Существует несколько способов создания 2D- и 3D-моделей атомов и молекул. С появлением новейших устройств, которые могут отображать образцы в атомном масштабе, ученые обнаружили, что традиционные молекулярные модели не соответствуют изображениям, которые они видели. Исследователи разработали лучший способ визуализации молекул на основе этих традиционных методов. Их модели хорошо согласуются с данными изображений, которые они получили, и они надеются, что модели помогут интуиции химиков интерпретировать молекулярные изображения.
Любой, кто читает это, вероятно, знаком с традиционными моделями атомов и молекул в виде шариков и палочек, где шарики разных размеров и цветов представляют разные атомные ядра, а палочки представляют свойства связей между атомами. Хотя это полезные образовательные инструменты, они намного проще той реальности, которую отражают. Химики, как правило, используют такие модели, как модель Кори-Полинга-Колтуна (CPK), которая похожа на модель шарика и стержня, но с надутыми шариками, так что они перекрываются. Модель CPK гораздо лучше говорит химикам о том, как взаимодействуют компоненты молекулы, чем модель шара и стержня.
В последние годы наконец-то стало возможным не только фиксировать структуру молекул, но даже записывать их движение и взаимодействие на видео благодаря таким методам, как просвечивающая электронная микроскопия с атомным разрешением (AR-TEM). Иногда это называют «молекулярной наукой о кино». Однако с этим скачком в нашей способности визуализировать невидимое шаростержневые модели или модели CPK становятся скорее помехой, чем помощью. Когда исследователи с химического факультета Токийского университета попытались вписать эти модели в изображения, которые они просматривали, они столкнулись с некоторыми проблемами.
«Модель шарика и стержня слишком проста, чтобы точно описать то, что на самом деле происходит на наших изображениях», — сказал профессор Кодзи Харано. «И модель CPK, которая технически показывает распространение электронного облака вокруг ядра атома, слишком плотна, чтобы можно было различить некоторые детали. Причина в том, что ни одна из этих моделей не показывает истинные размеры атомов, которые изображения с AR-TEM показывать.»
На изображениях AR-TEM размер каждого атома напрямую связан с атомным весом этого атома, известным просто как г. Поэтому профессор Ичи Накамура и его команда решили модифицировать модель шарика и стержня, чтобы она соответствовала их изображениям, поскольку каждое ядро в модели имело размер в соответствии с г Количество ядер, которые он представляет, и их название гМолекулярная модель ZC. Они сохранили ту же цветовую схему, что и модель CPK, которая была первоначально введена американскими химиками Робертом Кюри и Линусом Полингом в 1952 году.
«Изображение стоит тысячи слов, и вы можете сравнить изображения AR-TEM с первым в истории изображением черной дыры», — сказал Накамура. «Оба показывают реальность, которую никогда раньше не видели, и оба гораздо менее ярки, чем люди, вероятно, могут себе представить. Вот почему модели так важны, чтобы преодолеть разрыв между фантазией и реальностью. Мы надеемся, что гКорреляционная молекулярная модель поможет химикам анализировать изображения, полученные с помощью электронного микроскопа, на основе интуиции без необходимости каких-либо теоретических расчетов и откроет новый мир «кинематографической молекулярной науки».
Это исследование поддерживается Японским обществом содействия развитию науки (JSPS), KAKENHI (JP19H05459, JP20K15123 и JP21H01758) и Японским агентством по науке и технологиям (CREST JPMJCR20B2).
Источник истории:
Материалы Представление о Токийский университет. Примечание. Контент может быть изменен в зависимости от стиля и длины.
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Потрясающий метеоритный дождь осветит ночное небо на выходных
Болезнь потери ткани каменных кораллов меняет экологический баланс коралловых рифов Карибского моря
Метеорный поток Эта Водолей, остатки кометы Галлея, достигнет своего пика в эти выходные. Вот как это увидеть