Новая модель поможет объяснить молекулярные изображения с атомарным разрешением

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.