g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Saniyenin milyarda birine karşı yarışın ve sonunda tek bir molekülün yapısını görme teknolojisinin farkına varın!

Bilim adamları, deneysel ve hesaplamalı verilerin bir kombinasyonunu kullanarak, yüksek yoğunluklu X-ışını ışınlarından gelen darbeleri optimize etmenin yollarını keşfettiler. Uzun zamandır bilim adamları atomik çözünürlüğe sahip tek bir serbest biçimli moleküler yapıyı görme yeteneğinin peşinde koşuyorlar, bu da birçokları tarafından görüntülemenin "Kutsal Kase" olarak adlandırılıyor. Olası bir yöntem, numune malzemesine son derece kısa, yüksek yoğunluklu X-ışını içermeyen elektron lazer (XFEL) darbelerini hedeflemektir. Ancak bu ultra hızlı görüntüleme teknolojisi hedefi de yok edecek, bu yüzden zaman çok önemli.

ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndaki (DOE) araştırmacılar, X-ışını içermeyen elektron lazer darbelerinin hedeflerle nasıl etkileşime girdiğini anlamayı umarak bu araştırma çalışmasını deneyler ve bilgisayar simülasyonlarının bir kombinasyonu yoluyla ilerletiyorlar. Şimdi, Kimya Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'ndeki Argonne Atomik ve Moleküler Optik Fizik Grubu tarafından yönetilen bir grup, deneyin sonuçlarını etkileyebilecek önemli ve çoğu zaman gözden kaçan bir parametreye kesin olarak işaret etti: zaman. Tek bir sakaroz nano kümesinin ultra hızlı görüntülenmesinde geçici rezonansın rolü üzerine araştırması Nature Communications dergisinde yayınlandı.

Örneğin atom ölçeğinde üç boyutlu yapıları inceleme yeteneği, virüsleri daha iyi anlamamıza ve ilaçları insan vücuduna daha verimli bir şekilde ulaştırmamıza yardımcı olur. Günümüzde bu analiz, çalışılacak malzemenin kristal formda yerleştirilmesini gerektirmektedir. Biyolojik parçacıklar bu doğal olmayan biçimde sabitlenir, bu nedenle X ışınları onlara çarptığında, ışık huzmesi dağılır ve moleküler yapıyı anlamak için kullanılabilecek bir kırınım modeli oluşturur. Ancak birçok biyolojik sistem türü iyi kristalleşemez ve kristaller iyi bir kırınım modeli oluşturmak için çok küçük olabilir. Veya kristalleşme, yapıyı değiştirerek parçacıkları doğal hallerinde gözlemleme yeteneğini engelleyebilir.

Femtosaniye zamanına karşı yarış

Maddeyi kristalize etmeden bir saçılma modeli oluşturmak için, inanılmaz derecede hızlı bir patlamayla yanıp sönmesi için X-ışını içermeyen bir elektron lazeri gibi süper güçlü bir ışın gerekir. Ortak yazar ve Argonne fizikçisi Phay Ho şunları söyledi: Bu tür bir deney için, numuneyi hızlı bir şekilde yok edecek çok güçlü bir darbe gereklidir.Bu nedenle, bu yöntemi kullanırken, numunenin alınmasına izin vermek için çok kısa bir darbe gerekir. İmha etmeden önce tüm dağınık sinyalleri toplayın. Zamana karşı bu yarış femtosaniye (bir femtosaniye, saniyenin milyarda birine eşittir) dayanmaktadır. Farklı parametrelerin X-ışınsız elektron lazer deneylerinin sonuçlarını nasıl etkilediğini incelemek için:

Disiplinlerarası araştırma ekibi, tek bir sükroz nanokümesi üzerinde çalışmak için Stanford Üniversitesi SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarının doğrusal hızlandırıcı tutarlı ışık kaynağını (LCLS) kullandı. Argonne'un seçkin araştırmacısı ve makalenin ortak yazarı Linda Young şunları söyledi: Kristaller, genellikle boyut olarak olan XFEL (X-ray Free Electron Laser) yerine Argonnenin Gelişmiş Foton Kaynağı (APS) gibi depolama halkası tabanlı ışık kaynaklarında gözlemlenir. Yaklaşık 10 mikron, bu çalışmada görülen yapı en az 200 kat daha küçüktür (nano ölçek). Araştırmacılar daha sonra deneysel verileri Argonne Leadership Computing Facility'de (ALCF) Mira süper bilgisayarında yürütülen hesaplamalarla karşılaştırdılar.

Bu, 42 milyon parçacığın X ışını içermeyen elektron lazer darbeleriyle etkileşimini izleyen çok sayıda moleküler simülasyon içeriyordu. Ortak yazarlardan biri, ALCF ve Argonne'nin hesaplamalı bilim bölümünde hesaplamalı bilim insanı olan Christopher Knight şunları söyledi: Mira gibi bir makineye sahip olduğunuzda birçok simülasyon çalıştırabilirsiniz, tüm simülasyonları aynı anda yapabilirsiniz, Bunları bu özel çalışma için gereken zaman ölçeğinde çalıştırın. Çalışma, sakaroz üzerinde X-ışını içermeyen elektron lazer darbeleri söz konusu olduğunda, ne kadar kısa olursa o kadar iyi olduğunu buldu.

Görüntüleme sonuçlarını yakınlaştırmayı ümit eden bilim adamları, 200 femtosaniyelik bir nabız uzunluğu kullanabilir, ancak bunun çok uzun olduğu ortaya çıktı. Bu kadar uzun bir nabız kullanılırsa, sinyal gerçekte büyük ölçüde azalır Bu tip görüntüleme için, nabız sadece birkaç femtosaniye sürmelidir. Sadece foton sayısına değil, aynı zamanda birim zamandaki foton sayısına da bakmak önemlidir. Bilgisayar modelleme, araştırmacıların en iyi sonuçları verecek parametrelere odaklanarak gelecekteki deneyleri optimize etmelerine yardımcı olacaktır. Bu deneyleri yapmak için ışın süresini elde etmek kolay değildir Bu veriler, bir sonraki adımda denenecek en iyi darbe koşullarını bulmak için çok yararlı olacaktır.