Name: Nanohelices escalables para estudios predictivos y mejorada visualización 3D (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 3 s
Description: Descubre cómo crear modelos atómicos de nanohelices escalables usando software de dinámica molecular de código abierto. Este método computacional facilita la simulación de nano resortes y cintas para innovación en materiales.

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Los autores quieren dar las gracias a Tim Allis en UC Merced por su ayuda en este proyecto. El programa de la NSF-monedas en la UCM soportado (KAM) en una primera parte de este trabajo. Un premio NSF-BRIGE apoyó coautores (BND y KAM), la provisión de fondos para este trabajo y los gastos de viaje a las conferencias. El grupo de investigación desea agradecer principalmente la Fundación Nacional de la Ciencia para la financiación de este trabajo a través de un premio BRIGE. Este material está basado en trabajo apoyado por la National Science Foundation con la subvención No. 1.032.653.

1. Preparación NanospringCarver archivos e inicio de MATLAB en un PC LINUX Los siguientes pasos están diseñados para un usuario general para hacer uso de los archivos proporcionados en línea 26. <ol><li> Descomprimir el archivo archivo nanosprings.tar.gz en el &quot;Inicio&quot; o otro directorio preferido. <ol><li> Descargue el archivo de ficheros del repositorio nanosprings.tar.gz 26 web. </li><li> Busque el archivo descargado y moverlo a un directorio de trabajo preferido titulado &quot;Documentos / Nanosprings&quot;. </li><li> Haga clic derecho y seleccione nanosprings.tar.gz &quot;extraer aquí&quot; en el menú contextual del botón derecho. </li></ol></li><li> Compruebe que todos los archivos necesarios están presentes en el directorio actual. Una lista de los archivos y su propósito sigue: Makefile - gestionado manualmente archivos de compilación para nanosprings.cpp y Point.cpp Nanospinternos rings.fig -MATLAB GUI Código Nanosprings.m -MATLAB GUI Point.cpp - Punto (átomo) definición de la clase Point.h - Punto (átomo) cabecea clase tallar - nanosprings independientes ejecutable example.par - archivo de parámetros de ejemplo glasscube.inp - archivo de datos glasscube nanosprings.cpp - código nanosprings principal nanosprings_diagram.jpg - nanospring ejemplo para la visualización nanosprings.cpp integrada MATLAB - nanospringsmex.cpp nanospringsmex.mexglx - nanosprings-MATLAB integrado ejecutable Nota: El usuario tendrá que crear el archivo ejecutable &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; para la máquina Linux particular que está siendo utilizado (versión de 32 bits en este ejemplo). Si esto aún no se ha hecho, verificar el acceso al compilador &quot;mex&quot; MATLABescribiendo en la línea de comando &quot;que mex&quot; y la verificación de la existencia del programa. También verificar el acceso al programa de MATLAB escribiendo en la línea de comandos &quot;, que matlab&quot;. Mediante una línea de comandos para escribir &quot;nanospringsmex.cpp mex Point.cpp&quot; creará el archivo &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; ejecutable integrado MATLAB NanospringCarver, como se muestra en las siguientes instrucciones. Aunque no es necesario para la interfaz gráfica de usuario, si se desea una versión independiente del programa NanospringCarver se pueden crear escribiendo &quot;hacer&quot; en una línea de comandos. Esto compilará el nanosprings.cpp y elementos del programa Point.cpp juntos para crear el &quot;tallar&quot; archivo ejecutable. En este tutorial, el &quot;glasscube.inp&quot; archivo contiene la información de posición para 192.000 silicio y átomos de oxígeno representin<html> ga modelo de vidrio de sílice, con cada línea que contiene un átomo de ID, el tipo de átomo, y x, y, z las coordenadas para el átomo. La primera línea del archivo es el recuento átomo total (192.000). Las coordenadas atómicas en este archivo son valores relativos, que si se multiplican por 0,716 representaría distancias nanométricas. </li><li> En el escritorio, abra una ventana de terminal. En muchas versiones de Linux lograr esto pulsando simultáneamente la tecla &quot;Ctrl&quot;, las claves &quot;T&quot; &quot;Alt&quot; y. </li><li> Cambie el directorio a la carpeta en la que los archivos de proyecto nanosprings se extrajeron escribiendo: Documentos cd / Nanosprings / </li><li> A continuación, ejecute el comando para compilar el binario para el sistema escribiendo: mex nanospringsmex.cpp Point.cpp </li><li> Siguiente iniciar MATLAB Matlab tecleando en la línea de comandos </li></ol> 2. Modificar y utilizar una interfaz gráfica de usuario (GUI) para el Programa de NanospringCarver ove_content &quot;&gt; Siga los pasos siguientes utilizando los archivos proporcionados en línea 26. <ol><li> Abra la guía en MATLAB haciendo clic en el icono de guía, en la parte superior área de la barra de herramientas izquierda (Figura 2), para mostrar una nueva ventana con la Guía de inicio rápido (Figura 3). </li></ol><img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig2highres.jpg" width="600" /> Figura 2: Interfaz de usuario de MATLAB que muestra cómo abrir MATLAB GUÍA. <img alt="Figura 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig3highres.jpg" width="600" /> Figura 3: Interfaz GUÍA MATLAB inicialización. <ol start="2"><li> Utilice la ficha &quot;Abrir GUI existente&quot; (Figura 4) para modificar una figura existente. Haga clic en el botón &quot;Examinar&quot; para buscar la interfaz gráfica de usuario existentecifra que se desea modificar. Después de seleccionar el archivo gráfico (Nanosprings.fig, véase el recuadro azul), haga clic en &quot;Abrir&quot; en ambas ventanas para mostrar una nueva ventana con la figura de interfaz gráfica de usuario. Localice los botones disponibles para ser utilizados para la creación de interfaz gráfica de usuario en el panel izquierdo (Figura 5). </li></ol><img alt="Figura 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig4highres.jpg" width="600" /> Figura 4: Interfaz GUÍA MATLAB que muestra cómo abrir un archivo gráfico GUI existente. <img alt="Figura 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig5highres.jpg" width="600" /> Figura 5: Interfaz GUÍA MATLAB mostrando herramientas para la modificación de una figura de interfaz gráfica de usuario existente. <ol start="3"><li> Con el fin de ejecutar la interfaz gráfica de usuario, haga clic en &quot;Ejecutar&quot; en el marco del &quot;Menú Herramientas &quot;. A continuación, haga clic en &quot;Sí&quot; cuando una ventana emergente le solicita si desea guardar la figura antes de ejecutar. Una nueva ventana muestra la interfaz gráfica de usuario modificado. </li><li> Si es necesario, crear otra interfaz gráfica de usuario para un material específico diferente utilizando esta interfaz gráfica de usuario como un ejemplo. </li><li> Para configurar el ejemplo de ejecución, primero haga clic en el botón &quot;Seleccionar archivo de modelo de entrada&quot; en la parte superior de la interfaz gráfica de usuario y navegue hasta el archivo &quot;glasscube.inp&quot;. Seleccione este archivo y haga clic en &quot;Abrir&quot; para cerrar la ventana de navegación. El archivo de entrada seleccionada y la ruta que deberían aparecer ahora en la ventana de interfaz gráfica de usuario a la derecha del botón de &quot;archivo de modelo de entrada seleccionados&quot; (Figura 6). </li></ol><img alt="Figura 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig6highres.jpg" width="600" /> Figura 6: Captura de pantalla de usar interfaz gráfica de usuario para crear un ejemplo modelo nanospring sílice. <ol start="6"><li> A continuación, utilice el botón &quot;Examinar&quot; en la sección &quot;Modelo de salida&quot; para buscar y seleccionar el directorio para guardar el modelo de salida en. Asegúrese de que el directorio de salida se selecciona de forma activa para que el plazo esté habilitado, a pesar de que es un directorio de salida ya que aparece en la ventana que acompaña a la derecha de este botón. Nota: El valor &quot;Avance Parámetros Distancia mínima&quot; que aparece (0.209311 en la Figura 6) fue calculado específicamente para el &quot;glasscube.inp&quot; archivo de entrada prevista en este ejemplo, y se debe dejar como está. Este valor puede ser calculado como necesario en el primer uso de un archivo de entrada diferente mediante la introducción de un valor de &quot;0&quot; en esta ubicación antes de ejecutar el modelo. En este ejemplo, todos los valores de los parámetros están en unidades relativas para que coincida con la entrada atómica sistema de coordenadas. Si multiplicado por 0,716 los valores de los parámetros representarían distancias nanómetros. &lt;/ Li&gt; <li> Ejecutar el ejemplo utilizando los parámetros de resorte dado de r = 1,0, R = 5,0, p = 1,5, y d = 0,209311 pulsando el botón de la GUI &quot;Run&quot;. Ver los comentarios de la carrera en la ventana de comandos de MATLAB (Figura 7). En las votaciones, comprobar que se confirman los parámetros de la primavera, de que el archivo de datos de entrada se lee con éxito, y los resultados almacenados en el archivo de salida llamado &quot;modelo&quot; se describen. </li></ol><img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7: Comando MATLAB ventana de retroalimentación del plazo Nanosprings basada en GUI. Nota: En el ejemplo anterior, el &quot;modelo&quot; archivo contiene 5.176 átomos que comprenden la primavera se desea, uno por línea, con la primera línea que indica el número total de átomosen el archivo. Cada línea que define un átomo incluye el ID de átomo, el tipo de átomo, y x, y, z las coordenadas de ese átomo. <ol start="8"><li> Una vez que la interfaz gráfica de usuario está finalizado, realizar carreras sucesivas haciendo clic derecho en la ventana &quot;Nanosprings.m&quot; en el MATLAB &quot;carpeta actual&quot;, y seleccione &quot;Ejecutar&quot; para que aparezca la interfaz gráfica de usuario directamente. Nota: Varias referencias se enumeran 27-31 para obtener información adicional sobre MATLAB GUIDE y la interfaz básica GUÍA. </li></ol> 3. Verificación NanospringCarver resultados en un visualizador de código abierto 19 Los siguientes pasos están diseñados para un usuario general para visualizar y verificar los modelos de primavera de salida creados por NanospringCarver. <ol><li> Utilice la GUI MATLAB NanospringCarver como se describió anteriormente para generar archivos para la entrada en el programa de visualización 19. Cuando se ejecuta el programa de visualización, utilice el &quot;punto de coordicomieron archivo &quot;opción de entrada, distinguir tipos de átomos por el color, y seleccione una frontera cuadrícula de los ejes para el campo. </li><li> Medir distancias en los modelos de primavera y hacer un registro de ellos. </li><li> Comparar datos medidos contra las dimensiones deseadas de la primavera y la primavera de verificar la exactitud del modelo. </li></ol> 4. Utilizando NanospringCarver Resultados en tensión MD simulaciones de Nanosprings Los siguientes pasos se resumen para un usuario general para utilizar los modelos de primavera creado por NanospringCarver como entrada a un código MD-fuente abierta convencional 32. <ol><li> Descargue la versión más reciente del programa de código abierto MD LAMMPS. Consulte la documentación en línea asociada para los manuales y ejemplos. </li><li> Determinar las dimensiones del modelo nanospring deseada con el fin de preparar el modelo inicial apropiada vidrio de sílice a granel, como se informó antes de los 18. </li><li> Crear el modelo nanospring deseado utilizando el MATLAB GUI NanospringCarver (ver Sección 2 arriba). </li><li> Realizar simulaciones de tracción en el nanospring deseada, estirando el modelo axial 11,13,23. Producir un video representativo de modelo nanospring siendo estirado (vea la Figura 8, a continuación, y animada Figura 1) para la visualización y análisis. Los resultados científicos sobre el comportamiento tensión-deformación y rigidez de varios modelos nanospring bajo tensión han sido reportados en otros lugares 23. </li></ol><img alt="Figura 8" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig8highres.jpg" width="400" /> Figura 8: Captura de pantalla de un nanospring sílice durante la simulación a la tracción (véase también Animados Figura 1).

<ol><li>Gao, P. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conversion+of+zinc+oxide+nanobelts+into+superlattice-structured+nanohelices%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Conversion of zinc oxide nanobelts into superlattice-structured nanohelices.</a> Science. 309 (5741), 1700-1704 (2005).</li>
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<li>He, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multilayered+Si%2FNi+nanosprings+and+their+magnetic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Multilayered Si/Ni nanosprings and their magnetic properties.</a> Small. 3 (1), 153-160 (2007).</li>
<li>Cammarata, R. C., Sieradzki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+and+interface+stresses%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Mater.+Sci%22%5BJournal%5D)">Surface and interface stresses.</a> Annu. Rev. Mater. Sci. 24 (1), 215-234 (1994).</li>
<li>Becker, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+nanosprings+in+spider+capture-silk+threads%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Molecular nanosprings in spider capture-silk threads.</a> Nat. Mater. 2 (4), 278-283 (2003).</li>
<li>Singh, J. P., Liu, D. -L., Ye, D. -X., Picu, R. C., Lu, T. -M., Wang, G. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-coated+Si+springs%3A+nanoelectromechanical+actuators%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Metal-coated Si springs: nanoelectromechanical actuators.</a> Appl. Phys. Lett. 84 (18), 3657-3659 (2004).</li>
<li>Kim, K. J., Park, K., Lee, J., Zhang, Z. M., King, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanotopographical+imaging+using+a+heated+atomic+force+microscope+cantilever+probe%5BTitle%5D)+AND+%22Sens.+Actuators+A-Phys%22%5BJournal%5D)">Nanotopographical imaging using a heated atomic force microscope cantilever probe.</a> Sens. Actuators A-Phys. 136 (1), 95-103 (2007).</li>
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<li>Fonseca, da, Galvão, A. F., S, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+of+nanosprings%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.Lett%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties of nanosprings.</a> Phys. Rev.Lett. 92 (17), 175502-175505 (2004).</li>
<li>Zhang, G., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+characteristics+of+nanoscale+springs%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Mechanical characteristics of nanoscale springs.</a> J. Appl. Phys. 95 (1), 267-271 (2004).</li>
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<li>Mohedas, I., Garcia, A. P., Buehler, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomechanics+of+biologically+inspired+helical+silica+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+N%3A+J.+Nanoengineering+and+Nanosystems%22%5BJournal%5D)">Nanomechanics of biologically inspired helical silica nanostructures.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part N: J. Nanoengineering and Nanosystems. 224 (3), 93-100 (2010).</li>
<li>Chang, I. L., Yeh, M. -S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+atomistic+study+of+nanosprings%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">An atomistic study of nanosprings.</a> J. Appl. Phys. 104 (2), 0243051-0243056 (2008).</li>
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 <a target="_blank" href="https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products">https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products</a> (2014).</li>
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</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Modificación del enfoque original para crear estructuras nanohelical llevado al desarrollo de dos códigos distintos para permitir la creación de ambos nanocintas y nanosprings de un modelo inicial MD vidrio de sílice a granel. Fue perseguido La verificación de los modelos nanocinta sílice y nanospring utilizando diferentes paquetes de software de 19 a 20, que confirmó su precisión dimensional dentro de la capacidad de medición de los programas. Comparación entre nanosprings y nanocintas también se llevó a cab...

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29. MathWorks. Use and create MATLAB MEX-files [Internet]. [Massachusetts]: MathWorks; [cited 2013 May 30]. Available from: http://
www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html (2014).

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Erratum: Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Nanoestructuras helicoidales se producen típicamente en el laboratorio usando técnicas de deposición química de vapor de 1-2, mientras que los nuevos enfoques han sido reportados en la literatura 3. En particular nanosprings y nanocintas han sido estudiadas debido a sus distintas propiedades y aplicaciones prometedoras en sensores, óptica y dispositivos electromecánicos y de fluidos 4-7. Métodos de síntesis se han reportado para producir sílice (SiO 2) nanocintas, haciendo que estas estructuras de unidades de bloques de construcción potenciales para los sistemas jerárquicos. Síntesis Novela de nanosprings sílice 3D ha ampliado sus aplicaciones a chemiresistors cuando están cubiertas con ZnO 8 o nanopartículas para aplicaciones de diagnóstico 9-10. Los estudios experimentales sobre las propiedades mecánicas de nanosprings sílice y nanocintas son escasos, principalmente debido a las limitaciones actuales de manipulación de pruebas y métodos y equipment. Las investigaciones sobre los nanomecánica de nanoestructuras y nanosprings han reportado el uso de la teoría y simulaciones 11-14. Algunas simulaciones 13 han centrado en el comportamiento de nanomecánica nanosprings amorfos, ya que pueden explorar los regímenes no totalmente accesibles a través de la experimentación. Estudios atomísticos de nanosprings metálicos han sido reportados en la literatura para investigar la dependencia del tamaño de las propiedades elásticas 15, y más recientemente los nanomecánica de nanoestructuras de sílice cristalina helicoidal 14. Pruebas experimentales de estructuras nanospring también ha sido realizado en diferentes materiales tales como nanoestructuras de carbono y helicoidales nanocoils carbono 16-17. A pesar del conocimiento reunido hasta ahora, se necesita una comprensión más completa de las propiedades mecánicas de estos nuevos nanoestructuras para futuros esfuerzos de fabricación nanodispositivo. Como los estudios de MD g de sílicelass (sílice no cristalina) nanohelices son todavía algo limitadas, el modelado atomista de tales estructuras requiere la creación de códigos personalizados. No hay otros métodos alternativos de creación de modelos MD helicoidales de vidrio de sílice se han identificado hasta el momento en la literatura reciente búsqueda. En este trabajo, se persigue un enfoque de abajo hacia arriba para el modelado atomista de nanoestructuras de cristal de sílice helicoidales incluyendo nanosprings y nanocintas para futuras simulaciones MD nanomecánicos a gran escala. El enfoque general consiste en la creación de un modelo de vidrio MD &quot;a granel&quot; de sílice como se informó anteriormente 18, y forjar diversas nanoestructuras helicoidales de esta muestra &quot;mayor&quot; a través de dos códigos informáticos robustos y adaptables desarrollados para este fin. Ambos procedimientos computacionales ofrecen una manera distinta para crear modelos nanocinta y nanospring con gran eficiencia y detalle atomista; estas estructuras son adecuados para simulaciones atomísticos a gran escala.Además, una interfaz gráfica de usuario personalizado se utiliza para facilitar la creación y visualización de las estructuras helicoidales. La estructura del modelo de vidrio de sílice &quot;a granel&quot; se crea inicialmente a temperatura ambiente. Simulaciones MD de gran escala se llevan a cabo para este propósito utilizando la Garofalini interatómica potencial similar a estudios previos 18, que es relativamente eficiente computacionalmente y apropiado para sistemas grandes. La estructura de &quot;mayor&quot; de vidrio de sílice inicial consiste en un modelo cúbico (14,3 x 14,3 x 14,3 nm 3), que contiene 192.000 átomos. El modelo de vidrio de sílice &quot;a granel&quot; se equilibró a 300 K durante 0,5 nseg para obtener el estado inicial usando condiciones de contorno periódicas. Dos procedimientos computacionales están diseñados y utilizados para crear modelos nanocinta sílice y nanospring atomistas. El primer método consiste en forjar nanocintas sílice dela estructura &quot;a granel&quot;, utilizando las ecuaciones paramétricas que definen una hélice, y su geometría (tono, el radio de la hélice, y el radio del alambre). Este procedimiento incluye el uso de la lengua de programación AWK, el sistema operativo Linux, y software de visualización de código abierto 19. El procedimiento iterativo en general para crear modelos atomizados de nanocintas implica: (1) la selección de un átomo en el modelo de vidrio de sílice &quot;a granel&quot;, (2) el cálculo de la distancia desde el átomo seleccionado a un punto en el espacio en una función helicoidal pre-definido, (3) comparar esta distancia con el radio de la nanocinta deseada, y (4) descartar o mantener el átomo en un modelo de datos de salida. Una descripción detallada paso a paso de este método está incluido en los Códigos Escalable Open-Source material suplementario. Con este método, varios nanocintas de sílice fueron creados usando diferente paso, el radio de los valores de la hélice y el radio nanocinta, que se valora posteriormentede precisión en contra de los valores dimensionales deseadas con el análisis molecular y software de visualización 19-20. Modelos atomista de la nanocintas sílice se generaron con geometrías funcionales (altos valores de tono y bajos valores de radio nanocinta). Algunos artefactos, que consiste en átomos excluidos en el error, lo que lleva a una superficie nanocinta menos suave, se observaron a valores de radio nanocinta excesivamente altos y valores de tono extremadamente bajas. Métodos similares se han utilizado en el proceso de creación de nanocables de sílice 21-23. El segundo método que aquí se presenta incluye forjar nanosprings sílice de la estructura de sílice &quot;a granel&quot;, mediante la implementación de métodos de pre-selección para aumentar la eficiencia, además de las ecuaciones matemáticas de una hélice. Este procedimiento requiere la creación de un código más robusto C ++ para permitir una mayor flexibilidad en el modelado de estas nanoestructuras helicoidales. El método iterativo para crear Atomismodelos de tics de nanosprings incluye: (1) descartando todos los átomos garantizados a caer fuera de la trayectoria helicoidal, (2) seleccionar determinista un punto de la trayectoria helicoidal, (3) la comparación de todos los átomos dentro de una distancia específica a este punto seleccionado, y (4 ) descartar o almacenar cada átomo en un modelo de datos de salida. Una descripción paso a paso de este método también está incluido en los Códigos de Open-Source escalables material suplementario. Con este método, varios modelos nanospring sílice se obtuvieron con dimensiones variadas (radio, cable de radio de la hélice, y echada de nanospring) como muestran en la Figura 1. Se obtuvieron modelos de nanospring de sílice de alta precisión de manera eficiente con este método, sin evidencia de artefactos encontrados en extrema valores (bajo y alto) de paso para la nanospring. La creación y el uso de la interfaz gráfica de usuario para este método se describe en la sección de Protocolo. Figura 1:. Una estructura helicoidal general que muestra las dimensiones características, donde R, R y p representan la radio del alambre, el radio de la hélice, y el paso, respectivamente, H indica la altura total de la estructura helicoidal 23. Este protocolo se describe cómo preparar los archivos NanospringCarver, corriendo MATLAB 24 en un PC Linux de 25 años, y el uso de una interfaz gráfica de usuario para preparar modelos nanospring atomistas. Estos modelos anteriormente no disponibles sirven como base para nuevos dinámica molecular (MD) simulaciones 23 hacia la investigación de materiales de innovación. El procedimiento general paso a paso para crear modelos nanospring atomistas implica el uso de los siguientes elementos: (a) NanospringCarver (v. 0.5 beta) código (abierto-agriace en lenguaje C ++), (b) modelo de vidrio de sílice a granel (archivo de entrada), (c) interfaz de MATLAB GUI y archivos relacionados, y (d) el software MATLAB (versión 7) usando una licencia local en un PC Linux. Los productos que (a) - (c) anterior (código NanospringCarver, modelo de vidrio de sílice, archivos de MATLAB GUI) son de descarga gratuita en línea 26. MATLAB (Matrix Laboratory) es un lenguaje de alto nivel para el cálculo numérico, visualización y desarrollo de aplicaciones de MathWorks 24, que se utiliza principalmente para la visualización y análisis de datos, procesamiento de imágenes, y la biología computacional.

<table><tbody><tr><td>Software de computación numérica de MATLAB</td><td>Mathworks</td><td><a href="http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html">http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html</a></td><td>Ver Introducción y Referencia del Protocolo [24]</td></tr><tr><td>Código y archivos del programa NanospringCarver</td><td>UC Merced - código abierto</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Consulte la Sección 1 del protocolo (Paso 1.2) y la referencia [26]</td></tr><tr><td>Archivos GUI de MATLAB</td><td>UC Merced - código abierto</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Consulte la Sección 1 del protocolo (Paso 1.2) y la referencia [26]</td></tr><tr><td>Archivo de entrada de vidrio masivo atomístico</td><td>UC Merced - código abierto</td><td><a href="http:// tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Véase la Sección 1 del Protocolo (Paso 1.2) y la Referencia [26]</td></tr><tr><td>Software de visualización IFrIT</td><td>Software de código abierto</td><td><a href="http://sites.google.com/site/ifrithome/">http://sites.google.com/site/ifrithome/</a></td><td>Véase la Sección 3 del Protocolo y la Referencia [19]</td></tr><tr><td>Software de dinámica molecular LAMMPS</td><td>Software</td> <td>de código abierto<a href="http://lammps.sandia.gov/">http://lammps.sandia.gov/</a></td><td>Véase la Sección 4 del Protocolo y la Referencia [32]</td></tr></tbody></table>

nanohelices escalables para estudios predictivos y mejorada visualización 3d

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Materiales elásticos como son omnipresentes en la naturaleza y de interés en la nanotecnología para la captación de energía, almacenamiento de hidrógeno, y aplicaciones de detección biológicos. Para las simulaciones de predicción, se ha convertido cada vez más importante para ser capaz de modelar la estructura de nanohelices precisión. Para estudiar el efecto de la estructura local de las propiedades de estas geometrías complejas hay que desarrollar modelos realistas. Hasta la fecha, los paquetes de software son bastante limitadas en la creación de modelos helicoidales atomistas. Este trabajo se centra en la producción de modelos atomistas de vidrio de sílice (SiO2) nanocintas y nanosprings de dinámica molecular (MD) simulaciones. El uso de un modelo de MD de &quot;mayor&quot; de vidrio de sílice, dos procedimientos de cálculo para crear precisamente la forma de nanocintas y nanosprings se presentan. El primer método emplea el lenguaje de programación de código abierto y el software AWK para tallar eficazmente varias formas de nanocintas sílice de la imodelo de mayor nitial, utilizando dimensiones deseadas y ecuaciones paramétricas para definir una hélice. Con este método, precisos nanocintas sílice atomizados pueden ser generados para un rango de valores de tono y dimensiones. El segundo método consiste en un código más robusto que permite flexibilidad en las estructuras de modelado nanohelical. Este enfoque utiliza un código de C ++ especialmente escrito para implementar los métodos de pre-selección, así como las ecuaciones matemáticas para una hélice, lo que resulta en una mayor precisión y eficiencia al crear modelos nanospring. El uso de estos códigos, bien definidos y nanocintas escalables y nanosprings adecuados para simulaciones atomista se pueden crear de manera efectiva. Un valor añadido en ambos códigos de fuente abierta es que pueden ser adaptados para reproducir diferentes estructuras helicoidales, independientes de material. Además, una interfaz gráfica de usuario de MATLAB (GUI) se utiliza para mejorar el aprendizaje a través de la visualización y la interacción de un usuario general con el heli atomistaestructuras cal. Una aplicación de estos métodos es el reciente estudio de nanohelices través MD simulaciones con fines de aprovechamiento de la energía mecánica.

Los modelos nanocinta atomísticos creados con el primer procedimiento computacional (código nanocintas) y sus dimensiones asociadas se muestran en la Figura 9. Los modelos resultantes nanospring utilizando el segundo procedimiento de cálculo (código nanosprings) y las dimensiones asociadas se muestran en la Figura 10. <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig9highres.jpg" width="500"...

El modelado preciso de las estructuras nanohelical es importante para los estudios de simulación predictiva que conducen a nuevas aplicaciones de la nanotecnología. Actualmente, los paquetes de software y los códigos están limitadas en la creación de modelos helicoidales atomistas. Se presentan dos procedimientos diseñados para crear modelos nanohelical atomistas para las simulaciones, y una interfaz gráfica para mejorar la investigación a través de la visualización.

Nanohelices escalables para estudios predictivos y mejorada visualización 3D

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

El objetivo general de este procedimiento es crear modelos atómicos de nanoresortes y nanocintas helicoidales utilizando un código de fuente abierta para simulaciones de dinámica molecular o MD. Este video describe cómo preparar modelos de nanorresortes de vidrio de sílice, comenzando por generar un archivo de entrada atómico adecuado para sílice masiva, junto con los archivos del programa de nanorresortes de fuente abierta llamado nano springing carver. El segundo paso consiste en iniciar MATLAB en una PC con Linux y utilizar la interfaz gráfica de usuario del nano springing carver para generar el modelo de nanorresorte deseado.A continuación, se verifican los resultados del creador de muelles nanostructurados en un visor de código abierto. El paso final consiste en utilizar los resultados en simulaciones de tracción por dinámica molecular (MD) de muelles. En última instancia, se pueden generar eficazmente una variedad de modelos helicoidales nanostructurados bien definidos y escalables para simulaciones por dinámica molecular orientadas a la investigación en innovación de materiales.Se me ocurrió por primera vez la idea de utilizar este método cuando realizaba simulaciones de din

scalable-nanohelices-for-predictive-studies-enhanced-3d

Research

Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

Hemos utilizado sincrotrón de rayos X de tomografía en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF) de forma no invasiva producir conjuntos de datos 3D tomográfica con un píxel de resolución de 0.7μm. El uso de software volumen renderizado, lo que permite la reconstrucción de las estructuras internas en su estado natural, sin los artefactos producidos por el corte histológico.

No invasivo en 3D de visualización con la Sub-micron resolución mediante sincrotrón de rayos X de la tomografía

Detalles del Protocolo se proporcionan para etiquetado células embrionarias humanas in vitro madre con segunda nanopartículas que generan armónicos. También se presentan metodologías para la investigación de células madre mediante microscopía multi-fotón y su diferenciación en grupos cardíacas.

Armónica Nanopartículas para Regenerativa de Investigación

Se ha implementado un nuevo sistema computacional que ofrece simulación de dinámica molecular acelerada por GPU y visualización, análisis y manipulación de nanoestructuras en 3D/VR, lo que representa un enfoque novedoso para avanzar en la investigación de materiales y promover la investigación innovadora y métodos alternativos para aprender sobre estructuras materiales con dimensiones invisibles para el ojo humano.

Novela 3D / VR Interactivo Medio Ambiente para MD simulaciones, visualización y análisis

Este artículo presenta un protocolo para el procesamiento de imágenes cryo-EM utilizando la suite de software SPHIRE. El presente protocolo se puede aplicar para casi todos los proyectos EM de partículas individuales que apuntan a la resolución casi atómica.

Análisis de una sola partícula de alta resolución a partir de imágenes de crosmicroscopía electrónica usando SPHIRE

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