%d1%81%d1%82%d1%80%d0%be%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d0%b5 %d0%b0%d1%82%d0%be%d0%bc%d0%b0 PNG, векторы, PSD и пнг для бесплатной загрузки
Мемфис дизайн геометрические фигуры узоры мода 80 90 х годов
4167*4167
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
green environmental protection pattern garbage can be recycled green clean
2000*2000
80 основных форм силуэта
5000*5000
мемфис бесшовной схеме 80s 90 все стили
4167*4167
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
схема бд электронный компонент технологии принципиальная схема технологическая линия
2000*2000
80 е брызги краски дизайн текста
1200*1200
Мемфис бесшовные модели 80 х 90 х стилей
4167*4167
80 летний юбилей дизайн шаблона векторные иллюстрации
4083*4083
поп арт 80 х патч стикер
2292*2293
аудиокассета изолированные вектор старая музыка ретро плеер ретро музыка аудиокассета 80 х пустой микс
5000*5000
рисованной радио 80 х
1200*1200
поп арт 80 х патч стикер
2292*2293
скейтборд в неоновых цветах 80 х
1200*1200
Дизайн персонажей моды 80 х годов может быть коммерческими элементами
2000*2000
80 е в стиле ретро мода цвет градиент арт дизайн
1200*1200
Персонаж из партии 80 х годов
1200*1200
attention be careful cut icon danger
2500*2000
в первоначальном письме векторный дизайн логотипа шаблон
1200*1200
скидки до 80 векторный дизайн шаблона иллюстрация
4083*4083
ретро стиль 80 х годов диско дизайн неон плакат
5556*5556
мемфис образца 80 s 90 стилей на белом фоневектор иллюстрация
4167*4167
82 летняя годовщина векторный дизайн шаблона иллюстрация
4083*4083
80 от большой распродажи постер
1200*1200
Ретро мода неоновый эффект 80 х тема художественное слово
1200*1200
диско дизайн в стиле ретро 80 х неон
5556*5556
скачать букву т серебро 80 х
1200*1200
81 год лента годовщина
5000*3000
Мода стерео ретро эффект 80 х годов тема искусства слово
1200*1200
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
милая ретро девушка 80 х 90 х годов
800*800
Золотая буква b логотип bc письмо дизайн вектор с золотыми цветами
8334*8334
80 х годов поп арт мультфильм банановая наклейка
8334*8334
Мода цвет 80 х годов ретро вечеринка слово искусства
1200*1200
Рождество 80 х годов ретро пиксель
9449*5315
Тенденция персонажа мультфильма 80 х годов
2000*2000
облака комиксов
5042*5042
Стиль ретро 80 х годов
1200*1200
Кассета для вечеринок в стиле ретро 80 х
1200*1200
Флаер музыкального мероприятия 80 х годов
1200*1200
Ретро ТВ игра 80 х годов в стиле арт дизайн
1200*1200
80 х годов ретро слово градиент цвета искусства
1200*1200
номер 82 золотой шрифт
1200*1200
номер 80 3d рендеринг
2000*2000
Трехмерная ретро игра в стиле 80 х арт дизайн
1200*1200
flowering in summer flower buds flowers to be placed lotus
2000*2000
prohibited use mobile phone illustration can not be used
2048*2048
Скидка 80 процентов на 3d золото
3000*3000
80 основных форм гранж
1200*1200
Можно ли сфотографировать строение атома?
Чтобы понять, можно ли сфотографировать структуру атома, нужно выяснить, что этот самый атом из себя представляет.
Каждый хотя бы раз видел картинку, которой обычно изображают строение атома.
В его центре находится ядро (так называемый нуклон – протоны и нейтроны, соединенные сильным взаимодействием между собой), а вокруг ядра по орбиталям крутятся электроны. Но такая схема часто вводит в заблуждение: орбитали показаны на ней как тонкие линии, а электроны выступают в качестве частиц. Все это напоминает движение космических тел по орбитам. Но на самом деле, эта схема передает лишь общие черты строения атома.
Давайте представим, что мы смогли сфотографировать атом водорода, у которого есть только один электрон, в определенный момент времени.
Желтая точка – это ядро, а синяя – электрон. Запомним его местоположение и сфотографируем атом в другой момент времени.
Электрон поменял свое местоположение, что логично. А что будет, если сделать несколько десятков таким снимков и наложить их друг на друга? Давайте посмотрим.
Ничего себе! Получается, электрон может находиться практически в любой точке атома? Верно, но если присмотреться, можно обнаружить, что вероятность его обнаружения в определенной окружности (выделена серым цветом) выше, чем в других местах.
Именно эта область и называется «орбиталь», а вся область, в которой может находиться электрон, будет называться «электронным облаком».
Вы сказали вероятность? Почему нельзя точно вычислить местоположение электрона в атоме? Здесь следует вспомнить, что электрон – это элементарная частица, и в определенной ситуации может вести себя как частица, а в другой ситуации – как волна. То есть его местоположение в атоме задается распределением вероятности.
Когда атом не подвергается воздействию, электрон ведет себя как волна, но достаточно лишь посмотреть на него, как он становится частицей и предстает перед нами в точке, в которой совсем не должен находиться. То есть, при любой попытке сфотографировать строение атома, вся система рушится, и мы не можем увидеть электрон в его действительном состоянии.
Получается, сфотографировать реальное состояние атома невозможно? Решение задачи существует и оно похоже на то, что мы делали выше на схеме. То есть фиксировали положение электрона вокруг ядра в различные моменты времени, а затем накладывали фотографии друг на друга.
Конечно же, не существует такого фотоаппарата, который мог бы сфотографировать структуру атома в определенный момент времени, поэтому ученым и центра исследований элементарных частиц, пришлось действовать другими методами.
Чтобы упростить эксперимент, был выбран атом водорода, так как он содержит только один электрон. Далее атом поместили в герметичную камеру между двух лазеров, которые, ионизируя атом, заставляли электрон срываться с орбитали. Электромагнитное поле внутри камеры направляло электрон в сторону пластины-детектора, где он отмечался в виде точки. При этом его положение на пластине совпадает с тем положением, которое он занимал в атоме в момент обстрела. Повторив эксперимент около двух тысяч раз, физики получили картину, которую можно считать изображением структуры атома водорода. Чем краснее точка, тем больше вероятность нахождения в ней электрона.
Иллюстрация: depositphotos | ezumeimages
комиксы, гиф анимация, видео, лучший интеллектуальный юмор.
Создан новый ионно-оптический квантовый микроскоп, способный “видеть” отдельные атомы.
Группа исследователей из университета Штутгарта разработала новый ионно-оптический микроскоп, который за счет использования квантовых эффектов способен создавать изображения отдельных атомов. Отметим, что за последние годы ученые создали множество вариантов так называемых газовых квантовых микроскопов, но их разрешающая способность позволяет рассматривать объекты, величиной около 0.5 микрометра. Это достаточно для того, чтобы иметь возможность рассмотреть обособленные группы атомов и теперь немецкие исследователи раздвинули границу человеческого визуального восприятия до уровня отдельных атомов.Ключевым компонентом нового микроскопа является так называемая электростатическая линза, через которую и на поверхности которой могут передвигаться заряженные частицы, такие, как электроны и ионы.
Наука: Наука и техника: Lenta.ru
Группа ученых из Германии, Греции, Нидерландов, США и Франции получила снимки атома водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое полностью совпадает с результатами теоретических расчетов.
Работа международной группы представлена на страницах Physical Review Letters.
Суть фотоионизационного метода заключается в последовательной ионизации атомов водорода, то есть в отрывании от них электрона за счет электромагнитного облучения. Отделившиеся электроны направляются на чувствительную матрицу через положительно заряженное кольцо, причем положение электрона в момент столкновения с матрицей отражает положение электрона в момент ионизации атома. Заряженное кольцо, отклоняющее электроны в сторону, играет роль линзы и с его помощью изображение увеличивается в миллионы раз.
Этот метод, описанный в 2004 году, уже применялся для получения «фотографий» отдельных молекул, однако физики пошли дальше и использовали фотоионизационный микроскоп для исследования атомов водорода. Так как попадание одного электрона дает всего одну точку, исследователи накопили около 20 тысяч отдельных электронов от разных атомов и составили усредненное изображение электронных оболочек.
В соответствии с законами квантовой механики, электрон в атоме не имеет какого-то определенного положения сам по себе.
Лишь при взаимодействии атома с внешней средой электрон с той или иной вероятностью проявляется в некоторой окрестности ядра атома: область, в которой вероятность обнаружения электрона максимальна, называется электронной оболочкой. На новых изображениях видны различия между атомами разных энергетических состояний; ученые смогли наглядно продемонстрировать форму предсказанных квантовой механикой электронных оболочек.
При помощи других приборов, сканирующих туннельных микроскопов, отдельные атомы можно не только увидеть, но и переместить в нужное место. Эта техника около месяца назад позволила инженерам компании IBM нарисовать мультфильм, каждый кадр которого сложен из атомов: подобные художественные эксперименты не имеют какого-то практического эффекта, но демонстрируют принципиальную возможность манипуляций с атомами. В прикладных целях используется уже не поатомная сборка, а химические процессы с самоорганизацией наноструктур или самоограничением роста одноатомных слоев на подложке.
| 16 ноября 2021 г | 19 ноября 2021 г | 19 ноября 2021 г |
| Международный день толерантности в школе (читать далее) | Первые итоги муниципального этапа Всероссийской олимпиады школьников (читать далее) | 310 лет со дня рождения М.В. Ломоносова |
| 03 ноября 2021 г | 15 ноября 2021 г | 15 ноября 2021 г |
| Филологическая олимпиада “Юный словесник” .(читать далее) | Мастер-классы для обучающихся 5-х классов (читать далее) | Ежегодно в третий четверг ноября мир отмечает День отказа от курения (читать далее) |
| 29 октября 2021 г | 29 октября 2021 г | 29 октября 2021 г |
Всероссийский экологический диктант . (читать далее) | Географический диатант .(читать далее) | Большой этнографический диктант .(читать далее) |
| 22 октября 2021 г | 29 октября 2021 г | 29 октября 2021 г |
| Всероссийский «Урок атома (читать далее) | “Культурный марафон” приглашает (читать далее) | |
| 14 октября 2021 г | 15 октября 2021 г | 20 октября 2021 г |
| Экскурсия на производство. Неделя без турникетов (читать далее) | Посвящение в юнармейцы (читать далее) | Итоги районного заочного конкурса художественного слова «Поэзии живительное слово» (читать далее) |
| 26 сентября 2021 г | 05 октября 2021 г | 05 октября 2021 г |
Всероссийский экологический субботник «Зеленая Россия» . (читать далее) | 5 октября – Международный день учителя (читать далее) | Поздравляем!!! (читать далее) |
| 21 сентября 2021 г | 21 сентября 2021 г | 21 сентября 2021 г |
| В конце сентября стартует школьный этап Всероссийской олимпиады школьников (читать далее) | Приглашаем обучающихся 3-11 классов к участию в VII Областном турнире интеллектуальных игр «Что? Где? Когда?» (читать далее) | Приглашаем обучающихся 3-11 классов принять участие в VII Областном Чемпионате командных игр-конкурсов по функциональной грамотности.(читать далее) |
| 17 сентября 2021 г | 17 сентября 2021 г | 20 сентября 2021 г |
| , | ||
| Начался новый учебный год У школьников 9 и 11 классов началась подготовка к экзаменам (читать далее) | Марафон по предметам естественно-географического цикла (читать далее) | В связи с превышением порога заболеваемости ОРВИ 20% на карантин закрыты классы – 2 Б, 5 В, 6 Б, 8 А (читать далее) |
| 17 сентября 2021 г | 17 сентября 2021 г | |
| «Горячая линия» по вопросам обновления содержания общего образования (читать далее) | Отряда ЮИД провел акцию «Юный пешеход». (читать далее) | Спортивные соревнования среди обучающихся 7-х классов (читать далее) |
| 13 сентября 2021 г | 14 сентября 2021 г | 15 сентября 2021 г |
| Открытие сетевой профильной школы в с. Лузино (читать далее) | В связи с превышением порога заболеваемости ОРВИ 20% на карантин закрыт 4 В класс | Финансовый университет приглашает в гости (читать далее) |
| 3 сентября 2021 г | 4 сентября 2021 г | 10-11 сентября 2021 г |
| , | ||
| День солидарности в борьбе с терроризмом (читать далее) | Региональный слет”Флора-Форум” (читать далее) | Туристический слёт педагогических коллективов Омского района (читать далее) |
| 24 августа 2021 г | 24 августа 2021 г | 1 сентября 2021 г |
| , | , | , |
| Торжественная линейка для 1 и 11 классов (читать далее) | Классный час 1 сентября 2021 года читать далее) | День знаний в Лузинской школе № 1 (читать далее) |
| 14 мая 2021 г | 24 мая 2021 г | |
| Для родителей школа распахнула двери (читать далее) | ||
| 10 апреля 2021 г | 11 апреля 2021 г | 27 апреля 2021 г |
| Пеший поход выходного дня (читать далее) | Учащиеся школы приняли участие во Всероссийском космическом диктанте (читать далее) | Субботник в нашей школе (читать далее) |
| 6 апреля 2021 г | 8 апреля 2021 г | 5 – 9 апреля 2021 г |
| 6 апреля 2021 года в школе прошел День единых действий «Глобальная компетентность – через настоящее в будущее» (читать далее) | Участие во Всероссийской юнармейской акции “Космическая открытка” (читать далее) | Неделя здоровья “Здоровье – путь к успеху – 2021″ (читать далее) |
| 31 марта 2021 г | 1 апреля 2021 г | 5 апреля 2021 г |
| С 1 апреля 2021 года начинается прием документов в первый класс (читать далее) | Соревнования по гиревому спорту в зачёт Спартакиады обучающихся Омского муниципального района 2020-2021 учебного года (читать далее) | Вебинар для родителей «НЕзависимый подросток» (читать далее) |
| 15 марта 2021 г | 24 марта 2021 г | 25 марта 2021 г |
Поступление в в Краснодарское высшее военное училище (КВВУ) имени генерала армии С. М. Штеменко (читать далее) | Школьный этап олимпиады по вопросам избирательного права и избирательного процесса (читать далее) | В школе прошла Всероссийская акция «Единый день сдачи ЕГЭ родителями» (читать далее) |
| 4 марта 2021 г | 5 марта 2021 г | 11 марта 2021 г |
| Районные соревнования по лыжным гонкам на приз “Малыша” (читать далее) | Подведены итоги регионального этапа Всероссийских соревнований по русскому силомеру «Сила РДШ». (читать далее) | Муниципальная научно-практическая конференция школьников (читать далее) |
| 17 февраля 2021 г | 19 февраля 2021 г | 25 февраля 2021 г |
| Муниципальный этап Чемпионата “Школьные навыки” (читать далее) | Для обучающихся 1-х классов прошел спортивный праздник “Веселые старты (читать далее) | Поздравляем учащихся школы с 1 местом в районном соревновании по баскетболу |
15 научно-популярных мультфильмов обо всем на свете
28 октября во всем мире празднуется Международный день анимации (International Animation Day).
Считается, что именно в этот день более сотни лет назад была публично представлена первая анимационная технология. В 1892 году в Париже художник и изобретатель Эмиль Рейно (Emile Reynaud) созвал зрителей на новое, доселе никем не виданное зрелище — «оптический театр» (theatre optique). Изобретатель впервые публично продемонстрировал свой аппарат праксиноскоп, который показывал движущиеся картинки. С тех пор сменилась не одна технология, но в разные годы анимация в том числе помогала доступно рассказывать о науке и окружающем нас мире. В честь этой даты предлагаем посмотреть 15 познавательных, трогательных, смешных, а иногда и странных научно-популярных мультфильмов. Тем более что впереди выходные.
Советские и российские научно-популярные мультфильмы: от строения атома до самого трогательного мультфильма о космосе, номинированного на «Оскар»
«Здравствуй, атом!»
youtube.com/embed/ARZssvBkSCk”/>
Один из примеров классики советской науч-поп анимации — мультфильм «Здравствуй, атом!» 1965 года («Союзмультфильм»). Режиссер Лев Мильчин отправляет героев в микромир и знакомит с мощными силами, заключенными в атоме. Среди героев — физик, математик и инженер, приключения которых призваны максимально доступно объяснить зрителю, что такое атомная энергия и для чего она нужна. Если зачитывались «Занимательной физикой» Перельмана, а почти ровесник мультфильма — сборник «Физики шутят» — для вас не пустой звук, «Здравствуй, атом!» не покажется скучным.
«Повелители молний»
Совсем другое настроение у «Повелителей молний», рассказывающего об электричестве, законах термодинамики и энергетике. Это первый мультфильм цикла «Рассказы о профессиях» (Режиссер Борис Акулиничев, 1985–1987).
И хотя он позиционируется как мультфильм для детей, иронию рассказчика, карикатурных сквозных героев, «исторические» отступления и стилизации оценят и взрослые. Другие видео цикла тоже достойны внимания. Например, из «Каменных музыкантов» можно узнать об истории архитектуры и строительства, «Помощники Гефеста» занимательно расскажут о металлургии, а «Молочный Нептун», что вполне логично вытекает из названия, — о производстве молочных продуктов.
«Заместители»
А это пример уже современной российской научно-популярной анимации. Мультфильм о новых супергероях родился в недрах «Лаборатории научной анимации» Творческого пространства «Цоколь» новосибирского Академгородка в прошлом году. Если любите действительно странный юмор (не путать с известным сообществом в ВК, это еще «цветочки»), то вам сюда. Мультфильм повествует о животных-«супергероях», обладающих экстремальными способностями.
В пятиминутном видео можно встретить уставшего от жизни пластилинового Супермена, узнать, кто такой целакант и коловратка, встретиться с аксолотлем и голым землекопом и обнаружить у них способности, о которых вы, возможно, даже не подозревали. Тем, кто досмотрит до конца, бонус — приключения человека-тихоходки. В общем, если сохраните к финалу серьезное выражение лица — вы тоже супергерой.
«Мы не можем жить без космоса»
Кропотливая работа над этим пятнадцатиминутным мультфильмом шла на протяжении четырех лет. Авторам удалось создать историю о двух друзьях-космонавтах, о мечте и жизни, о тяге к открытиям и тяжести бытия, рассказанную универсальным, одинаково понятным в любой стране языком. И хоть из классического научпопа здесь только атмосфера ЦУП, «Мы не можем жить без космоса» Константина Бронзита однозначно достоин внимания.
Только за 2015-ый гол мультфильм успел получить главную награду в «анимационных Каннах» в городе Анси, специальный приз жюри на фестивале анимационного кино в Суздале и особый приз на МКФ «КРОК-2015». А в 2016 году был номинирован на «Оскар».
Кстати, сразу несколько критиков сравнили «Мы не можем жить без космоса» с одним из обладателей премии за лучшие спецэффекты — картиной «Интерстеллар». Не будем судить о сходстве, но, возможно, поклонникам фильма Кристофера Нолана мультфильм тоже придется по душе.
Несерьезно об истории, серьезно о медицине и наглядно обо всем на свете
Кто сказал, что научпоп — это всегда серьезно? Например, эта испанская анимационная короткометражка рассказывает о нелепых потугах пещерного человека, который, в отличие от своего более прокачанного друга, так и не научился пользоваться новыми технологиями.
Да и зачем, собственно? От них все зло (на самом деле нет).
А это просто смешной французский мультик про археологов. Действие происходит в Каире, в 1920 году. Исследователь случайно находит древнеегипетский пульт управления Сфинксом. А потом, конечно, что-то идет не так. Спойлер: не доверяйте верблюдам.
От несерьезных вариаций на тему истории и технологий переходим к действительно важному. Если интересуетесь темой здравоохранения в мире, однозначно стоит заглянуть на канал Global Health Media Project. Здесь много роликов о ситуации в Африке, есть и анимационные видео, повествующие об истории развития тех или иных заболеваний и борьбы с ними. Например, история африканского мальчика, который научил свою деревню бороться с холерой.
Целый пласт анимационных научно-популярных роликов — это видео, коротко и наглядно объясняющие те или иные научные открытия, явления или проблемы. Есть несколько каналов, к которым можно присмотреться, если вы любите научпоп и мультики одновременно. Например, на канале Vikki Academy можно всего за три с небольшим минуты познакомиться с сутью исследований первого лауреата Нобелевской премии Вильгельма Рентгена.
TED-ED
Если любите на досуге просматривать лекции TED, ничего не мешает заглянуть и на канал TED-Ed. Это некоммерческая организация, объединяющая 15 учителей и художников. Они превращают лучшие уроки в качественные анимационные обучающие видео и распространяют их бесплатно.
Например, на канале можно узнать, как образуются торнадо (видео), какие животные не против полакомиться представителями своего же вида (видео) или почему некоторые птицы не умеют летать (видео). Как отмечает команда проекта, сейчас видео просматривают порядка двух миллионов человек в день. Кстати, вы можете помочь проекту на Patreon.
Science Insider
Еще один канал с анимационными обучающими видео обо всем на свете. Тематика охватывает такие направления, как космос, медицина, биотех и другие. Например, здесь рассказывается, о том, насколько глубок океан (видео) или почему киты стали такими большими животными (видео).
KHAN Academy
Мультфильм «How Whales Became The Largest Animals Ever». Источник: youtube.com
Академия Хана — это некоммерческая образовательная организация, созданная в 2006 году выпускником MIT и Гарварда Салманом Ханом. Ее цель — «предоставление высококачественного образования каждому, всюду».
На сайте академии можно найти более 4000 бесплатных микролекций по математике, истории, здравоохранению и медицине, финансам, физике, химии, биологии, астрономии, экономике, космологии, органической химии, основам американской гражданственности, истории искусства, макро- и микроэкономике, компьютерным наукам. Есть здесь и анимационные видео. Например, вот ролики о космосе, подготовленные совместно с NASA: здесь рассказывается о том, действительно ли Марс красный, а здесь можно узнать о температуре и атмосфере «красной» планеты.
Ученые изучают атомную структуру искусственных белков
Наука
Ученые создали тонкие, похожие на бумагу кристаллические листы, используя синтетическую белковоподобную молекулу, называемую полипептидом. Эти нанолисты имеют толщину всего в одну молекулу, причем молекулы расположены очень специфическим образом.
Ученые получают изображения этих нанолистов с помощью электронных микроскопов в криогенных условиях. До недавнего времени эти изображения были размытыми из-за небольшого количества электронов, которые могут проходить сквозь листы, не причиняя им вреда.В этом исследовании исследователи использовали алгоритмы, основанные на машинном обучении, для обработки около 500 000 независимых изображений. Результатом стало первое четкое изображение отдельных атомов в синтетическом мягком материале в реальном пространстве.
Удар
Синтетические полимеры необходимы для многих продуктов, которые мы считаем само собой разумеющимися. Они варьируются от пластиковой мебели до фюзеляжей современных самолетов. Они также лежат в основе таких устройств, как топливные элементы и перезаряжаемые батареи. Эти устройства становятся все более важными в развивающемся ландшафте экологически чистой энергии.Все важные свойства синтетических полимеров зависят от расположения их атомов. Способность ученых позиционировать отдельные атомы в полимерных материалах улучшит наше понимание узких мест, которые ограничивают характеристики синтетических полимеров.
Это исследование также знаменует собой важный шаг в развитии нанонауки в целом.
Резюме
Ученые впервые раскрыли детали атомной структуры синтетического мягкого материала. Пептоидные диблок-сополимеры состоят из двух разных белковоподобных цепей, связанных вместе.Эти материалы были разработаны так, чтобы плотно прилегать друг к другу, образуя высокоорганизованные кристаллические слои в воде. Отдельные молекулы и их относительная ориентация внутри нанолистов непосредственно наблюдались с помощью криогенной просвечивающей электронной микроскопии (крио-ПЭМ), выявляющей атомные детали в пространственном положении, недоступном для обычных методов рассеяния. Ультранизкая температура, используемая для быстрой заморозки нанолистов, эффективно зафиксировала молекулы на месте. Визуализация образца в криогенных условиях помогла предотвратить разрушение структуры энергичными электронами.Чтобы дополнительно защитить мягкие материалы от электронного луча, исследователи использовали меньше электронов на изображение.
Изображения, полученные в этих условиях, были обработаны с использованием сложных математических инструментов и алгоритмов машинного обучения для получения изображений структуры атомного масштаба с высоким разрешением.
Комбинированный прецизионный синтез пептоидных полимеров, атомная визуализация крио-ПЭМ и вычислительное моделирование помогли ученым понять структуры полимеров на атомарном уровне. Исследователи теперь могут вносить изменения на атомном уровне для создания целевых молекул.Это открывает путь к рациональному внедрению сложных функций в мягкие материалы посредством систематического контроля их химической структуры. Исследование частично проводилось на двух пользовательских объектах Министерства энергетики: Molecular Foundry и Advanced Light Source.
Контакт
Ниташ Балсара
Национальная лаборатория Лоуренса Беркли
[email protected]
Рональд Цукерманн
Национальная лаборатория Лоуренса Беркли
rnzuckermann@lbl.
gov
Финансирование
Эта работа финансировалась Управлением науки Министерства энергетики, Управлением фундаментальных энергетических наук, Отделом материаловедения и инженерии.Работа в Молекулярном литейном заводе и Усовершенствованном источнике света в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли поддерживалась пользовательскими проектами на этих пользовательских объектах при поддержке Управления науки Министерства энергетики, Управления фундаментальных энергетических наук. Представленные здесь микрофотографии были получены на установке Donner Cryo-TEM в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и на установке Cryo-TEM в районе залива Беркли в Калифорнийском университете в Беркли.
Публикации
Сюань, С., и др., «Инженерия атомного уровня и визуализация полипептидных кристаллических решеток» Proc.Натл. акад. науч. 116 , 22491 (2019). [DOI: 10.1073/pnas.1909992116]
Ссылки по теме
Стоп-кадр: ученые делают снимки искусственных белков в атомном масштабе, пресс-релиз Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.
Изображения атомного масштаба для науки об энергетике
Говорят, что картинка стоит тысячи слов. Но это верно только в том случае, если изображение не размыто, не зернисто или голова объекта не находится за кадром. Подобные эпические фейлы досаждают даже опытным фотографам.То же самое верно и для опытных ученых, получающих изображения с точных приборов.
Либор Коварик — ученый-материаловед и плодовитый изобретатель из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL). Но даже он испытал неудачу, когда магнитные поля, вибрации или колебания температуры вызвали искажение изображения.
Коварик и его коллеги пытались получить изображения алюминиевого сплава на другом объекте, когда рассеянное магнитное поле исказило их.
Изображение алюминиевого сплава слева, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа, было искажено из-за влияния магнитного поля.После того, как магнитное поле было удалено, достигнутая ясность на атомарном уровне показана справа.
(Изображения Libor Kovarik | Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория.) «Если электрические линии и выключатели не подключены и не экранированы особым образом, будет фоновое магнитное поле», — сказал он.
Ученые, работающие с прецизионными приборами, знают, что шнуры питания и кабели, вибрации от кондиционеров и другие факторы могут привести к колоссальным сбоям в работе с изображениями. Задача состоит в том, чтобы устранить воздействие этих основных элементов в лаборатории.
Вот почему ученые и инженеры PNNL работали с архитекторами здания, чтобы спроектировать пространство в новом Центре энергетических наук, которое будет защищено от этих вторжений.
Новая высокопроизводительная приборная лаборатория состоит из четырех изолированных ячеек, дважды защищенных от любых внешних вибраций с помощью отдельных вибропоглощающих оснований, и встроенного антивибрационного стола для размещения чувствительных инструментов, в том числе некоторых из самых чувствительных к вибрации электронных микроскопов в мире.
Шнуры питания и электронные кабели размещены в герметичной камере, изолированной от приборов, а температура в каждой камере изменяется менее чем на 0,1 градуса Цельсия во время использования приборов.
Этим ученым нужны не только красивые картинки. Они разрабатывают новые материалы и работают над повышением эффективности химических превращений, которые когда-нибудь обеспечат возобновляемую энергию для наших домов и предприятий. Ставки для этих ученых высоки. Когда вы пытаетесь увидеть размещение каждого отдельного атома в новом материале, созданном в лаборатории, вибрации, колебания температуры и рассеянные электромагнитные лучи являются врагами.
Иногда один атом лучше многих
В последние годы ученые обнаружили, что определенное расположение отдельных атомов, поддерживаемых на поверхности, как вишенка на кексе, делает их особенными. Эти отличительные материалы придают полезные свойства. Например, некоторые одноатомные катализаторы обещают стимулировать преобразование биомассы и углеродных отходов при комнатной температуре и при значительно меньших затратах, что сегодня невозможно.
Эти одноатомные катализаторы являются предметом интенсивных исследований, чтобы выяснить, как заставить их работать в больших масштабах в течение длительного периода времени.И эти исследования требуют их изучения, создания их «фотографий» атомарного масштаба и соотнесения их структуры с их активностью.
«Мы ищем подложки из оксидов металлов с высокой плотностью центров, которые сильно взаимодействуют с каталитически активными атомами металлов», — сказал Зденек Доналек, химик PNNL, который подробно изучает структуру и функции катализаторов. «Катализаторы такого типа пользуются большим спросом для преобразования биомассы в топливо и товарные химикаты. Мы смотрим, как они развиваются, двигаются и трансформируются на поверхности в зависимости от температуры и времени.
Либор Коварик проводит эксперименты по визуализации с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа Themis Z. (Фото Андреа Старр | Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория) Ответы на эти основные научные вопросы стали возможны только в последние несколько лет.
Это потребовало сближения точных изображений, новых методов отбора проб и обработки, подобных тем, которые привели к недавно прославленным изобретениям Коварика в области микроскопии, а также появления математических методов, которые могут эффективно объяснить то, что видят экспериментаторы.
Именно эти детали — тщательно разработанные материалы, точные изображения и анализ, а также точная математика для их объяснения — связывают воедино нити исследований, которые будут проводиться в Центре энергетических наук.
От поиска новых способов превращения пластиковых отходов в полезные продукты до изучения структур в наномасштабе исследования, проводимые на этом объекте, будут основываться на кристально чистых изображениях, созданных в лаборатории высокопроизводительного оборудования.
Создание места для тихой работы
Помещение площадью около 3000 квадратных футов является одним из немногих в мире, где будут установлены просвечивающие электронные микроскопы Themis Z и Spectra Thermo-Fisher 30–300 кВ.
Каждый будет сидеть на специально сконструированном виброгасящем столе размером 9 на 9 футов в изолированном пространстве размером 18 на 22 фута. Температура и влажность внутри каждого из них постоянны и контролируются с точностью до 0,1 градуса Цельсия.
«Эти инструменты могут получать изображения на уровне атомов при незначительном ускоряющем напряжении по сравнению с более старыми моделями», — сказал Коварик. «Это важно, потому что электроны, которые сэмплируют изображение, могут быть очень разрушительными и даже разрушать некоторые образцы. Когда мы комбинируем более низкую энергию, требуемую с методами выборки, которые позволяют нам подвергать меньшую часть образца электронам, мы расширяем типы материалов, которые мы можем успешно отображать.
Прецизионная визуализация материалов для квантовых вычислений
Исследовательские группы по всему миру изучают, как можно использовать новые материалы для передачи информации с помощью квантовых вычислений. Постдокторант PNNL Прескотт Эванс работает с Доналеком, чтобы ответить на некоторые из самых насущных и неотложных вопросов о квантовых свойствах материалов.
Как они формируются? Как долго они будут работать? Что заставляет их ломаться и выходить из строя?
Электронные свойства экзотических металлов, таких как палладий, на двумерных квантовых материалах, таких как теллурид вольфрама, интенсивно изучаются в приложениях квантовых вычислений, но на удивление мало известно о том, как их взаимодействия влияют на квантовую информацию, когда она распространяется по поверхности эти материалы.Исследовательская группа PNNL использует прецизионный сканирующий туннельный микроскоп, чтобы изучить, как поверхность металла, его форма и любые неровности или дефекты материала влияют на такие свойства, как способность функционировать в качестве топологического изолятора.
«Мы изучаем, как собираются атомы и как это влияет на их функции, — сказал Эванс. «Очень мало известно».
Эта работа также опирается на сочетание точно разработанных материалов, точной визуализации и анализа, а также точной математики для ее объяснения.
«Возможность увидеть, как атомы откладываются на поверхности и как они меняются со временем, позволит по-новому взглянуть на квантовые свойства», — сказал Доналек.
Увидеть то, чего раньше никто не видел. Это наука-открытие для удовлетворения потребностей страны в энергии в 21 веке.
Вот фотография одного атома
Дэвид Надлингер – Оксфордский университет
- Атомы настолько малы, что их практически невозможно увидеть без микроскопа.
- Но теперь на отмеченной наградами фотографии показан один атом в электрическом поле — и вы можете увидеть его невооруженным глазом, если хорошенько присмотритесь.
- Это атом стронция, который имеет 38 протонов. Диаметр атома стронция составляет несколько миллионных долей миллиметра.
Атомы очень маленькие. На самом деле настолько мал, что его невозможно увидеть невооруженным глазом даже в самый мощный микроскоп. По крайней мере, раньше это было правдой.
Теперь на фотографии показан одиночный атом, плавающий в электрическом поле, и он достаточно большой, чтобы его можно было увидеть без какого-либо микроскопа.
🔬 Наука — это круто.
Давай вместе разберемся с этим.
Фотография, сделанная Дэвидом Надлингером под названием «Один атом в ионной ловушке», стала победителем конкурса научной фотографии Совета по исследованиям в области инженерных и физических наук. На фотографии изображен одиночный атом стронция, помещенный в сильное электрическое поле, облучаемый лазерами, которые заставляют его излучать свет.
Дэвид Надлингер – Оксфордский университет
Несмотря на то, что атом виден, его все равно нелегко увидеть.Если вы внимательно посмотрите в центр фотографии, то увидите тусклую голубую точку. Это атом стронция, освещенный сине-фиолетовым лазером.
Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
Этот конкретный прибор использует стронций из-за его размера: стронций имеет 38 протонов, а диаметр атома стронция составляет несколько миллионных долей миллиметра.
Обычно это было бы слишком мало, чтобы увидеть, но в этой установке используется хитрый трюк, чтобы сделать атом намного ярче.
🔬Лучшие микроскопы для всех возрастов
SE306R-PZ-LED Передний бинокулярный стереомикроскоп
AmScope amazon.com199,99 долларов США
Профессиональный бинокулярный стереомикроскоп SE400-Z
AmScope Амазонка.ком$223,99
Andonstar AD407 3D HDMI паяльный цифровой микроскоп
Андонстар amazon.com $319.00$238,59 (скидка 25%)
Атом стронция на фотографии подвергается воздействию мощного лазера, в результате чего электроны, вращающиеся вокруг атома стронция, становятся более активными.Иногда эти заряженные электроны испускают свет. При наличии достаточного количества возбужденных электронов, испускающих достаточно света, обычная камера может запечатлеть атом.
Тем не менее, это не значит, что вы сможете увидеть атом невооруженным глазом.
Это изображение снято с длинной выдержкой, что означает, что даже со всем этим лазерным светом оно все еще слишком слабое, чтобы его можно было снять без оборудования. Но, учитывая, насколько невероятно малы атомы, глядя на эту фотографию, вы, вероятно, приблизитесь к ней.
Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
В: Что такое «настоящие изображения» атомов?
Что-то, сделанное IBM из очень плоской, очень чистой и очень холодной меди и нескольких сотен молекул угарного газа.
Физик : Настоящие изображения атомов на самом деле вовсе не изображения.
В физике есть несколько хороших практических правил. Среди лучших: свет ведет себя так, как вы ожидаете, на масштабах, значительно превышающих его длину волны, и странно действует на масштабах ниже.
Чтобы сфотографировать предмет, вам нужно, чтобы свет разумно отражался от него и двигался по прямой линии (по сути: ведите себя так, как вы ожидаете). Но длина волны видимого света составляет около половины микрометра (двухмиллионная часть метра), а атомы имеют диаметр около одного ангстрема (десятимиллиардная доля метра).В масштабе атомов видимый свет действует слишком шатко, чтобы его можно было использовать для фотографий.
Атомы буквально слишком малы, чтобы их можно было увидеть.
(слева) Фотография шара-3. (Справа) То, что у нас есть вместо фотографии атома.
Можно попробовать использовать свет с более короткой длиной волны, но и с этим есть проблемы. Когда длина волны света намного короче ширины атома, он принимает форму гамма-лучей, и каждый фотон накапливает достаточно энергии, чтобы отправить атомы в полет и/или лишить их электронов (именно эта характеристика делает гамма-лучи опасными).Использование света для изображения атомов похоже на попытку хорошенько разглядеть птичье гнездо, отбрасывая от него пушечное ядро.
Существуют «читы», которые позволяют нам использовать свет, чтобы видеть крошечные. Когда масштабы настолько малы, что свет ведет себя скорее как волна, чем как частица, тогда мы просто используем его волновые свойства (что еще можно сделать?). Если вы получите чертовски много одинаковых копий вещи и расположите их в какую-то повторяющуюся структуру, то структура в целом будет иметь очень специфический способ взаимодействия с волнами.Тщательно подготовленные световые волны, проходящие через эти регулярные структуры, создают предсказуемые интерференционные картины, которые можно спроецировать на экран. С помощью этой техники мы многое узнали о ДНК, кристаллах и многом другом. Это самое близкое к фотографии атома, которое возможно с помощью света, и, честно говоря, это не совсем то, что кто-либо имеет в виду под «фотографией». Это менее похоже на то, как выглядит вещь, и более расплывчато, что полезно для ученых. Хуже того, на самом деле это не изображение реальных отдельных атомов, а информация о повторяющейся структуре атомов, которая принимает форму изображения.
Пропуская свет (слева) или даже потоки электронов (справа) через правильную кристаллическую структуру, мы создаем интерференционную картину, которая дает нам информацию о структуре кристалла (но не изображения отдельных атомов). Картинка слева (слева) представляет собой образец, созданный ДНК (вид не имеет значения). Обратите внимание, насколько не очевидна спиральная структура. Изображение справа создано электронным лучом, проходящим через какой-то простой минерал или соль.
Эти методы все еще используются сегодня (относительно дешевы), но с 1981 года у нас также есть доступ к сканирующему туннельному электронному микроскопу (СТМ).Однако, несмотря на изображения, которые он создает, STM также не делает фотографии. STM видит мир так, как видит мир слепой человек на конце крошечной роботизированной руки.
Основная философия сканирующего туннельного электронного микроскопа заключается в том, что он позволяет этому чуваку знать о дне этого котла с чили больше, чем вам.
СТМ — это в основном игла с острием, представляющим собой один атом (буквально, это самая острая вещь из возможных), которую он использует для измерения тонких электрических вариаций (например, блуждающий атом, сидящий на очень плоской, чистой поверхности). ).Бит «Туннельный электрон» в названии относится к природе электрического взаимодействия, используемого для обнаружения присутствия атомов; когда наконечник приближается к атому, электроны будут квантово туннелировать между ними, и обмен электронами можно обнаружить как ток. Бит «Сканирование» в названии относится к тому, как это используется для создания изображения: сканирование вперед и назад по поверхности снова и снова, пока вы не наткнетесь на каждый атом своей иглой несколько раз. Сгенерированные таким образом изображения не являются фотографиями, это карты того, что испытала игла СТМ, когда она перемещалась по поверхности.СТМ «видит» атомы с помощью этой иглы так же, как вы можете «видеть» дно мутной реки тычковой палкой.
STM и некоторые изображения, которые он создает.
Эта технология существует уже несколько десятилетий и, как и появление синтезатора, породила всевозможные шутки.
Первые подробные фотографии атомов
Атомы готовы к своему первому портрету крупным планом.
ВАШИНГТОН — Впервые физики сфотографировали структуру атома вплоть до его электронов.
Фотографии, которые вскоре будут опубликованы в журнале Physical Review B, показывают подробные изображения электронного облака одиночного атома углерода, сделанные украинскими исследователями из Харьковского физико-технического института в Харькове, Украина.
Это первый раз, когда ученые смогли непосредственно увидеть внутреннюю структуру атома. С начала 1980-х годов исследователи смогли наметить атомную структуру материала в математическом смысле, используя методы визуализации.
Квантовая механика утверждает, что электрон не существует как отдельная точка, а распространяется вокруг ядра в облаке, известном как орбиталь.
Мягкие голубые сферы и разделенные облака, видимые на изображениях, показывают два расположения электронов на их орбиталях в атоме углерода. Структуры подтверждают иллюстрации, которые можно увидеть в тысячах книг по химии, потому что они соответствуют установленным квантово-механическим предсказаниям.
Дэвид Голдхабер-Гордон, профессор физики Стэнфордского университета в Калифорнии, назвал исследование выдающимся.
«Одним из преимуществ [этой техники] является то, что она висцеральная», — сказал он. «Как люди, мы привыкли смотреть на изображения в реальном пространстве, такие как фотографии, и мы можем легче и быстрее усваивать вещи в реальном пространстве, особенно люди, которые менее глубоко разбираются в физике».
Для создания этих изображений исследователи использовали автоэмиссионный электронный микроскоп или FEEM. Они поместили жесткую цепочку атомов углерода длиной всего в несколько десятков атомов в вакуумную камеру и пропустили через образец напряжение 425 вольт.
Атом на конце цепи испускал электроны на окружающий люминофорный экран, создавая изображение электронного облака вокруг ядра.
Электронные микроскопы с автоэлектронным излучением были основным инструментом ученых, исследующих очень маленькие объекты с 1930-х годов. До этого момента микроскопы могли выявить только расположение атомов в образце.
Чем острее заостренный кончик образца внутри вакуумной камеры, тем выше разрешение конечного изображения на экране, сказал Игорь Михайловский, один из авторов статьи.В прошлом году физики научились превращать атомы углерода в цепочки. Теперь, когда ширина кончика образца составляла всего один атом, микроскоп смог разрешить орбитали электрона. Харьковские исследователи первыми получили реальные изображения электронов отдельного атома, сделав видимыми предсказания квантовой механики.
В то время как такие инструменты, как сканирующий туннельный микроскоп, уже отображают структуру электронов в образце многих атомов, «всегда хорошо иметь дополнительные подходы», — сказал Голдхабер-Гордон.
«Иногда что-то загадочное с одной точки зрения становится кристально ясным с другой точки зрения. Каждое из них приближает вас на шаг к полному пониманию».
Голдхабер-Гордон также указал, что этот метод не может быть широко применим, поскольку высокое разрешение обусловлено специфической структурой образца.
«В настоящее время более важно напрямую отображать квантовую механику, чем узнавать что-то новое о материалах», — сказал он. «Но это может измениться, если [украинская команда] разработает новые возможности.”
Как исследователи получили первые изображения атомов, создающих и разрывающих молекулярные связи
Этот сайт может получать партнерские комиссионные за ссылки на этой странице. Условия эксплуатации. Что-то есть в картинках. Первые реальные графические изображения двойной спирали ДНК были встречены чем-то вроде вздоха облегчения — к тому времени, конечно, не было абсолютно никаких сомнений в том, что ДНК устроена в так хорошо всем нам известную двойную спиральную структуру, но на самом деле , увидев , все еще имело висцеральный эффект.
Мы сняли показания, которые можно было бы так же точно назвать «изображениями», но они были абстрактными вещами, такими как узоры колец, полученные с помощью рентгеновской кристаллографии. На самом деле они не выглядели ни для кого, кроме специалистов в малоизвестных областях микроскопии. Есть что-то в фактическом наблюдении за структурой, которая может повлиять не только на обычных людей в общественной сфере, но и на серьезных ученых.
Пристальный взгляд на деталь. Это изображение, показывающее положение атомов и электронов — субатомных частиц!
Несколько месяцев назад мы сделали первые проблески некоторых изображений в еще меньшем масштабе, наконец, показывая структуры, о которых мы знали в течение десятилетий, но еще не визуализировали.Участвующие в этом ученые называют это «удивительным» событием — представьте себе их волнение, когда они действительно смогли увидеть молекулу, которую они так долго изучали абстрактно. Однако дело не только в том, чтобы увидеть эту конкретную молекулу; изображая атомную структуру этого многокольцевого углеводорода, они прекрасно подтвердили полезность классических диаграмм, которые использовались задолго до рождения большинства современных ученых.
Исследуемая молекула имеет легко запоминающееся название фенилен-1,2-этинилен, и исследователи хотели знать, как она реагирует при определенных условиях.Их конечной целью было найти способ вызвать образование больших слоев стабильных ароматических углеводородных колец, подобных тем, которые характеризуют графен, но у них возникли проблемы с выяснением того, приводит ли их реакция к получению желаемого продукта. В конце концов, они решили, что решение для визуализации со сверхвысоким разрешением — лучший способ идентифицировать продукты их реакции.
После нескольких неудачных попыток команда остановилась на методе, называемом бесконтактной атомно-силовой спектроскопией.При этом используется чрезвычайно крошечный зонд, который улавливает изменения механической силы, когда он перемещается по поверхности атома. Метафора иглы проигрывателя уместна, за исключением того, что в данном случае «игла» — это единственный атом кислорода, добавленный путем адсорбции молекулы монооксида углерода.
С молекулой, иммобилизованной на плоской серебряной поверхности, Фишер объясняет, что они могут перемещать свой атомный «палец» по поверхности образца так же, как перемещать человеческий палец по шрифту Брайля, используя вибрации в атомной версии как меру силы определенных атомов. силы.Отображение этих показаний в 2D дает изображение, и изображения, которые они создали, были ошеломляющими.
«Мы не думали о том, чтобы делать красивые изображения; сами реакции были целью», — сказал Феликс Фишер, исследователь из команды Беркли, создавшей фотографии. Тем не менее, красивые изображения привлекли к ним немало внимания даже сейчас, до того, как они опубликовали фактические экспериментальные данные, которые представляют изображения. В данном случае сами данные поразили воображение ученых всего мира.Они иммобилизовали свою молекулу на серебре и использовали зонд с невероятно высоким разрешением, получая изображения, которые наверняка станут главными элементами каждого учебника по органической химии на протяжении десятилетий.
Это изображение сделано только в прошлом году, но это первое прямое изображение двойной спиральной структуры ДНК.
Самое поразительное в изображениях — это их чрезвычайное сходство с линейными диаграммами, знакомыми каждому, кто прошел вводный курс химии. На такой диаграмме линии представляют связующие силы, называемые химическими связями, а вершины представляют собой атомы углерода, составляющие основу молекулы; на этих новых изображениях линии представляют собой области реальной силы, а вершины — фактические атомы углерода.
Меловые линии, нацарапанные на многих классных досках, изображающие химические связи, говорят о том, что между двумя атомами, которые соединяет линия, будет некоторое совместное использование электронов, и что это совместное использование удерживает атомы вместе в молекуле; на этих новых изображениях линии находятся просто там, где зонд обнаружил наибольшую плотность электронов. В результате сходство с традиционными диаграммами, по-видимому, распространяется даже на произвольные символы; по соглашению мы представляем двойную связь (совместное использование двух электронов) двумя линиями, и удвоенная интенсивность приводит к более толстой полосе, соединяющей два атома.
Многие разочарованные студенты-химики вслух задавались вопросом, почему их заставляют запоминать метод построения диаграмм, который в конечном счете все еще является метафорой. Эти возражения будет намного сложнее высказать с этими картинками в арсенале учителя.
Содержание изображений, конечно, тоже было интересным. Пытаясь увидеть, будет ли цепь их молекулы распадаться на графеноподобную конфигурацию, они обнаружили, что производятся два разных продукта, каждый из которых имеет разные последствия для создания графена с нуля.Исследователи считают, что второй из их двух продуктов на самом деле может быть артефактом серебряной поверхности, которая делает возможными изображения — для того, чтобы получить сразу и химию, и микроскопию, потребуется сделать несколько больших шагов вперед.
Теперь прочтите: графеновые суперконденсаторы, созданные с помощью «традиционного процесса изготовления бумаги», конкурируют по емкости со свинцово-кислотными батареями
Ученые увеличивают атомную структуру
Наука
Ученые создали тонкие, похожие на бумагу кристаллические листы, используя синтетическую белковоподобную молекулу, называемую полипептидом.
Эти нанолисты имеют толщину всего в одну молекулу, причем молекулы расположены очень специфическим образом. Ученые получают изображения этих нанолистов с помощью электронных микроскопов в криогенных условиях. До недавнего времени эти изображения были размытыми из-за небольшого количества электронов, которые могут проходить сквозь листы, не причиняя им вреда. В этом исследовании исследователи использовали алгоритмы, основанные на машинном обучении, для обработки около 500 000 независимых изображений. Результатом стало первое четкое изображение отдельных атомов в синтетическом мягком материале в реальном пространстве.
Удар
Синтетические полимеры необходимы для многих продуктов, которые мы считаем само собой разумеющимися. Они варьируются от пластиковой мебели до фюзеляжей современных самолетов. Они также лежат в основе таких устройств, как топливные элементы и перезаряжаемые батареи. Эти устройства становятся все более важными в развивающемся ландшафте экологически чистой энергии.
Все важные свойства синтетических полимеров зависят от расположения их атомов. Способность ученых позиционировать отдельные атомы в полимерных материалах улучшит наше понимание узких мест, которые ограничивают характеристики синтетических полимеров.Это исследование также знаменует собой важный шаг в развитии нанонауки в целом.
Резюме
Ученые впервые раскрыли детали атомной структуры синтетического мягкого материала. Пептоидные диблок-сополимеры состоят из двух разных белковоподобных цепей, связанных вместе. Эти материалы были разработаны так, чтобы плотно прилегать друг к другу, образуя высокоорганизованные кристаллические слои в воде. Отдельные молекулы и их относительная ориентация внутри нанолистов непосредственно наблюдались с помощью криогенной просвечивающей электронной микроскопии (крио-ПЭМ), выявляющей атомные детали в пространственном положении, недоступном для обычных методов рассеяния.Ультранизкая температура, используемая для быстрой заморозки нанолистов, эффективно зафиксировала молекулы на месте.
Визуализация образца в криогенных условиях помогла предотвратить разрушение структуры энергичными электронами. Чтобы дополнительно защитить мягкие материалы от электронного луча, исследователи использовали меньше электронов на изображение. Изображения, полученные в этих условиях, были обработаны с использованием сложных математических инструментов и алгоритмов машинного обучения для получения изображений структуры атомного масштаба с высоким разрешением.
Комбинированный прецизионный синтез пептоидных полимеров, атомная визуализация крио-ПЭМ и вычислительное моделирование помогли ученым понять структуры полимеров на атомарном уровне. Исследователи теперь могут вносить изменения на атомном уровне для создания целевых молекул. Это открывает путь к рациональному внедрению сложных функций в мягкие материалы посредством систематического контроля их химической структуры. Исследование частично проводилось на двух пользовательских объектах Министерства энергетики: Molecular Foundry и Advanced Light Source.
Финансирование
Эта работа финансировалась Управлением науки Министерства энергетики, Управлением фундаментальных энергетических наук, Отделом материаловедения и инженерии. Работа в Молекулярном литейном заводе и Усовершенствованном источнике света в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли поддерживалась пользовательскими проектами на этих пользовательских объектах при поддержке Управления науки Министерства энергетики, Управления фундаментальных энергетических наук. Представленные здесь микрофотографии были получены на установке Donner Cryo-TEM в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и на установке Cryo-TEM в районе залива Беркли в Калифорнийском университете в Беркли.
Журнал
Труды Национальной академии наук
Метод исследования
Анализ изображений
Предмет исследования
Неприменимо
Название статьи
Инженерия атомного уровня и визуализация кристаллических решеток полипептидов
Дата публикации статьи
21 октября 2019 г.