Name: Nanohelices scalabili per predittivi Studi e migliorata visualizzazione 3D (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 3 s
Description: Scopri la creazione di modelli atomistici di nano molle e nano nastri per simulazioni di dinamica molecolare. Questo metodo open source facilita la ricerca innovativa sui materiali nanotecnologici.

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Gli autori vogliono ringraziare Tim Allis alla UC Merced per la sua assistenza in questo progetto. Il programma NSF-MONETE a UCM supportato (KAM) in una prima parte di questo lavoro. Un premio NSF-Brige supportato co-autori (BND e KAM), fornendo i fondi per questo lavoro e le spese di viaggio per le conferenze. Il gruppo di ricerca desidera ringraziare in primo luogo la National Science Foundation per il finanziamento di questo lavoro attraverso un premio Brige. Questo materiale si basa su lavori sostenuta dalla National Science Foundation sotto Grant No 1.032.653.

1. Preparazione NanospringCarver file e avvio MATLAB su un PC Linux Le seguenti operazioni sono progettati per un utente generico di utilizzare i file forniti linea 26. <ol><li> Scompattare l&#39;archivio di file nanosprings.tar.gz nella &quot;Home&quot; o un&#39;altra directory preferita. <ol><li> Scaricare l&#39;archivio di file nanosprings.tar.gz dal repository web 26. </li><li> Individuare l&#39;archivio scaricato e spostarlo in una directory di lavoro preferito dal titolo &quot;Documenti / nanosprings&quot;. </li><li> Fare clic destro nanosprings.tar.gz e selezionare &quot;Estrai qui&quot; dal menu contestuale del tasto destro. </li></ol></li><li> Verificare che tutti i file necessari sono presenti nella directory corrente. Un elenco di questi file e il loro scopo segue: Makefile - gestito manualmente il file di compilazione per nanosprings.cpp e Point.cpp Nanospinterni rings.fig -MATLAB GUI Codice Nanosprings.m -MATLAB GUI Point.cpp - Point (Atom) definizione di classe Point.h - Punto (atomo) di intestazione di classe Carve - nanosprings stand-alone eseguibile example.par - file di parametri esempio glasscube.inp - file di dati glasscube nanosprings.cpp - Codice nanosprings principale nanosprings_diagram.jpg - esempio nanospring per la visualizzazione nanosprings.cpp MATLAB-integrato - nanospringsmex.cpp nanospringsmex.mexglx - nanosprings MATLAB-integrato eseguibile Nota: L&#39;utente dovrà creare il &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; file eseguibile per la particolare macchina Linux in uso (versione a 32 bit in questo esempio). Se questo non è ancora stato fatto, verificare l&#39;accesso alla &quot;mex&quot; compilatore MATLABdigitando sulla riga di comando &quot;che mex&quot; e verificare l&#39;esistenza del programma. Verificare inoltre accesso al programma MATLAB digitando sulla riga di comando &quot;che matlab&quot;. Tramite riga di comando digitare &quot;mex nanospringsmex.cpp Point.cpp&quot; creerà il file NanospringCarver &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; eseguibile MATLAB-integrato, come indicato nelle istruzioni riportate di seguito. Anche se non richiesto per l&#39;interfaccia grafica, se lo si desidera una versione stand-alone del programma NanospringCarver possono essere creati digitando &quot;make&quot; su una riga di comando. Questo compilerà il nanosprings.cpp e elementi del programma Point.cpp insieme per creare il &quot;scolpire&quot; il file eseguibile. In questo tutorial, il &quot;glasscube.inp&quot; il file contiene le informazioni di posizione per 192.000 silicio e atomi di ossigeno representin<html> ga modello di vetro di silice, con ogni riga contenente un atomo di ID, tipo atomo, ed x, y, z coordinate per l&#39;atomo. La prima riga del file è il conteggio totale dell&#39;atomo (192.000). Le coordinate atomiche in questo file sono valori relativi, che, se moltiplicati per 0,716 rappresenterebbe distanze nanometriche. </li><li> Sul desktop, aprire una finestra di terminale. In molte versioni di Linux realizzare questo premendo contemporaneamente il tasto &quot;Ctrl&quot;, i tasti &quot;T&quot; &quot;Alt&quot; e. </li><li> Modificare la directory della cartella in cui i file di progetto nanosprings sono stati estratti digitando: cd Documenti / nanosprings / </li><li> Quindi, eseguire il comando per compilare il binario per il sistema digitando: mex nanospringsmex.cpp Point.cpp </li><li> Successivo avviare MATLAB MATLAB digitando sulla riga di comando </li></ol> 2. Modifica e utilizzo di una interfaccia utente grafica (GUI) per il Programma NanospringCarver ove_content &quot;&gt; Seguire le istruzioni riportate di seguito utilizzando i file forniti on-line 26. <ol><li> Aprire la guida in MATLAB facendo clic sull&#39;icona GUIDE, in alto a sinistra dell&#39;area della barra degli strumenti (figura 2), per visualizzare una nuova finestra con la Guida rapida (Figura 3). </li></ol><img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig2highres.jpg" width="600" /> Figura 2: Interfaccia utente MATLAB che mostra come aprire MATLAB GUIDA. <img alt="Figura 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig3highres.jpg" width="600" /> Figura 3: Interfaccia GUIDA MATLAB inizializzazione. <ol start="2"><li> Utilizzare la scheda &quot;Apri GUI esistente&quot; (Figura 4) per modificare un valore esistente. Fare clic sul pulsante &quot;Sfoglia&quot; per cercare la GUI esistentecifra da modificare. Dopo aver selezionato il file di figura (Nanosprings.fig, vedi riquadro blu), cliccare su &quot;Apri&quot; su entrambe le finestre per visualizzare una nuova finestra con la figura GUI. Individuare i pulsanti disponibili da utilizzare per la creazione GUI sul pannello di sinistra (figura 5). </li></ol><img alt="Figura 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig4highres.jpg" width="600" /> Figura 4: Interfaccia GUIDA MATLAB che mostra come aprire un file esistente figura GUI. <img alt="Figura 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig5highres.jpg" width="600" /> Figura 5: interfaccia GUIDA MATLAB che mostra gli strumenti per la modifica di una figura grafica esistente. <ol start="3"><li> Per eseguire la GUI, cliccare su &quot;Esegui&quot; sotto la &quot;Menu Strumenti &quot;. Quindi fare clic su &quot;Sì&quot; quando una finestra pop-up chiede se salvare la cifra prima di eseguire. Una nuova finestra visualizza l&#39;interfaccia grafica modificata. </li><li> Se necessario, creare un altro GUI per un materiale specifico differente utilizzando questa interfaccia come un esempio. </li><li> Per impostare la corsa esempio, prima cliccare sul tasto &quot;Seleziona file del modello di input&quot; nella parte superiore della GUI e passare al file &quot;glasscube.inp&quot;. Selezionare il file e fare clic su &quot;Apri&quot; per chiudere la finestra di navigazione. Il file di input selezionato e il percorso per ora dovrebbero apparire nella finestra grafica a destra del pulsante &quot;Selected file del modello di input&quot; (Figura 6). </li></ol><img alt="Figura 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig6highres.jpg" width="600" /> Figura 6: Schermata di utilizzare GUI per creare un esempio di silice modello nanospring. <ol start="6"><li> Quindi, utilizzare il pulsante &quot;Sfoglia&quot; nella sezione &quot;Modello di uscita&quot; per cercare e selezionare la directory dove salvare il modello in uscita. Assicurarsi che la directory di output è attivamente selezionato in modo che la corsa sia abilitato, anche se vi è una directory di output già elencato nella finestra di accompagnamento alla destra di questo pulsante. Nota: Il valore &quot;Advance parametri minimi Distanza&quot; elencato (0.209311 in figura 6) è stato calcolato specificatamente per il file di input &quot;glasscube.inp&quot; fornite in questo esempio, e deve essere lasciato così com&#39;è. Questo valore può essere calcolato come necessario, al primo utilizzo di un file di input diversa inserendo il valore &quot;0&quot; in questa posizione prima di eseguire il modello. In questo esempio, tutti i valori dei parametri sono in unità relative a corrispondere all&#39;ingresso atomico sistema di coordinate. I valori dei parametri, se moltiplicato per 0,716 rappresenterebbero distanze nanometriche. &lt;/ Li&gt; <li> Eseguire l&#39;esempio utilizzando i parametri indicati molla di r = 1,0, R = 5.0, p = 1,5, d = 0,209,311 mila premendo il tasto GUI &quot;Run&quot;. Guarda il feedback dalla pista nella finestra di MATLAB Command (Figura 7). Nel feedback, verificare che i parametri di primavera sono confermate, che il file di dati di input viene letto correttamente, ed i risultati memorizzati nel file di output denominato &quot;modello&quot; sono descritti. </li></ol><img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7: finestra di feedback MATLAB Command da corsa nanosprings-based GUI. Nota: Nell&#39;esempio precedente, il &quot;modello&quot; file contiene 5176 atomi che compongono la primavera desiderato, uno per riga, con la prima linea contenente il numero totale di atominel file. Ogni riga definisce un atomo include l&#39;ID atomo, tipo atomo, ed x, y, z coordinate di tale atomo. <ol start="8"><li> Una volta che l&#39;interfaccia grafica è finalizzato, effettuare prove successive facendo clic destro su &quot;Nanosprings.m&quot; in MATLAB &quot;Current Folder&quot; finestra e selezionando &quot;Esegui&quot; per far apparire l&#39;interfaccia grafica direttamente. Nota: I vari riferimenti sono elencati 27-31 per ulteriori informazioni su MATLAB GUIDE e l&#39;interfaccia di base GUIDE. </li></ol> 3. Verifica NanospringCarver risultati in un Visualizer Open-source 19 I seguenti passaggi sono progettati per un utente generico di visualizzare e verificare i modelli primavera di uscita creati da NanospringCarver. <ol><li> Utilizzare il NanospringCarver MATLAB GUI come descritto in precedenza per generare i file per l&#39;ingresso nel programma di visualizzazione 19. Quando si esegue il programma di visualizzazione, utilizzare il &quot;punto di coordinate file &quot;opzione di ingresso, distinguere i tipi di atomi in base al colore, e selezionare un bordo di griglia assi per il campo. </li><li> Misurare le distanze nei modelli primavera e fare un record di loro. </li><li> Confronta i dati misurati contro quote della molla desiderate e verificarne la primavera precisione del modello. </li></ol> 4. Utilizzando Risultati NanospringCarver a trazione MD Simulazioni di nanosprings Le seguenti operazioni sono sintetizzati per un utente generico di utilizzare i modelli primavera creati da NanospringCarver come input per un open-source convenzionale codice MD 32. <ol><li> Scarica l&#39;ultima versione di open-source programma MD LAMMPS. Fare riferimento alla documentazione in linea associata per i manuali ed esempi. </li><li> Determinare le dimensioni del modello nanospring desiderato per preparare il modello di vetro di silice massa iniziale del caso, come riportato prima del 18. </li><li> Creare il modello nanospring desiderato utilizzando il NanospringCarver MATLAB GUI (v Sesopra 2 ction). </li><li> Effettuare simulazioni di trazione sul nanospring desiderato, allungando il modello assialmente 11,13,23. Produrre un video rappresentativo di modello nanospring essere allungato (vedi figura 8, di seguito, e animato figura 1) per la visualizzazione e l&#39;analisi. I risultati scientifici per quanto riguarda il comportamento sforzo-deformazione e la rigidità dei diversi modelli nanospring sotto tensione sono stati riportati altrove 23. </li></ol><img alt="Figura 8" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig8highres.jpg" width="400" /> Figura 8: Schermata di una nanospring di silice durante la simulazione di trazione (vedi anche Animati 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>Sai, V. V. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silica+nanosprings+coated+with+noble+metal+nanoparticles%3A+highly+active+SERS+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Silica nanosprings coated with noble metal nanoparticles: highly active SERS substrates.</a> J. Phys. Chem. C. 115 (2), 453-459 (2010).</li>
<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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<li>Chen, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanics+of+a+carbon+nanocoil%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Mechanics of a carbon nanocoil.</a> Nano Lett. 3 (9), 1299-1304 (2003).</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>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

Modifica del metodo originale per creare strutture nanohelical portato allo sviluppo di due codici distinti per consentire la creazione di entrambi nanoribbons e nanosprings da una massa di silice modello iniziale vetro MD. La verifica dei modelli nanoribbon silice e nanospring è stato perseguito utilizzando diversi pacchetti software 19-20, che hanno confermato la loro precisione dimensionale all&#39;interno della capacità di misura dei programmi. Confronto tra nanosprings e nanoribbons è stata effettuata an...

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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

Nanostrutture elicoidali sono tipicamente prodotti in laboratorio utilizzando vapori chimici tecniche di deposizione 1-2, mentre nuovi approcci sono stati riportati in letteratura 3. In particolare nanosprings e nanoribbons sono stati studiati per le loro proprietà distinte e promettenti applicazioni in sensori, ottica e dispositivi elettromeccanici e fluidici 4-7. Metodi di sintesi sono stati segnalati per la produzione di silice (SiO 2) nanoribbons, rendendo queste strutture potenziali unità blocco di costruzione per sistemi gerarchici. Sintesi Romanzo di nanosprings silice 3D ha ampliato le proprie applicazioni per chemiresistors rivestiti con ZnO 8 o nanoparticelle per applicazioni diagnostiche 9-10. Studi sperimentali sulle proprietà meccaniche dei nanosprings di silice e nanoribbons sono scarsi, soprattutto a causa limitazioni attuali manipolazione e metodi di prova e equipment. Indagini sulle nanomeccanica di nanostrutture e nanosprings sono stati riportati con la teoria e simulazioni 11-14. Alcune simulazioni 13 si sono concentrati sul comportamento nanomeccanico di nanosprings amorfi perché possono esplorare regimi non completamente accessibili attraverso la sperimentazione. Studi atomistica nanosprings metallici sono stati riportati in letteratura per studiare la dipendenza dimensioni di proprietà elastiche 15, e più recentemente le nanomeccanica di cristallini elicoidale nanostrutture di silicio 14. Sperimentazione di strutture nanospring è stata effettuata anche in materiali diversi come ad esempio nanostrutture di carbonio elicoidali e nanocoils carbonio 16-17. Nonostante le conoscenze raccolte finora, è necessaria una comprensione più completa delle proprietà meccaniche di questi nuovi nanostrutture per i futuri sforzi nanodispositivo fabbricazione. Come studi MD di silice glass (silice non cristallina) nanohelices sono ancora piuttosto limitate, la modellizzazione atomistica di tali strutture richiede la creazione di codici personalizzati. Sono stati identificati fino ad ora su di recente ricerca in letteratura anche altri metodi alternativi di creazione in vetro di silice modelli MD elicoidali. In questo lavoro, un approccio bottom-up alla modellizzazione atomistica di nanostrutture elicoidali in vetro di silice compreso nanosprings e nanoribbons è perseguito per i grandi simulazioni future MD nanomeccaniche. L&#39;approccio generale prevede la creazione di una &quot;massa&quot; modello di vetro di silice MD come riportato in precedenza 18, e ritagliandosi varie nanostrutture elicoidali da questo campione &quot;bulk&quot; tramite due codici di calcolo robusti e adattabili sviluppati per questo scopo. Entrambe le procedure di calcolo offrono un modo distinto per creare nanoribbon e nanospring modelli con grande efficienza e dettaglio atomistico; queste strutture sono adatte per le simulazioni atomistiche larga scala.Inoltre, un&#39;interfaccia utente grafica personalizzata viene utilizzata per facilitare la creazione e la visualizzazione delle strutture elicoidali. La struttura del &quot;bulk&quot; modello di vetro di silice si crea inizialmente a temperatura ambiente. Simulazioni MD su larga scala sono condotti a tal fine con il Garofalini interatomico potenziale simile a studi precedenti 18, il che è relativamente efficiente computazionalmente e appropriato per grandi sistemi. La struttura &quot;bulk&quot; di vetro di silice iniziale è costituito da un modello cubico (14,3 x 14,3 x 14,3 3 nm) che contiene 192.000 atomi. Il &quot;grosso&quot; modello di vetro di silice viene equilibrato a 300 K per 0,5 nsec per ottenere lo stato iniziale con condizioni al contorno periodiche. Due procedure di calcolo sono progettati e utilizzati per creare modelli nanoribbon silice e nanospring atomistiche. Il primo metodo consiste ritagliarsi nanoribbons silice dala struttura &quot;bulk&quot; utilizzando le equazioni parametriche che definiscono un&#39;elica, e la sua geometria (passo, raggio dell&#39;elica, e raggio fili). Questa procedura include l&#39;utilizzo del linguaggio di programmazione AWK, il sistema operativo Linux e open-source software di visualizzazione 19. La procedura generale iterativa per creare modelli atomistici di nanoribbons comprende: (1) selezionando un atomo nel &quot;bulk&quot; modello di vetro di silice, (2) calcolare la distanza dall&#39;atomo selezionato in un punto nello spazio su una funzione elicoidale predefinita, (3) confrontando questa distanza al raggio del nanoribbon desiderato, e (4) di eliminare o mantenere l&#39;atomo in un modello di dati di output. Una descrizione dettagliata passo-passo per questo metodo è incluso nei codici scalabile Open Source supplementare materiali. Con questo metodo, più nanoribbons silice sono stati creati utilizzando passo diverso, raggio di valori elica e raggio nanoribbon, che sono valutate in seguitoper la precisione contro i valori dimensionali desiderati con l&#39;analisi molecolare e software di visualizzazione 19-20. Modelli atomistica nanoribbons silice sono stati generati con geometrie funzionali (valori elevati di campo e bassi valori di raggio nanoribbon). Alcuni manufatti, costituito da atomi esclusi per errore, portando ad una superficie nanoribbon meno liscia, sono stati osservati a valori estremamente elevati raggio nanoribbon e valori estremamente bassi passo. Metodi simili sono stati utilizzati nel processo di creazione di nanofili silice 21-23. Il secondo metodo qui presentato include stralcio nanosprings silice dalla struttura di silice &quot;bulk&quot; applicando metodi di screening preliminare per aumentare l&#39;efficienza in aggiunta alle equazioni matematiche per un&#39;elica. Questa procedura richiede la creazione di un codice C ++ più robusto per consentire una maggiore flessibilità nella modellazione di queste nanostrutture elicoidali. Il metodo iterativo di creare atomismodelli tic di nanosprings comprende: (1) eliminando tutti gli atomi garantiti esulare dalla traiettoria elicoidale, (2) selezionare deterministico un punto della traiettoria elicoidale, (3) confrontare tutti gli atomi all&#39;interno di una distanza specifica a questo punto selezionato, e (4 ) di eliminare o la memorizzazione di ogni atomo in un modello di dati di output. Una descrizione step-by-step per questo metodo è anche incluso nei codici open-source scalabile Materiale supplementare. Con questo metodo, diversi modelli nanospring di silice sono stati ottenuti con varie dimensioni (raggio di fili, raggio di elica, e passo di nanospring) come illustrati nella Figura 1. nanospring modelli di silice ad alta precisione sono stati ottenuti in modo efficiente con questo metodo, senza evidenza di reperti trovati in estrema valori (alto e basso) passo per la nanospring. La creazione e l&#39;utilizzo dell&#39;interfaccia utente grafica per questo metodo è descritto nella sezione Protocollo. Figura 1:. Una struttura elicoidale generale mostrando dimensioni caratteristiche, dove r, R e p rappresentano rispettivamente il raggio del filo, il raggio dell&#39;elica, e pitch H indica l&#39;altezza totale della struttura elicoidale 23. Questo protocollo descrive come preparare i file NanospringCarver, in esecuzione MATLAB 24 su LINUX 25 PC, e utilizzare una interfaccia utente grafica per preparare modelli nanospring atomistico. Questi modelli non disponibili in precedenza servono da base per le dinamiche molecolari (MD) simulazioni 23 verso la ricerca l&#39;innovazione dei materiali. La procedura generale step-by-step per creare modelli nanospring atomistico comporta l&#39;uso dei seguenti elementi: (a) NanospringCarver (v. 0.5 beta) codice (open-acidoce in linguaggio C ++), (b) modello di vetro di silice di massa (file di input), (c) MATLAB interfaccia GUI e file correlati, e (d) del software MATLAB (versione 7) con una licenza locale su un PC Linux. Articoli da (a) - (c) di cui sopra (codice NanospringCarver, modello di vetro di silice, i file MATLAB GUI) sono scaricabili on-line 26 gratis. MATLAB (Matrix Laboratory) è un linguaggio di alto livello per il calcolo numerico, la visualizzazione e lo sviluppo di applicazioni da MathWorks 24, che è in gran parte utilizzato per la visualizzazione dei dati e l&#39;analisi, l&#39;elaborazione delle immagini, e la biologia computazionale.

<table><tbody><tr><td>Software di calcolo numerico 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>Vedi Introduzione al protocollo e riferimento [24]</td></tr><tr><td>Codice e file del programma NanospringCarver</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Vedere la Sezione 1 del Protocollo (Passaggio 1.2) e il riferimento [26]</td></tr><tr><td>File GUI MATLAB</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Vedere la Sezione 1 del Protocollo (Passaggio 1.2) e il riferimento [26]</td></tr><tr><td>File di input in vetro bulk atomistico</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http:// tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Vedere la sezione 1 del protocollo (passaggio 1.2) e il riferimento [26]</td></tr><tr><td>Software di visualizzazione IFrIT</td><td>Software open source</td><td><a href="http://sites.google.com/site/ifrithome/">http://sites.google.com/site/ifrithome/</a></td><td>Vedere la sezione 3 del protocollo e il riferimento [19]</td></tr><tr><td>Software di dinamica molecolare LAMMPS</td><td>Software</td> <td>open source<a href="http://lammps.sandia.gov/">http://lammps.sandia.gov/</a></td><td>Vedi Protocollo Sezione 4 e Riferimento [32]</td></tr></tbody></table>

nanohelices scalabili per predittivi studi e migliorata visualizzazione 3d

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Materiali primaverile sono onnipresenti in natura e di interesse nel campo delle nanotecnologie per la raccolta di energia, stoccaggio di idrogeno, e applicazioni di rilevamento biologico. Per simulazioni predittive, è diventato sempre più importante essere in grado di modellare la struttura del nanohelices precisione. Per studiare l&#39;effetto della struttura locale sulle proprietà di queste geometrie complesse si deve sviluppare modelli realistici. Fino ad oggi, i pacchetti software sono piuttosto limitati nella creazione di modelli elicoidali atomistico. Questo lavoro si concentra sulla produzione di modelli atomistici di vetro di silice (SiO 2) nanoribbons e nanosprings di dinamica molecolare (MD) simulazioni. Utilizzando un modello MD di &quot;bulk&quot; di vetro di silice, due procedure di calcolo per creare con precisione la forma di nanoribbons e nanosprings sono presentati. Il primo metodo utilizza il linguaggio di programmazione e il software open-source AWK per scolpire in modo efficace varie forme di nanoribbons silice dal imodello di massa nitial, con dimensioni desiderate ed equazioni parametriche per definire un elica. Con questo metodo, accurati nanoribbons silice atomistiche possono essere generati per un intervallo di valori del passo e dimensioni. Il secondo metodo prevede un codice più robusto che consente flessibilità nelle strutture modellazione nanohelical. Questo approccio utilizza un codice C ++ particolare scritta per implementare metodi di pre-screening nonché le equazioni matematiche per un&#39;elica, con conseguente maggiore precisione ed efficienza durante la creazione di modelli nanospring. Utilizzando questi codici, ben definiti e nanoribbons scalabili e nanosprings adatti per le simulazioni atomistiche possano essere effettivamente creati. Un valore aggiunto in entrambi i codici open-source è che possono essere adattate per riprodurre diverse strutture elicoidali, indipendentemente dal materiale. Inoltre, un&#39;interfaccia utente grafica MATLAB (GUI) è utilizzato per migliorare l&#39;apprendimento attraverso la visualizzazione e l&#39;interazione di un utente generico con l&#39;elicottero atomisticastrutture cal. Una applicazione di questi metodi è il recente studio di nanohelices via MD simulazioni per scopi di energy harvesting meccanici.

I modelli nanoribbon atomistici creati con la prima procedura di calcolo (codice nanoribbons) e le loro dimensioni associate sono mostrati nella Figura 9. I modelli nanospring risultante utilizzando la seconda procedura di calcolo (codice nanosprings) e dimensioni associate sono mostrati in Figura 10. <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig9highres.jpg" width="500" /> <strong...

Modellazione accurata di strutture nanohelical è importante per gli studi di simulazione predittiva che portano a nuove applicazioni delle nanotecnologie. Attualmente, i pacchetti software ei codici sono limitati nella creazione di modelli elicoidali atomistico. Vi presentiamo due procedure volte a creare modelli nanohelical atomistici per le simulazioni, e un&#39;interfaccia grafica per rafforzare la ricerca attraverso la visualizzazione.

Nanohelices scalabili per predittivi Studi e migliorata visualizzazione 3D

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

L'obiettivo generale di questo procedimento è creare modelli atomici di nano molle e nastri nano elicoidali utilizzando un codice open source per simulazioni di dinamica molecolare o MD. Questo video descrive come preparare modelli di nano molle in vetro di silice, partendo dalla preparazione di un file di input atomico appropriato per il vetro di silice in forma massiva, insieme ai file del programma open source nano springing carver. Il secondo passaggio consiste nell'avviare MATLAB su un PC Linux e utilizzare l'interfaccia grafica utente del programma nano springing carver per generare il modello di nano molla desiderato.Successivamente, i risultati del nanospringing carver vengono verificati in un visualizzatore open source. L'ultimo passaggio consiste nell'utilizzare i risultati nelle simulazioni di trazione in dinamica molecolare (MD) delle molle. In definitiva, una varietà di modelli nano elicoidali ben definiti e scalabili può essere generata efficacemente per simulazioni in dinamica molecolare finalizzate alla ricerca nell'innovazione dei materiali.Ho avuto per la prima volta l'idea di utilizzare questo metodo quando stavo eseguendo simulazioni di dinamica molecolare di na

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Research

Ricerca

JoVE Journal

Engineering

Ingegneria

Abbiamo usato sincrotrone tomografia a raggi X alla European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) a non invasivo produrre set di dati 3D tomografiche con un pixel-risoluzione di 0.7μm. Utilizzando il software di rendering del volume, questo permette la ricostruzione di strutture interne allo stato naturale, senza gli artefatti prodotti dal sezionamento istologico.

Non invasive di visualizzazione 3D con sub-micron Risoluzione Utilizzando sincrotrone a raggi-X, la tomografia

Dettagli del protocollo sono previste per l'etichettatura di cellule staminali embrionali umane in vitro con la seconda nanoparticelle generano armoniche. Metodologie di indagine hESC mediante microscopia multi-fotone e la loro differenziazione in gruppi cardiache sono anche presentati.

Harmonic Nanoparticelle for Regenerative ricerca

È stato implementato un nuovo sistema computazionale con simulazione di dinamica molecolare accelerata da GPU e visualizzazione, analisi e manipolazione 3D/VR di nanostrutture, che rappresenta un nuovo approccio per far progredire la ricerca sui materiali e promuovere indagini innovative e metodi alternativi per conoscere le strutture dei materiali con dimensioni invisibili all'occhio umano.

Romanzo 3D / VR Interactive Environment per MD simulazioni, visualizzazione e l&#39;analisi

Questo documento presenta un protocollo per l'elaborazione di immagini cryo-EM utilizzando la suite software SPHIRE. Il presente protocollo può essere applicato per quasi tutti i progetti di singoli particelle EM che mirano ad una risoluzione quasi atomica.

Analisi di particelle singole ad alta risoluzione da immagini elettroniche a cryo-microscopia usando SPHIRE

Attraverso un'ampia varietà di indicazioni di malattia, modelli più fisiologicamente rilevanti sono in corso programmi di scoperta della droga sviluppata e implementata in. Il nuovo modello di sistema descritto qui di seguito viene illustrato come tridimensionale del tumore sferoidi possono essere coltivate e proiettati in un sistema basato su piastra 1536 pozzetti ad alta produttività per la ricerca di nuovi farmaci oncologici.

Generazione di sferoidi tumore tridimensionale High-Throughput per lo Screening di stupefacenti

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Analisi 3D delle risposte multi-cellulari ai gradienti chemoattractant

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Un metodo robusto per la produzione su larga scala di sferoidi per applicazioni di screening e analisi ad alto contenuto

Il presente protocollo descrive una piattaforma sperimentale per valutare gli effetti dei segnali meccanici e biochimici sulle risposte chemioterapiche delle cellule di glioblastoma derivate dal paziente in colture 3D matrix-mimetiche utilizzando un dispositivo di illuminazione UV su misura che facilita il fotocrosslinking ad alto rendimento di idrogel con caratteristiche meccaniche sintonizzabili.

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Progettazione e costruzione di un microscopio a fluorescenza personalizzabile, monoobiettivo, a foglio luminoso per la visualizzazione di reti di citoscheletri

Scopri la creazione di modelli atomistici di nano molle e nano nastri per simulazioni di dinamica molecolare. Questo metodo open source facilita la ricerca innovativa sui materiali nanotecnologici.

Nanohelices scalabili per predittivi Studi e migliorata visualizzazione 3D

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