Моделювання і нанотехнології

Візуалізаційне моделювання.

Найбільш проста із сучасних визуалізаційних програм – невелика програма Rasmol, яка нічого не розраховує, але дозволяє спостерігати в тривимірному виді нано структури, створені іншими. У програмі можна розглянути наноструктуру, покрутити, побачити хімічні елементи, зв'язки і групи, а також експортувати результати в графічний файл. Ця програма дозволяє одержувати тривимірні моделі білків (і нуклеїнових кислот), змінювати за бажанням їх вид, виділяючи то окремі амінокислоти, то елементи вторинної структури, то небілкові компоненти молекули.  Rasmol має можливість представлення моделі у декількох варіантах:

• проволочна модель;
• шарікова модель, накладення кулькової і проволоченої моделей іноді називають шарнірною моделлю;
• остовна модель.

На рис. 1 зображені ці варіанти.

a) б) в ) г)

Рис. 1. Варiанти моделей
а) проволочна модель; б) шарікова модель; в) остовна модель; г) шарнірна модель

Обчислювальне моделювання

Дивитися чужі моделі наноструктур, звичайно цікаво, але набагато цікавіше будувати їх самим. Для цього використовують обчислювальне моделювання. З його допомогою можна побачити не тільки тривимірну модель об'єкта, але і її поведінку при впливі температури, електромагнітних полів, гамаквантів і ін. Розглянемо одну з популярних програм – Chem3D.
Графічний інтерфейс робить Chem3D дуже зручною й зрозумілою. Будь-яку хімічну формулу можна набрати на клавіатурі, після чого на екран автоматично виводиться графічне зображення молекули. Існують різні види представлення молекул: стрижнева, шаростержнева, вандерваальсова та інші. Вони представлені на рис. 2.

а) б) в)
Рис. 2. Модель сірчаної кислоти H2SO4 а)стрижнева; б)шаростержнева в)Вандерваальсова

В Chem3D можна моделювати досить складні структури. Є можливість створювати групи та маніпулювати ними. Основні молекули, необхідні для наномоделей, уже створені, і зберігаються в базі даних. Це загальновідомі речовини: H2O, C2H2, C6H6, АТФ, а також складніші молекули: від різних сучасних ліків до складних біомолекул. На рис. 3 зображені деякі з них.

Рис. 3. Приклади складних і простих молекул

Інженерне моделювання

Широке застосування одержала програма інженерного моделювання в нанотехнологіях Nanoxplorer компанії nanotitan (рис. 4), за допомогою якої можна створювати різні наносистеми.

Рис. 4. Nanoxplorer від nanotitan

Nanoxplorer має свою базу даних. Ця база даних – коштовне введення компанії nanotitan. За її допомогою початківець може використовувати в моделі вже створені готові структури валів, комп'ютерів, двигунів, маніпуляторів та ін.
За допомогою програми Nanoxplorer розроблено вже чимало складних і функціональних наносистем (рис. 5).

а) б)

Рис. 5. Моделі наносистем
а) нанонасос для атомів Ne, б) нанопідшипник з вуглецю

Можна сказати що більше всіх з основними завданнями моделювання структур і процесів нанотехнологій справляється інженерне моделювання. Саме тут можливий і опис характеристик матеріалу на атомарному й молекулярному рівні; і прогнозування поведінки реальних систем, які лежать за межами сучасних можливостей експерименту; і створення повноцінних систем швидкого прототипування нових наносистем і матеріалів, побудованих навколо обчислювальних моделей.

Джерело: http://www.nbuv.gov.ua/