Name: Schaalbare Nanohelices voor Predictive Studies en Enhanced 3D Visualisatie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 3 s
Description: Leer atomistische modellen van nanohelices maken met open-source software voor moleculaire dynamica. Deze methode verbetert visualisatie en simulatie voor innovatief nanotechnologieonderzoek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs willen Tim Allis danken aan UC Merced voor zijn hulp bij dit project. Het NSF-COINS programma op UCM ondersteund (KAM) in een eerste deel van dit werk. Een NSF-BRIGE award ondersteund co-auteurs (BND en KAM), het verstrekken van fondsen voor dit werk en kosten voor conferenties. Het lectoraat wil in de eerste plaats de National Science Foundation erkennen voor de financiering van deze werkzaamheden via een BRIGE award. Dit materiaal is gebaseerd op werk ondersteund door de National Science Foundation onder Grant No. 1.032.653.

1. Voorbereiding NanospringCarver Bestanden en Beginnend MATLAB op een Linux PC De volgende stappen zijn ontworpen voor een gewone gebruiker gebruik van de bestanden online 26 te ontvangen. <ol><li> Pak de nanosprings.tar.gz archiefbestand in de &quot;Home&quot; of een andere geprefereerde directory. <ol><li> Download de nanosprings.tar.gz bestand archief van het web repository 26. </li><li> Zoek het gedownloade archief en verplaats deze naar een gewenste werkmap getiteld &quot;Documents / Nanosprings&quot;. </li><li> Klik met de rechtermuisknop nanosprings.tar.gz en selecteer &quot;extract here&quot; van rechts-klik context menu. </li></ol></li><li> Controleer of alle benodigde bestanden in de huidige directory zijn. Een lijst van deze bestanden en hun doel volgt: Makefile - handmatig beheerde compile bestand voor nanosprings.cpp en Point.cpp Nanosprings.fig -MATLAB GUI internals Nanosprings.m -MATLAB GUI code Point.cpp - Point (atoom) definitie van de klasse Point.h - Point (atoom) klasse header snijd - stand-alone nanosprings executable example.par - bijvoorbeeld parameter file glasscube.inp - glasscube databestand nanosprings.cpp - main nanosprings code nanosprings_diagram.jpg - bijvoorbeeld nanospring voor weergave nanospringsmex.cpp - MATLAB-geïntegreerd nanosprings.cpp nanospringsmex.mexglx - MATLAB-geïntegreerd nanosprings uitvoerbare Opmerking: De gebruiker moet de &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; uitvoerbaar bestand voor de specifieke Linux-machine wordt gebruikt te maken (32-bits versie in dit voorbeeld). Als dit nog niet is gedaan, controleert de toegang tot de MATLAB &quot;mex&quot; compilerdoor te typen op de command line &quot;die mex&quot; en verifiëren van het bestaan ​​van het programma. Controleer ook of de toegang tot de MATLAB-programma door het typen op de command line &quot;die matlab&quot;. Met een opdrachtregel te typen &quot;mex nanospringsmex.cpp Point.cpp&quot; zal de &quot;nanospringsmex.mexglx&quot; executable MATLAB-geïntegreerd NanospringCarver bestand aan te maken, zoals in de onderstaande instructies. Hoewel niet vereist voor de GUI desgewenst een zelfstandige versie van het NanospringCarver programma kan worden aangemaakt met &quot;make&quot; op een opdrachtregel. Dit zal de nanosprings.cpp en Point.cpp programma-elementen samen te stellen om de &quot;carve&quot; uitvoerbaar bestand te maken. In deze tutorial, de &quot;glasscube.inp&quot; bestand bevat positie-informatie voor 192.000 silicium en zuurstofatomen representin<html> ga kwartsglas model, waarbij elke regel met een atoom ID type atoom, en x, y, z-coördinaten van het atoom. De eerste regel van het bestand is het totale aantal atoom (192.000). De atomaire coördinaten in dit bestand zijn relatieve waarden, die, indien vermenigvuldigd met 0,716 zou nanometer afstanden vertegenwoordigen. </li><li> Op het bureaublad, open een terminal venster. Op veel Linux-versies doen dit door tegelijkertijd op de &quot;Ctrl&quot;, &quot;Alt&quot; en &quot;T&quot; toetsen. </li><li> Wijzig de map in de map waarin het nanosprings project bestanden werden geëxtraheerd door te typen: cd Documents / Nanosprings / </li><li> Vervolgens voert u de opdracht naar de binary voor het systeem door te typen compileren: mex nanospringsmex.cpp Point.cpp </li><li> Volgende initiëren MATLAB door het intikken van Matlab op de opdrachtregel </li></ol> 2. wijzigen en met behulp van een Graphical User Interface (GUI) om de NanospringCarver Program ove_content &quot;&gt; Volg de onderstaande behulp van de bestanden online 26 voorzien stappen. <ol><li> Open het GUIDE in MATLAB door te klikken op het pictogram GUIDE, linksboven werkbalk gebied (Figuur 2), om een nieuw venster met de GUIDE snelle start (Figuur 3) weer te geven. </li></ol><img alt="Figuur 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig2highres.jpg" width="600" /> Figuur 2: MATLAB user interface laat zien hoe MATLAB GUIDE openen. <img alt="Figuur 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig3highres.jpg" width="600" /> Figuur 3: MATLAB GUIDE-interface geïnitialiseerd. <ol start="2"><li> Gebruik het tabblad &quot;Open Bestaande GUI&quot; (figuur 4) om een bestaande afbeelding te wijzigen. Klik op de knop &quot;Bladeren&quot; om te zoeken naar de bestaande GUIcijfer te wijzigen. Na de figuur bestand selecteren (Nanosprings.fig, zie blauwe doos), klik op &quot;Open&quot; op beide vensters om een nieuw venster met de GUI figuur weer te geven. Zoek de knoppen beschikbaar om te worden gebruikt voor de GUI-creatie op het linker paneel (figuur 5). </li></ol><img alt="Figuur 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig4highres.jpg" width="600" /> Figuur 4: MATLAB GUIDE-interface laten zien hoe u een bestaand GUI figuur bestand te openen. <img alt="Figuur 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig5highres.jpg" width="600" /> Figuur 5: MATLAB GUIDE-interface tonen tools voor het aanpassen van een bestaande GUI figuur. <ol start="3"><li> Om de GUI draaien, klikt u op &quot;Uitvoeren&quot; onder het &quot;Extra menu &quot;. Klik vervolgens op &quot;Ja&quot; als er een pop-up venster wordt gevraagd of u de afbeelding opslaan voordat hardlopen. Een nieuw venster wordt de gewijzigde GUI. </li><li> Maak zo nodig een GUI voor een ander specifiek materiaal met deze GUI als een voorbeeld. </li><li> Voor het instellen van het voorbeeld run, klik eerst op de &quot;Select Input model bestand&quot; knop aan de bovenkant van de GUI en navigeer naar de &quot;glasscube.inp&quot; bestand. Selecteer dit bestand en klik op &quot;Open&quot; om het zoekvenster te sluiten. De geselecteerde input file en het pad naar het moet nu worden weergegeven in de GUI-venster aan de rechterkant van de &quot;Geselecteerde ingang model bestand&quot; (afbeelding 6). </li></ol><img alt="Figuur 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig6highres.jpg" width="600" /> Figuur 6: Screenshot van het gebruik van de GUI om een voorbeeld silica nanospring model te maken. <ol start="6"><li> Vervolgens gebruikt u de knop &quot;Bladeren&quot; in het onderdeel &quot;Output model&quot; om te zoeken naar en selecteer de map om de output-model op te slaan in. Zorg ervoor dat de output directory actief is geselecteerd om tijdens de koers te zijn ingeschakeld, ook al is er een output directory al in de bijbehorende venster weergegeven aan de rechterkant van deze knop. Opmerking: De &quot;Advance Parameters Minimum afstand&quot; waarde heeft (0.209311 figuur 6) specifiek berekend voor de &quot;glasscube.inp&quot; invoerbestand in dit voorbeeld, en moet worden gelaten is. Deze waarde kan indien nodig, worden berekend op basis van het eerste gebruik van een andere input file door het invoeren van een waarde van &quot;0&quot; op deze locatie voordat u het model. In dit voorbeeld zijn alle parameterwaarden in relatieve eenheden aan de ingang overeenkomen atomaire coördinatensysteem. Indien vermenigvuldigd met 0,716 parameterwaarden zou nanometer afstand vertegenwoordigen. &lt;/ Li&gt; <li> Voer het bijvoorbeeld met behulp van de gegeven voorjaar parameters van r = 1,0, R = 5.0, p = 1,5, en d = 0,209311 door op de GUI &quot;Run&quot; knop. Bekijk de feedback van de run in het venster MATLAB Command (figuur 7). In de feedback, controleer dan of de veer parameters worden bevestigd, dat de input data bestand is gelezen, en de resultaten die zijn opgeslagen in de output bestand met de naam &quot;model&quot; zijn beschreven. </li></ol><img alt="Figuur 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig7highres.jpg" width="500" /> Figuur 7: MATLAB Command window feedback van GUI-gebaseerde Nanosprings run. Opmerking: In het bovenstaande voorbeeld, het bestand &quot;model&quot; bevat 5176 atomen omvattende de gewenste bron, één per regel, de eerste regel geeft het totale aantal atomenin het bestand. Elke lijn definieert een atoom omvat het atoom ID, atoomtype en x, y, z-coördinaten van dat atoom. <ol start="8"><li> Zodra de GUI interface is afgerond, voert opeenvolgende series door rechts te klikken op &quot;Nanosprings.m&quot; in de MATLAB &quot;Huidige map&quot; venster, en &quot;Uitvoeren&quot; te selecteren om de GUI-interface direct mee te nemen. Opmerking: Verschillende referenties zijn vermeld 27-31 voor aanvullende informatie over MATLAB GUIDE en de basisinstellingen van het GUIDE interface. </li></ol> 3. Verifying NanospringCarver resultaten in een open-source Visualizer 19 De volgende stappen zijn bedoeld voor een algemene gebruiker te visualiseren en controleren de output voorjaar modellen gecreëerd door NanospringCarver. <ol><li> Gebruik de NanospringCarver MATLAB GUI zoals hierboven beschreven bestanden voor invoer in het visualisatieprogramma 19. Bij het uitvoeren van de visualisatie-programma, gebruik dan de &quot;point Coordinaten file &quot;input optie, onderscheiden types atoom door kleur, en selecteer een as rooster grens voor het veld. </li><li> Meet afstanden in het voorjaar modellen en maak een verslag van hen. </li><li> Vergelijk meetgegevens tegen gewenste voorjaar afmetingen en controleer voorjaar model nauwkeurigheid. </li></ol> 4. Met behulp van NanospringCarver Resultaten in MD Tensile Simulaties van Nanosprings De volgende stappen worden samengevat voor een gewone gebruiker de veer een model dat NanospringCarver als invoer voor een conventionele open source MD code 32. <ol><li> Download de nieuwste versie van het open-source MD-programma LAMMPS. Raadpleeg de bijbehorende online documentatie voor handleidingen en voorbeelden. </li><li> Bepaal de afmetingen van de gewenste nanospring model om de passende initiële bulk silica glas model voor te bereiden, zoals gemeld vóór 18. </li><li> Maak de gewenste nanospring model met behulp van de NanospringCarver MATLAB GUI (zie Sectie 2 hierboven). </li><li> Voer treksterkte simulaties op de gewenste nanospring, door het uitrekken van het model axiaal 11,13,23. Produceer een vertegenwoordiger video van nanospring model uitgerekt (zie figuur 8, hieronder, en Animated figuur 1) voor visualisatie en analyse. Wetenschappelijke resultaten over de spanning-rek gedrag en stijfheid bij verschillende nanospring modellen onder spanning zijn elders vermeld 23. </li></ol><img alt="Figuur 8" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig8highres.jpg" width="400" /> Figuur 8: Screenshot van silica nanospring tijdens treksterkte simulatie (zie ook geanimeerde figuur 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>
<li>McIlroy, D. N., Zhang, D., Kranov, Y., Norton, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanosprings%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nanosprings.</a> Appl. Phys. Lett. 79 (10), 1540-1542 (2001).</li>
<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>
<li>Dobrokhotov, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ZnO+coated+nanospring-based+chemiresistors%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">ZnO coated nanospring-based chemiresistors.</a> J. Appl. Phys. 111 (4), 044311-044318 (2012).</li>
<li>Sai, V. V. R., et al. Chapter 1: Bio Sensors, Diagnostics & Imaging. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSai%2C+VVR+%22Nanotechnology+2010%3A+Bio+Sensors%2C+Instruments%2C+Medical%2C+Environment+and+Energy%22">Nanotechnology 2010: Bio Sensors, Instruments, Medical, Environment and Energy</a>. , 19(2010).</li>
<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>
<li>Fonseca, da, Malta, A. F., Galvão, C. P., S, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+of+amorphous+nanosprings%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties of amorphous nanosprings.</a> Nanotechnology. 17 (22), 5620-5626 (2006).</li>
<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>
<li>Poggi, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+compression+of+a+carbon+nanospring%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Measuring the compression of a carbon nanospring.</a> Nano Lett. 4 (6), 1009-1016 (2004).</li>
<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>
<li>Dávila, L. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transformations+in+the+medium-range+order+of+fused+silica+under+high+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Transformations in the medium-range order of fused silica under high pressure.</a> Phys. Rev. Lett. 91 (20), 2055011-2055014 (2003).</li>
<li>Nick Gnedin’s Ionization FRont Interactive Tool (IFrIT) v. 3.2.8 - A general purpose visualization software [Internet]. , Nick Gnedin. Chicago, IL. Available from:
 
 <a target="_blank" href="https://sites.google.com/site/ifrithome/">https://sites.google.com/site/ifrithome/</a> (2013).</li>
<li>Accelrys Inc. Materials Studio Overview [Internet]. , U.S.A. Accelrys. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://accelrys.com/products/materials-studio">http://accelrys.com/products/materials-studio</a> (2013).</li>
<li>Silva, E. C. C. M., Tong, L., Yip, S., Van Vliet, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+effects+on+the+stiffness+of+silica+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Size effects on the stiffness of silica nanowires.</a> Small. 2 (2), 239-243 (2006).</li>
<li>Dávila, L. P., Leppert, V. J., Bringa, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanical+behavior+and+nanostructure+of+silica+nanowires+via+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Scripta+Mater%22%5BJournal%5D)">The mechanical behavior and nanostructure of silica nanowires via simulations.</a> Scripta Mater. 60 (10), 843-846 (2009).</li>
<li>Doblack, B. N. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22The+structure+and+properties+of+silica+glass+nanostructures+using+novel+computational+systems+%5B%5D%22">The structure and properties of silica glass nanostructures using novel computational systems [thesis]</a>. , University of California Merced. Merced, CA. 55-55 (2013).</li>
<li>MathWorks. MATLAB Overview [Internet]. , Mathworks. Massachusetts. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html">http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html</a> (2013).</li>
<li>Linux homepage [Internet]. , Linux. U.S.A.. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.linux.org">http://www.linux.org</a> (2013).</li>
<li>Nanospring Models via MATLAB and NanospringCarver. Davila group website [Internet]. , University of California Merced. Merced, CA. Available from:
 
 <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> (2013).</li>
<li>Blinkdagger - An Engineering and MATLAB blog [Internet]. , University of California Merced. Merced, CA. Available from:
 
 <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>
<li>MathWorks. Introduction to MATLAB GUIDE [Internet]. , MathWorks. Massachusetts. Available from:
 
 <a target="_blank" href="http://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/about-the-simple-guide-gui-example.html">http://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/about-the-simple-guide-gui-example.html</a> (2014).</li>
<li>MathWorks. Use and create MATLAB MEX-files [Internet]. , MathWorks. Massachusetts. Available from:
 
 <a target="_blank" href="http://www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html">http://www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html</a> (2013).</li>
<li>MathWorks. Lay out the simple GUI in MATLAB GUIDE [Internet]. , MathWorks. Massachusetts. Available from:
 
 <a target="_blank" href="http://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/lay-out-the-simple-gui-in-guide.html">http://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/lay-out-the-simple-gui-in-guide.html</a> (2013).</li>
<li>MathWorks. Add components to the MATLAB GUIDE layout area [Internet]. , MathWorks. Massachusetts. Available from:
 
 <a target="_blank" href="http://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/adding-components-to-the-gui.html">http://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/adding-components-to-the-gui.html</a> (2013).</li>
<li>LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) molecular dynamics code [Internet]. , Steve Plimpton. Albuquerque, NM. Available from:
 
 <a target="_blank" href="http://lammps.sandia.gov">http://lammps.sandia.gov</a> (2013).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.

Wijziging van de oorspronkelijke benadering van nanohelical structuren heeft geleid tot de ontwikkeling van twee verschillende codes te creëren van zowel nanoribbons en nanosprings toestaan ​​van een eerste bulk silica glas MD model te maken. De verificatie van de silica nanoribbon en nanospring modellen werd voortgezet met behulp van verschillende software pakketten 19-20, die hun maatvastheid binnen de meetcapaciteit van het programma bevestigd. Vergelijking tussen nanosprings en nanoribbons werd ook uitgev...

A correction was made to <a href="/video/51372">Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization</a>. Online article is missing its 29th author reference.
The reference section has added:
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).

A correction was made to <a href="/video/51372">Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization</a>. Online article is missing its 29th author reference.

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

Helical nanostructuren worden typisch geproduceerd in het laboratorium met behulp van chemical vapour deposition technieken 1-2, terwijl nieuwe benaderingen zijn in de literatuur 3. In het bijzonder nanosprings en ​​nanoribbons zijn bestudeerd omwille van hun verschillende eigenschappen en veelbelovende toepassingen in sensoren, optica, en elektromechanische en fluïduminrichtingen 4-7. Synthesewerkwijzen gemeld aan siliciumdioxide (SiO2) nanoribbons produceren die deze structuren potentieel bouwsteen eenheden hiërarchische systemen. Novel synthese van 3D silica nanosprings heeft hun applicaties uitgebreid met chemiresistors wanneer bekleed met ZnO 8 of nanodeeltjes voor diagnostische toepassingen 9-10. Experimentele studies naar de mechanische eigenschappen van silica nanosprings en nanoribbons zijn schaars, vooral als gevolg van de huidige beperkingen in manipulatie en testmethoden en equipment. Onderzoeken naar de nanomechanica van nanostructuren en nanosprings zijn gemeld met behulp van theorie en simulaties 11-14. Sommige simulaties 13 hebben zich gericht op nanomechanical gedrag van amorfe nanosprings omdat ze regimes niet volledig toegankelijk door middel van experimenten kunnen verkennen. Atomistische studies van metallic nanosprings zijn gemeld in de literatuur aan de grootte afhankelijkheid van elastische eigenschappen 15 te onderzoeken, en meer recent de nanomechanica van spiraalvormige kristallijne silica nanostructuren 14. Experimentele testen van nanospring structuren is ook uitgevoerd in verschillende materialen zoals spiraalvormige koolstofnanostructuren en carbon nanocoils 16-17. Ondanks verzamelde de kennis tot nu toe, is een meer volledig begrip van de mechanische eigenschappen van deze nieuwe nanostructuren die nodig is voor toekomstige nanodevice fabricage inspanningen. Als MD studies silica glass (niet-kristallijne silica) nanohelices zijn nog steeds vrij beperkt, de atomistische modellering van dergelijke structuren vereist de creatie van aangepaste codes. Geen enkele andere alternatieve methoden van het creëren van silica glas spiraalvormige MD modellen zijn tot nu toe geïdentificeerd op recente literatuuronderzoek. In dit werk wordt een bottom-up benadering van de atomistische modellering van spiraalvormige silica glas nanostructuren inclusief nanosprings en nanoribbons nagestreefd voor toekomstige grootschalige MD nanomechanical simulaties. De algemene aanpak omvat de oprichting van een MD &quot;bulk&quot; silica glas model zoals eerder gemeld 18, en het uithakken van verschillende spiraalvormige nanostructuren van deze &quot;bulk&quot; sample via twee robuuste en flexibele computer codes voor dit doel ontwikkeld. Beide computationele procedures bieden een aparte manier om nanoribbon en nanospring modellen met grote efficiëntie en atomistische detail te creëren; deze structuren zijn geschikt voor grootschalige atomistische simulaties.Daarnaast wordt een aangepaste grafische gebruikersinterface gebruikt creatie en visualisatie van de spiraalvormige structuren vergemakkelijken. De structuur van de &quot;bulk&quot; kwartsglas model aanvankelijk gemaakt bij kamertemperatuur. Grootschalige MD simulaties worden uitgevoerd voor dit doel gebruik van de Garofalini interatomaire potentiaal vergelijkbaar met eerdere studies 18, die relatief efficiënt computationeel en geschikt voor grote systemen. De aanvankelijke &quot;bulk&quot; silica glazen constructie bestaat uit een kubusvormige model (14,3 x 14,3 x 14,3 3 nm), die 192.000 atomen bevat. De &quot;bulk&quot; silica glas model wordt in evenwicht gebracht bij 300 K voor 0,5 ns naar de oorspronkelijke staat te krijgen met behulp van periodieke randvoorwaarden. Twee computationele procedures worden ontworpen en gebruikt om atomistische silica nanoribbon en nanospring modellen te maken. De eerste methode houdt in het uithakken van silica nanoribbons uitde &quot;bulk&quot; structuur met behulp van de parametrische vergelijkingen die een helix te definiëren, en de geometrie (toonhoogte, straal van helix, en draad straal). Deze procedure omvat het gebruik van de AWK programmeertaal, het Linux-besturingssysteem, en open-source visualisatie software 19. De algemene iteratieve procedure atomaire modellen nanoribbons maken omvat: (1) het selecteren van een atoom in de &quot;bulk&quot; kwartsglas model, (2) het berekenen van de afstand van de geselecteerde atoom tot een punt in de ruimte op een vooraf gedefinieerde spiraalvormige functie (3) het vergelijken van de afstand tot de radius van de gewenste nanoribbon, en (4) ontdoen of houden het atoom in een output gegevensmodel. Een gedetailleerde stap-voor-stap beschrijving van deze methode is opgenomen in de Scalable Open-Source Codes Aanvullend materiaal. Met deze methode, werden verschillende silica nanoribbons gemaakt met behulp van verschillende toonhoogte, straal van helix en nanoribbon straal waarden, die vervolgens werden gemetenvoor nauwkeurigheid tegen de gewenste dimensionele waarden met moleculaire analyse en visualisatie software 19-20. Atomistische modellen van silica nanoribbons werden gegenereerd met functionele geometrieën (hoge waarden van toonhoogte en lage waarden van nanoribbon straal). Sommige artefacten, bestaande uit atomen uitgesloten fout, waardoor een minder glad oppervlak nanoribbon, waargenomen bij zeer hoge nanoribbon radiuswaarden en extreem lage toonhoogten. Soortgelijke werkwijzen zijn gebruikt bij het ​​maken van silica nanodraden 21-23. De tweede methode hier gepresenteerde omvat het uithakken van silica nanosprings van de &quot;bulk&quot; silica structuur door de uitvoering van pre-screening methoden om de efficiëntie in aanvulling te verhogen om de wiskundige vergelijkingen voor een helix. Deze procedure vereist het creëren van een meer robuuste C ++ code om meer flexibiliteit in het modelleren van deze spiraalvormige nanostructuren. De iteratieve methode Atomis creërentic modellen nanosprings omvat: (1) weggooien helemaal uit buiten de schroeflijnvormige baan vallen atomen, (2) deterministisch selecteren van een punt op de schroeflijnvormige baan, (3) het vergelijken van alle atomen binnen een bepaalde afstand van dit gekozen punt, en (4 ) weggooid of opslaan van elk atoom in een output datamodel. Een stap-voor-stap beschrijving van deze methode is ook opgenomen in de Scalable Open-Source Codes Aanvullend materiaal. Met deze methode meerdere silica nanospring modellen werden verkregen met gevarieerde afmetingen (draad straal, straal van helix, en de toonhoogte van nanospring) als weergegeven in figuur 1. Zeer nauwkeurige silica nanospring modellen werden efficiënt verkregen met deze methode, met geen bewijs van gevonden artefacten bij extreme (laag en hoog) toonhoogte waarden voor de nanospring. Het creëren en gebruiken van de grafische gebruikersinterface voor deze methode wordt beschreven in het protocol. Figuur 1. Een algemene helixstructuur tonen karakteristieke afmetingen, waarbij r, R en p de draad straal, straal van helix en pek respectievelijk H geeft de totale hoogte van de helixstructuur 23. Dit protocol beschrijft hoe voor te bereiden de NanospringCarver bestanden, hardlopen MATLAB 24 op een LINUX 25 PC, en gebruik maken van een grafische gebruikersinterface om atomistische nanospring modellen voor te bereiden. Deze voorheen niet beschikbaar modellen dienen als basis voor nieuwe moleculaire dynamica (MD) simulaties 23 in de richting van materialen innovatie-onderzoek. De algemene stap-voor-stap procedure om atomistische nanospring modellen te maken gaat met behulp van de volgende elementen: (a) NanospringCarver (. V 0.5 beta) code (open-zurece in C ++ taal), (b) bulk silica glas model (input-bestand), (c) MATLAB GUI-interface en de bijbehorende bestanden, en (d) MATLAB software (versie 7) met behulp van een lokale licentie op een Linux PC. Items (a) - (c) hierboven (NanospringCarver code, silica glas model, MATLAB GUI bestanden) zijn vrij om online 26 downloaden. MATLAB (Matrix Laboratory) is een high-level taal voor de numerieke berekening, visualisatie, en applicatie-ontwikkeling uit MathWorks 24, die meestal wordt gebruikt voor data visualisatie en analyse, beeldverwerking, en computationele biologie.

<table><tbody><tr><td>MATLAB numerieke computing software</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>Zie Protocol Inleiding en Referentie [24]</td></tr><tr><td>NanospringCarver programmacode en bestanden</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Zie Protocol Sectie 1 (Stap 1.2) en Referentie [26]</td></tr><tr><td>MATLAB GUI-bestanden</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Zie Protocol Sectie 1 (Stap 1.2) en Referentie [26]</td></tr><tr><td>Atomistisch bulkglas invoerbestand</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Zie Protocol Sectie 1 (Stap 1.2) en Referentie [26]</td></tr><tr><td>IFrIT visualisatie software</td><td>Open source software</td><td><a href="http://sites.google.com/site/ifrithome/">http://sites.google.com/site/ifrithome/</a></td><td>Zie Protocol Sectie 3 en Referentie [19]</td></tr><tr><td>LAMMPS moleculaire dynamica software</td><td>Open source software</td><td><a href="http://lammps.sandia.gov/">http://lammps.sandia.gov/</a></td><td>Zie Protocol Sectie 4 en Referentie [32]</td></tr></tbody></table>

schaalbare nanohelices voor predictive studies en enhanced 3d visualisatie

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Lente-achtige materialen zijn alomtegenwoordig in de natuur en van de interesse in nanotechnologie voor energie oogsten, de opslag van waterstof, en biologische sensing toepassingen. Voorspellende simulaties is het steeds belangrijker geworden om te kunnen modelleren van de structuur van nanohelices nauwkeurig. Om het effect van lokale structuur eigenschappen van deze complexe geometrieën moet een realistische modellen te ontwikkelen bestuderen. Tot op heden zijn softwarepakketten eerder beperkt in het creëren van atomistische spiraalvormige modellen. Dit werk richt zich op het produceren van atomistische modellen van silica glas (SiO 2) nanoribbons en nanosprings voor moleculaire dynamica (MD) simulaties. Een MD- model van &quot;bulk&quot; silica glas, twee computationele procedures om de vorm van nanoribbons en nanosprings nauwkeurig worden belicht. De eerste methode maakt gebruik van de AWK programmeertaal en open-source software om effectief te snijden verschillende vormen van silica nanoribbons uit de initial bulk model, met behulp van de gewenste afmetingen en parametrische vergelijkingen om een ​​helix te definiëren. Met deze methode kan accurate atomistische silica nanoribbons gegenereerd worden voor een reeks van toonhoogte waarden en dimensies. De tweede methode houdt in een meer robuuste code die flexibiliteit mogelijk maakt in het modelleren nanohelical structuren. Deze benadering maakt gebruik van een C ++ code bijzonder geschreven vooraf screeningsmethoden en de wiskundige vergelijkingen voor een helix voeren, resulterend in grotere precisie en efficiëntie bij het maken nanospring modellen. Met behulp van deze codes, goed gedefinieerd en schaalbare nanoribbons en nanosprings geschikt voor atomaire simulaties effectief kan worden gecreëerd. Meerwaarde in zowel open source codes is dat ze kunnen worden aangepast aan verschillende spiraalvormige structuur, onafhankelijk van materiaal te reproduceren. Daarnaast wordt een MATLAB grafische user interface (GUI) gebruikt om de leerstof door visualisatie en interactie voor een algemene gebruiker met de atomaire helical structuren. Een toepassing van deze methoden is de recente studie van nanohelices via MD simulaties voor mechanische energie oogsten doeleinden.

De atomaire nanoribbon modellen gemaakt met het eerste rekenkundige procedure (nanoribbons code) en de bijbehorende afmetingen zijn aangegeven in figuur 9. De resulterende nanospring modellen met de tweede rekenkundige procedure (nanosprings code) en bijbehorende afmetingen zijn aangegeven in figuur 10. <img alt="Figuur 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig9highres.jpg" width="500" /> <stro...

Nauwkeurige modellering van nanohelical structuren is van belang voor voorspellende simulatie studies die leiden tot nieuwe toepassingen van nanotechnologie. Momenteel, softwarepakketten en codes zijn beperkt in het creëren van atomistische spiraalvormige modellen. We presenteren twee procedures ontwikkeld om atomistische nanohelical modellen te maken voor de simulaties, en een grafische interface om onderzoek door visualisatie te verbeteren.

Schaalbare Nanohelices voor Predictive Studies en Enhanced 3D Visualisatie

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

Het algemene doel van deze procedure is het creëren van atomistische modellen van helixvormige nanoveeren en nanoribbons met behulp van een open-source code voor moleculaire dynamica of MD-simulaties. Deze video beschrijft hoe silica-glas nanoveermodellen worden voorbereid door eerst een passend atomistisch bulk-silica inputbestand voor te bereiden, samen met de open-source bestanden van het nano springing carver-programma. De tweede stap is het opstarten van MATLAB op een Linux-pc en het gebruik van de grafische gebruikersinterface van de nano springing carver om een gewenst nanoveermodel te genereren.Vervolgens worden de resultaten van de nanos springing carver geverifieerd in een open-source visualisator. De laatste stap is om de resultaten te gebruiken in MD-treksimulaties van veren. Uiteindelijk kan een verscheidenheid aan goed gedefinieerde en schaalbare nano-helicale modellen effectief worden gegenereerd voor MD-simulaties gericht op materiaalinnovatieonderzoek.Ik kwam voor het eerst op het idee om deze methode te gebruiken toen ik moleculaire dynamica-simulaties uitvoerde van nanostructuren zoals nanodraden en andere structuren. Zoals u wellicht weet, komen veerachtige mate

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

We gebruikten synchrotron X-ray tomografie bij de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) naar niet-invasieve 3D tomografie datasets te produceren met een pixel-resolutie van 0.7μm. Met behulp van volume rendering software, dit maakt de reconstructie van de interne structuren in hun natuurlijke staat, zonder de artefacten die door histologische coupes.

Niet-invasieve 3D-visualisatie met Sub-micron resolutie met behulp van synchrotronstraling-X-ray-tomografie

Protocol details worden verstrekt voor het in vitro merken menselijke embryonale stamcellen met tweede harmonischen genereren nanodeeltjes. Methodologieën voor hESC onderzoek door multi-foton microscopie en hun differentiatie in de hartspier clusters worden ook gepresenteerd.

Harmonische Nanodeeltjes voor Regeneratieve Onderzoek

Een nieuw computationeel systeem met GPU-versnelde moleculaire dynamica simulatie en 3D/VR visualisatie, analyse en manipulatie van nanostructuren is geïmplementeerd, wat een nieuwe aanpak vertegenwoordigt om materiaalonderzoek te bevorderen en innovatief onderzoek en alternatieve methoden te promoten om te leren over materiaalstructuren met afmetingen die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog.

Nieuw 3D / VR interactieve omgeving voor MD simulaties, visualisatie en analyse

In dit artikel wordt een protocol voor het verwerken van cryo-EM-beelden gepresenteerd met behulp van de software suite SPHIRE. Het onderhavige protocol kan toegepast worden op bijna alle enkel-deeltjes-EM-projecten die zich richten op bijna atomaire resolutie.

Hoge resolutie single particle analyse van elektroncryo-microscopie beelden met behulp van SPHIRE

Over een breed scala van indicaties van de ziekte, meer fysiologisch relevante modellen worden ontwikkeld en uitgevoerd in drug discovery-programma's. Het nieuwe modelsysteem hier beschreven demonstreert hoe driedimensionale tumor spheroïden kunnen worden gekweekt en vertoond in een high-throughput 1536-well plaat-gebaseerd systeem om te zoeken naar nieuwe oncologie drugs.

Generatie van High-Throughput driedimensionale Tumor spheroïden voor Drug Screening

We beschrijven een methode om apparaten te construeren voor 3D-cultuur en experimenten met cellen en multicellulaire organoids. Dit apparaat maakt analyse van cellulaire reacties op oplosbare signalen in 3D-micromilieus met gedefinieerde chemoattractant gradiënten. Organoids zijn beter dan enkele cellen bij de opsporing van zwakke luidruchtige ingangen.

3D-analyse van multi-cellulaire reacties op chemoattractant gradiënten

Nanoschaal beeldvorming van klinische weefselmonsters kan het begrip van ziekte pathogenese verbeteren. Expansie pathologie (ExPath) is een versie van expansie microscopie (ExM), aangepast voor compatibiliteit met standaard klinische weefselmonsters, om de nanoschaal configuratie van biomoleules te verkennen met conventionele diffractie beperkte microscopen.

Nanoscopische beeldvorming van menselijke weefsel secties via fysische en isotrope expansie

Dit protocol beschrijft een methode voor de productie van drie verschillende soorten sferoïden op een manier die ze geschikt maakt voor grootschalige screening en analyse met een hoog gehalte. Daarnaast worden voorbeelden gepresenteerd die laten zien hoe ze kunnen worden geanalyseerd op sferoïde en individuele celniveaus.

Een robuuste methode voor de grootschalige productie van sferoïden voor screening- en analysetoepassingen met een hoog gehalte

Het huidige protocol beschrijft een experimenteel platform om de effecten van mechanische en biochemische signalen op chemotherapeutische reacties van patiënt-afgeleide glioblastoomcellen in 3D matrix-mimetische culturen te beoordelen met behulp van een op maat gemaakt UV-verlichtingsapparaat dat high-throughput photocrosslinking van hydrogels met instelbare mechanische kenmerken mogelijk maakt.

Hydrogel-arrays maken een verhoogde doorvoer mogelijk voor screeningseffecten van matrixcomponenten en therapeutica in 3D-tumormodellen

Dit protocol beschrijft in detail hoe een fluorescentiemicroscoop met één objectief en lichtvel kan worden gebouwd en hoe deze kan worden gebruikt voor het visualiseren van cytoskeletnetwerken.

Ontwerp en bouw van een aanpasbare, single-objectief, light-sheet fluorescentiemicroscoop voor de visualisatie van cytoskeletnetwerken

Leer atomistische modellen van nanohelices maken met open-source software voor moleculaire dynamica. Deze methode verbetert visualisatie en simulatie voor innovatief nanotechnologieonderzoek.

Schaalbare Nanohelices voor Predictive Studies en Enhanced 3D Visualisatie

Meer video's verkennen