skladne z rezultati nekaterih študij iz področja evolucije encimske kinetike.

Elektrokalorični pojav v tekočih kristalih

torek, 4.4.2023, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavateljice

Eva Klemenčič raziskuje na področju fizike mehke snovi, kjer se osredotoča predvsem na modeliranje tekočih kristalov v bližini faznih prehodov. Njen raziskovalni opus obsega okoli 10 znanstvenih člankov, 6 znanstvenih poglavij in več prispevkov na znanstvenih konferencah. Kot doktorska študentka Fakultete za naravoslovje in matematiko je prejela štipendijo Francoskega inštituta v Sloveniji za enomesečni raziskovalni obisk Inštituta za nanoznanosti v Parizu. Trenutno je vključena v raziskovalni program Računsko intenzivni kompleksni sistemi in raziskovalni projekt Fazni prehodi proti koordinaciji v večplastnih omrežjih.

Pedagoško delo opravlja na Fakulteti za naravoslovje in matematiko in na Fakulteti za energetiko Univerze v Mariboru, kjer sodeluje na študijskih programih Fizika, Predmetni učitelj in Energetika. Sodelovala je pri raziskovalno-razvojnih projektih INOVUP, NA-MA POTI in PODVIG, ki so povezani z didaktiko naravoslovja in didaktiko fizike ter izobraževanjem bodočih učiteljev. Trenutno vodi projekt Naravoslovno-matematične vsebine pri razvoju digitalnih kompetenc, ki povezuje raziskovalce Fakultete za naravoslovje in matematiko in Fakultete za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo Univerze v Mariboru.

Povzetek

Elektrokalorični pojav je odziv sistema na adiabatno spreminjanje zunanjega električnega polja, ki ga zaznamo kot temperaturno spremembo. Zunanje električno polje vodi v zmanjšanje orientacijske entropije sistema, posledično pa se poveča termična entropija. Osredotočimo se na elektrokalorični odziv v termotropnih tekočih kristalih. Pri teoretičnem pristopu uporabimo Landau-de Gennes – Ginzburgov model in pokažemo, pod katerimi pogoji pričakujemo velik elektrokalorični odziv sistema. Z analitično obravnavo in numeričnim modeliranjem pokažemo, da je v primeru direktnega faznega prehoda iz izotropne v smektično fazo elektrokalorični odziv sistema ojačan kot posledica dodatnega prispevka k spremembi orientacijske entropije sistema. Teoretične ugotovitve tudi podpremo z meritvami elektrokaloričnega odziva na tekočih kristalih 8CB in 12CB, ki jih je izvedla eksperimentalna skupina na Inštitutu Jožef Stefan. Na koncu predstavimo možne aplikacije, kot na primer aplikacija elektrokaloričnega pojava za razvoj okolju prijaznejših naprav za ogrevanje in hlajenje, kjer tekoči kristali delujejo kot aktivni regenerator.

Mikrofluidne platforme za raziskave neravnovesnih stanj v tekočih kristalih

torek, 7.3.2023, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Uroš Tkalec je mednarodno uveljavljeni raziskovalec na področju tekočih kristalov in fizike mehke snovi, ki je že 12 let zaposlen kot asistent z doktoratom na Fakulteti za naravoslovje in matematiko. Vodi laboratorij za mikrofluidiko kompleksnih tekočin in dva doktorska študenta fizike. Njegov raziskovalni opus obsega okoli 25 znanstvenih člankov, polovica jih je objavljena v revijah s faktorjem vpliva nad 7, in med njimi velja izpostaviti prispevke v najuglednejših multidisciplinarnih revijah kot so Science, Science Advances in PNAS. Odmevnost njegovega dela dokazuje mednarodna nagrada za doktorsko delo Glenn Brown Prize, več kot 2000 citatov in vabljena predavanja na univerzah v tujini, med drugim na Harvardu, Univerzi v Čikagu, Univerzi Pensilvanije in na ESPCI Paris. Trenutno sodeluje s skupinami na Univerzi v Ljubljani, Univerzi v Čikagu, državni univerzi Ohio in s korejskem inštitutom KAIST.
Dr. Tkalec se v zadnjem obdobju ukvarja z eksperimentalno mikrofluidiko tekočih kristalov, o čemer je s sodelavci poročal v reviji Nature Communications. Ta objava je bil leta 2020 izbrana med 10 najodličnejših raziskovalnih dosežkov Univerze v Ljubljani, leto pozneje pa je sledila še Blinčeva nagrada za vrhunske enkratne dosežke na področju fizike. Skupaj z ameriškimi raziskovalci je pomagal razviti spolzke tekočekristalne površine, raziskuje dinamiko kapljic na mikrostrukturiranih površinah, zanimajo pa ga tudi napredne optične metode za karakterizacijo tekočekristalnih emulzij brez označevanja.

Povzetek

Čeprav se hidrodinamika tekočih kristalov raziskuje že več kot pol stoletja, je šele razmah mikrofluidike, optične mikroskopije in naprednih numeričnih simulacij v prejšnjem desetletju omogočil natančen vpogled v kompleksno dinamiko teh anizotropnih tekočin. V seminarju bom predstavil raziskovalno delo, ki sta ga v laboratoriju opravila naša doktorska študenta ob pomoči kolegov na Univerzi v Ljubljani, Univerzi v Čikagu in državni univerzi Ohio. Pokazali smo, da lahko v toku nematskega tekočega kristala z lasersko svetlobo ustvarimo z defektno zanko ograjeno območje, znotraj katerega so molekule zasukane drugače kot v okoliški tekočini. Nastanek takih domen je podoben tvorjenju milnih mehurčkov, zato bom nekaj besed namenil tudi generiranju tekočekristalnih kapljic v vodi z uporabo kapilarne mikrofluidike. Zanimivo je opazovati tudi mikrolitrske kapljice vode na spolzkih tekočekristalnih površinah, kjer lahko s temperaturnim preklapljanjem mezofaz vplivamo na drsenje in prenos mikrodelcev med nemešljivima tekočinama. Nazadnje bom pokazal še nekaj primerov trkov kapljic vode na take površine in komentiral potencialno uporabnost teh vznemirljivih eksperimentov.

Živa tkiva kot kompleksne mreže: z interdisciplinarnimi pristopi do boljšega razumevanja bolezni sodobnega časa

torek, 10.1.2023, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Marko Gosak je mlajši in mednarodno uveljavljen raziskovalec, ki deluje na področjih teoretične biofizike, fizike kompleksnih sistemov ter računske biomedicine. Zaposlen je na Fakulteti za naravoslovje in matematiko UM in na Medicinski fakulteti UM. V svoji raziskovalni karieri je do sedaj objavil več kot 60 znanstvenih člankov, večina izmed njih je v zgornji polovici lestvice revij SCI, približno polovica pa je v zgornji četrtini. Pri tem je bil 22 krat v vlogi prvega avtorja in 13 krat v vlogi vodilnega (korespondečnega) avtorja. O pomembnosti njegovega raziskovalnega dela priča tudi veliko število citatov (več kot 1800) in h-indeks 22. Ima izgrajeno bogato mrežo znanstveno-raziskovalnega sodelovanja z zelo uglednimi inštitucijami iz tujine (Univerza v Oxfordu, Medicinska univerza na Dunaju, Karolinski inštitut, Univerza v Bordeauxu,…), na katerih je tudi že izvajal seminarje in predavanja.

Največjo prepoznavnost je Marko Gosak dosegel na področju uporabe metod znanosti o omrežjih za opis delovanja različnih bioloških sistemov, kar dokazujejo objave v vodilnih biofizikalnih revijah. Posebej pomemben je njegov doprinos k razumevanju vzorcev medcelične komunikacije v tkivih, kjer velja za enega izmed pionirjev, ki je v te namene uporabil koncepte s področja kompleksnih mrež. Leta 2021 je na to temo pridobil tudi triletni raziskovalni ARRS projekt, decembra 2022 pa je v sodelovanju z Centrom za diabetes v Alberti (Kanada) objavil članek v reviji Diabetes, ki jo izdaja Ameriško združenje za sladkorno bolezen in velja za eno izmed vodilnih revij na področju raziskav sladkorne bolezni. Na to raziskavo se bo Marko osredinil v tem seminarju.

Povzetek

Dekodiranje celičnih odzivov na spremembe v okolju je temeljnega pomena za razumevanje delovanja živih sistemov. Medtem ko se je v preteklosti večina študij osredotočala na izolirane celice ali populacijska povprečja, se področje preučevanja vse bolj preusmerja na omrežja celičnih populacij. To velja tudi za celice beta iz Langerhansovih otočkov trebušne slinavke. Le-te so ključne pri regulaciji sekrecije inzulina in drugih hormonov, ki skrbijo za metabolno ravnovesje organizma. Poznavanje, kako subpopulacije celic v otočkih med seboj komunicirajo in kako krojijo skupen odziv sistema na višjem nivoju organiziranosti, pa ni le izrednega pomena za razumevanje temeljnih organizacijskih principov v zdravih in diabetičnih otočkih, temveč predstavlja tudi osnovo za razvoj novih antidiabetikov in drugih farmakoloških substanc za preprečevanje in zdravljenje sladkorne bolezni.

Napredek na področju eksperimentalnih metod, ki smo mu priča v tem tisočletju, zlasti večceličnega snemanja v tkivih, omogoča, da lahko kolektivno celično aktivnost zaobjamemo z dovolj dobro resolucijo, ki omogoča vrednotenje medcelične komunikacije. Toda, podatki, ki nastanejo pri večcelični mikroskopiji z visokoločljivostnem zajemanjem so dokaj kompleksni in zahtevajo napredne komputacijske prijeme, ki pomagajo pri procesiranju in interpretaciji podatkov večcelične narave. V seminarju bom predstavil, kako smo se teh izzivov lotili z interdisciplinarnimi pristopi, ki temeljijo na sodobni teoriji kompleksnih omrežij. V prvem delu bom na kratko predstavil biološko ozadje naših raziskav ter opisal metodološke pristope. V nadaljevanju bom predstavil naše ključne ugotovitve s poudarkom na razlikah v vzorcih medcelične komunikacije, ki jih opazimo v otočkih diabetičnih donorjev. Na koncu bom izpostavil še delo na drugih večceličnih sistemih, razvoj novih metodoloških prijemov ter nakazal, kakšni izzivi nas čakajo še v prihodnje.

Od energije prepovedanega pasu nanocevk do prve tehnologije napovedovanja bolezni na živih čipih

torek, 6.12.2022, ob 12:15, v 0.46/2 na FNM UM

Kratka predstavitev predavatelja

Janez je že vrsto let raziskovalec v Laboratoriju za biofiziko Odseka za fiziko trdne snovi na Institutu Jožef Stefan. Je tudi predavatelj na FNM UM ter FFA UL.

Že vrsto let je tudi vodja programske skupine Ekseprimentalna biofizika kompleksnih sistemov.

Njegov raziskovalni opus je impresiven, obsega 80 izvirnih znanstvenih člankov v revijah s faktorjem vpliva, od tega kar nekaj v najbolj prestižnih svetovnih revijah. Bil je vodja številnih nacionalnih in mednarodnih projektov, njegovo delo je citirano več kot 1600-krat. Kot gostujoči profesor je gostoval na številnih univerzah po Evropi, v glavnem na Nizozemskem, v Franciji, Italiji in Avstriji. V zadnjih 15 letih, od kar je tudi aktivno udeležen pri pedagoškem delu, je bil mentor ali somentor kar 14 mladim doktorandom.

Pred tremi leti je na podlagi raziskovalnih prebojev na področju razumevanja proženja dolgoročnih zdravstvenih tveganj povezanih z materiali soustanovil odcepljeno visokotehnološko podjetje Infinite d.o.o., v katerem danes vodi 10 zaposlenih. Danes je podjetje prvo na svetu s tovrstno tehnologijo.

O poti, ki je vodila iz osnovnih raziskav do prve tehnologije napovedovanja počasi razvijajočih se bolezni, bo danes govoril v okviru seminarja FizikUM-u:
Od energije prepovedanega pasu nanocevk do prve tehnologije napovedovanja bolezni na živih čipih. Publika je vabljena k razpravi in postavljanju vprašanj po zaključeni predstavitvi.

Povzetek

Ljudje se velikokrat sprašujejo, kako se zgodijo preboji v raziskovalnih področjih ali kako nastanejo povsem nove tehnologije. V predavanju bom predstavil zgodbo, ki je preko številnih naključnih dogodkov vodila do razvoja danes v svetu edinstvene tehnologije napovedovanja bolezni, ki se razvijajo počasi.

Začel bom z zgodnjimi raziskavami nanomaterialov na Odseku za fiziko trdne snovi, ki so pred 20 leti skupaj z mojimi predhodnimi izkušnjami s kisikovimi radikali vodile v naše prve raziskave protimikrobnih površin na osnovi nanomaterialov. Po nekaj letih, ko se je znanje razvilo v tehnologijo, nas je trg prisilil, da smo zagrizli tudi v odkrivanje mehanizmov protimikrobnega delovanja, to pa v vprašanje, kaj taki nanomateriali povzročijo v naših celicah. Vse skupaj bi tam obstalo, če ne bi naša skupina vzporedno razvijala tudi fluorescenčne mikrospektroskopije. Ta nam je namreč omogočila, da smo preko spektralnega podpisa sledili nanomaterialom pod uklonsko limito, ne da bi jih dejansko geometrijsko razločili. Kot fiziki smo sistem ustrezno poenostavili in presenetljivo odkrili razpad biološke membrane, ki ga vodijo interakcije med gradniki membran in površino nanomaterialov. Povsem po naključju smo svoje odkritje delili s skupino teoretičnih fizikov, ki so ravno pripravljali evropski konzorcij za nov večji EU projekt, v katerem smo kasneje odigrali ključno vlogo mostu med teoretično fiziko in eksperimentalno toksikologijo. Pritiske toksikologov, da so naši rezultati daleč od relevantnih, smo spremenili v izziv, razložiti nerazumljene procese proženja dolgotrajnih bolezni z opazovanjem zgodnjih molekularnih dogodkov. S povezovanjem številnih raziskovalnih tematik najprej znotraj skupine, nato v konzorciju in končno tudi bistveno širše smo svoja odkritja lahko osmislili in postavili v kontekst histoloških in epidemioloških opazovanj ter končno prišli do modela z edinstveno močjo napovedi razvoja dolgotrajnih bolezni. Opogumljeni z neskončnimi problemi obstoječega trga živalskih testiranj smo prepoznali poslovno priložnost in pridobili večjo investicijo rizičnega kapitala ter v manj kot enem letu razvili tehnologijo preslikave avtomatiziranih mikroskopskih analiz v kompleksen matematičen model, ki je omogočil robustno mehanistično analizo in napoved proženja dolgotrajnih bolezni brez predhodnega poznavanja molekularnih mehanizmov, s čimer smo si odprli vstop na trge testiranja varnosti kemikalij in materialov.

Razkrivanje struktur kompleksnih tekočekristalnih faz z resonančno rentgensko spektroskopijo

Torek, 8. 11. 2022 v laboratoriju 0/46.2 ob 12:15
Predavanje vključno z razpravo bo trajalo 45 minut.

Povzetek

Kombinacija eksperimenta in teoretičnega modeliranja je ključna pri določevanju ureditve molekul v tekočekristalnih fazah. Simetrijo tekočekristalnih faz razberemo iz rentgenskih spektrov, kjer je lega interferenčnih vrhov odvisna od tega, kako se v preiskovani snovi s krajem spreminja elektronska gostota. Vendar se v številnih fazah elektronska gostota s krajem ne spreminja, čeprav so v njih molekule urejene. Možne pa so tudi različne ureditve molekul, za katere je krajevno spreminjanje elektronske gostote enako. Simetrijo tekočekristalnih faz in hkrati prostorsko ureditev molekul lahko ugotovimo z resonančno rentgensko spektroskopijo. Polarizabilnost izbranega elementa v molekuli (npr. ogljika) namreč postane anizotropna, če je energija rentgenskih žarkov blizu absorpcijskega roba elementa, zato je resonančna rentgenska spektroskopija občutljiva tudi na smeri kemijskih vezi. Na predavanju bom predstavila raziskovalno delo, ki je bilo izvedeno v sodelovanju z raziskovalci iz Univerze v Varšavi, Univerze v Aberdeenu in nacionalnega laboratorija Lawrence Berkeley in s katerim smo odkrili in opisali večnivojske vijačne strukture v smektičnih fazah iz ukrivljenih molekul, na tej osnovi napovedali in nato tudi eksperimentalno odkrili akiralne faze s fotonsko režo, razkrili smo ureditev molekul v kubični fazi z dvojno žiroidno strukturo in napovedali intenziteto sipalnih vrhov za različne modele kiralne kubične faze.