Дифракция на влакната - биология
Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?
Антибиотици от бактерии
Клетъчна миграция: новооткрита функция на известен протеин
Молекулярен компас за подравняване на клетките
Какво кара листата да стареят през есента
Демокрацията на лешоядите токачки
Околната среда на Ekembo: Хората също живееха в открити пейзажи
| Генетика | Земеделие, горско стопанство и животновъдство
Сортът пшеница е създаден чрез кръстосване на диви треви
Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?
Дифракция на влакната
Дифракция на влакната е метод за изследване на молекулярни структури чрез анализ на разсеяни изображения. Тези разпръснати изображения възникват, когато пробата е облъчена. Обикновено за това се използват рентгенови лъчи, електрони или неутрони. Специфичността на дифракцията на влакната е, че моделът на разсейване не се променя, когато пробата се завърти около определена ос (оста на влакната). Такава едноосна симетрия е типична за нишки или влакна, изработени от биологични или синтетични макромолекули (полимери, пластмаси). За кристалографията симетрията на влакната представлява трудност при определяне на кристалната структура.В сравнение с дифракционната диаграма на монокристала, отраженията в диаграмата на влакната са размазани и могат да се припокриват. Науката за материалите разглежда симетрията на влакната като опростяване, тъй като почти цялата достъпна структурна информация се съдържа в едно двумерно (2D) дифракционно изображение. Такова изображение се излага на фотографски филм или 2D детектор (като цифров фотоапарат). 2 вместо 3 координатни оси са достатъчни, за да опишат дифракцията на влакната.
Идеалният модел на разсейване на влакна показва 4-квадрантна симетрия. В такава картина посоката се нарича ос на влакното меридиан, посоката, перпендикулярна на това, е екватор. Ако има симетрия на влакната, има много повече отражения (осветени "точки") в 2D изображението, отколкото в дифракционното изображение на монокристала. Тези отражения изглеждат подредени по линии (линии на слоя), които минават приблизително успоредно на екватора. Концепцията за линията на слоя на кристалографията става очевидна в дифракционното изображение на влакната. Кривината на линиите на слоя е индикация, че дифракционното изображение трябва да бъде коригирано. Рефлексите се идентифицират по индексите на Милър hkl. Това са 3 цифри. Рефлекси върху i-линията на тия слой има l =i. Рефлексите на меридиана са 00l рефлекси. Дифракционните изображения с изкуствени влакна също се генерират в кристалографията (метод с ротационен кристал). Монокристалът се завърта около ос в рентгеновия лъч.
В експеримента се получават реални изображения на разсейване на влакна. Те показват само огледална симетрия, защото оста на влакното не е идеално перпендикулярна на падащия лъч. Съответното геометрично изкривяване е проучено подробно от Майкъл Полани. За да опише геометрията, той има елегантната концепция Polanyi топка (първоначално: "слой топка") въведена. По-късно Розалинд Франклин и Реймънд Гослинг дадоха апроксимационна формула за определяне на ъгъла на наклона на влакното β въз основа на техните собствени геометрични съображения. В първия етап на анализ изображението на разсейване на влакна се коригира и се нанася върху представителната равнина на влакната. Това е равнината, която съдържа оста на цилиндъра на реципрочното пространство. В кристалографията първо се изчислява приближение на картографирането в реципрочното пространство, което се прецизира итеративно. Често като Корекция на Фрейзър дигиталният метод започва с приближението на Франклин. Той премахва наклона, коригира изображението и коригира интензивността на разсейване. Правилната формула за определяне на β е дадена от Norbert Stribeck.
Историческа роля
Дифракцията на влакната доведе до няколко важни напредъка в развитието на структурната биология, напр. Б. първите модели на α-спиралата и модела на Уотсън-Крик на двуверижна ДНК.
Дифракционна геометрия на влакната
Фигурата показва геометрията на дифракцията на влакната. Тя се основава на представянето, предложено от Polanyi. Референтната посока е първичният лъч (надпис: рентген). Ако влакното се наклони от вертикалата с ъгъла β, информацията за неговата структура също се накланя в реципрочното пространство (s-пространство). В s-пространството сферата на Евалд е сфера, чийто център е в пробата. Радиусът му е 1/λ, където λ е дължината на вълната на падащото лъчение. Всички точки на реципрочно пространство, които се виждат от планарния детектор, лежат на повърхността на сферата на Евалд. Те се нанасят върху пикселите на детектора чрез централна проекция.
В реципрочното пространство всеки рефлекс лежи върху своята сфера Полани. Идеалният рефлекс всъщност представлява точка в s-пространството. Поради симетрията на влакната обаче той се размазва в пръстен около посоката на влакното. Две Пръстените представляват рефлекс върху сферата на Polanyi, тъй като разсейването е точково симетрично на произхода на реципрочното пространство. Само точките, които се намират както върху сферата на Евалд, така и върху сферата на Полани, са картографирани върху детектора. Тези точки формират Отразителен кръг (син пръстен). Също така не се променя при накланяне на пробата. Той се нанася върху детектора като слайд проектор (червени лъчи) (Детекторна верига, син пръстен). Там се появяват до 4 изображения на наблюдавания рефлекс (червени точки). Позицията на рефлекторните изображения се определя от ориентацията на влакното в лъча (Уравнение на Полани). Обратно, ориентацията на влакното може да се определи от позицията на рефлексните изображения, ако следното се отнася за индексите на Милър hkl: $ | h | + | k | \ ne 0 $ и $ l \ ne 0 $. От представянето на Polanyi се извеждат връзките на изображението на влакната чрез прилагане на елементарна и сферична геометрия.