Дифракція волокон - біологія
Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?
Антибіотики від бактерій
Міграція клітин: нещодавно виявлена функція відомого білка
Молекулярний компас для вирівнювання клітин
Від чого листя старіє восени
Демократичність грифа-цесарки
Середовище Екембо: Люди також жили на відкритих ландшафтах
| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво
Сорт пшениці був створений шляхом схрещування дикорослих трав
Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?
Дифракція волокна
Дифракція волокна є методом дослідження молекулярних структур шляхом аналізу розсіяних зображень. Ці розсіяні зображення виникають при опроміненні зразка. Для цього зазвичай використовують рентгенівські промені, електрони або нейтрони. Особливістю дифракції волокон є те, що картина розсіювання не змінюється при обертанні зразка навколо певної осі (осі волокна). Така одновісна симетрія характерна для ниток або волокон, виготовлених з біологічних або синтетичних макромолекул (полімерів, пластмас). Для кристалографії симетрія волокон представляє труднощі у визначенні кристалічної структури.У порівнянні з дифракційною діаграмою монокристала, відбиття на діаграмі волокон змазані і можуть перекриватися. Матеріалознавство розглядає симетрію волокон як спрощення, оскільки майже вся доступна структурна інформація міститься в одному двовимірному (2D) дифракційному зображенні. Таке зображення експонується на фотоплівці або 2D-детекторі (наприклад, на цифровій камері). 2, а не 3 координатних осей, достатньо для опису дифракції волокон.
Ідеальна картина розсіювання волокон демонструє 4-квадрантну симетрію. На такій картині напрямок називається віссю волокна меридіан, напрям, перпендикулярний до цього, - екватор. Якщо існує волокниста симетрія, на двовимірному зображенні відбитків (освітлених «точок») набагато більше, ніж на дифракційному зображенні монокристала. Ці відбиття розташовані на лініях (лініях шарів), які проходять приблизно паралельно екватору. Концепція лінії шару кристалографії стає очевидною на дифракційному зображенні волокна. Кривизна ліній шару є свідченням того, що дифракційне зображення має бути виправленим. Рефлекси ідентифікуються за індексами Міллера hkl. Це 3 цифри. Рефлекси на i-лінія цього шару має l =i. Рефлекси на меридіані - це рефлекси 00л. Зображення дифракції штучного волокна також генеруються в кристалографії (метод обертових кристалів). Монокристал обертається навколо осі в рентгенівському промені.
В експерименті отримано зображення реального розсіювання волокон. Вони демонструють лише дзеркальну симетрію, оскільки вісь волокна не ідеально перпендикулярна до падаючого пучка. Відповідні геометричні спотворення детально вивчив Майкл Поланьї. Для опису геометрії він має елегантну концепцію Поланий м'яч (спочатку: "шар шару") введено. Пізніше Розалінд Франклін та Реймонд Гослінг дали наближену формулу для визначення кута нахилу волокна β на основі власних геометричних міркувань. На першому етапі аналізу зображення розсіювання волокон виправляється і відображається на репрезентативній площині волокна. Це площина, яка містить вісь циліндра зворотного простору. У кристалографії спочатку обчислюється наближення відображення у зворотному просторі, яке уточнюється ітеративно. Що часто як Корекція Фрейзера позначений цифровий метод починається з наближення Франкліна. Він усуває нахил, виправляє зображення та коригує інтенсивність розсіювання. Правильну формулу для визначення β дав Норберт Стрібек.
Історична роль
Дифракція волокон призвела до кількох важливих успіхів у розвитку структурної біології, напр. B. перші моделі α-спіралі та модель Уотсона-Крика дволанцюжкової ДНК.
Геометрія дифракції волокна
На малюнку показано геометрію дифракції волокна. Він базується на поданні, запропонованому Поланьї. Еталонним напрямком є основний промінь (мітка: рентген). Якщо волокно нахилене від вертикалі на кут β, то інформація про його структуру також нахиляється у зворотному просторі (s-просторі). У s-просторі сфера Евальда - це сфера, центр якої знаходиться у зразку. Його радіус становить 1/λ, де λ - довжина хвилі падаючого випромінювання. Всі точки взаємного простору, які бачить планарний детектор, лежать на поверхні сфери Евальда. Вони наносяться на пікселі детектора за допомогою центральної проекції.
У взаємному просторі кожен рефлекс лежить на своїй сфері Поланьї. Ідеальний рефлекс насправді являє собою точку в s-просторі. Однак через симетрію волокна він впадає в кільце навколо напрямку волокна. Два Кільця представляють рефлекс на сферу Поланьї, оскільки розсіювання є точково-симетричним до початку зворотного простору. На детектор відображаються лише точки, що лежать як на кулі Евальда, так і на сфері Поланьї. Ці точки утворюють Коло відбиття (синє кільце). Він також не змінюється при нахилі зразка. Він відображається на детекторі як слайд-проектор (червоні промені) (Схема детектора, синє кільце). Там з’являється до 4 зображень спостережуваного рефлексу (червоні точки). Положення рефлекторних зображень визначається орієнтацією волокна в пучку (Рівняння Поланьї). І навпаки, орієнтацію волокна можна визначити з положення рефлекторних зображень, якщо до індексів Міллера hkl застосовується наступне: $ | h | + | k | \ ne 0 $ і $ l \ ne 0 $. З подання Поланьї виводяться взаємозв'язки волоконного зображення, застосовуючи елементарну та сферичну геометрію.