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Posibilidad de hacer un experimento en un aula para simular la difracción de ADN

Soy una TA en un estructurales de la clase de química. El profesor me quiere mostrar a los estudiantes cómo Watson y Crick determinan la estructura del ADN a partir de difracción de rayos X de los resultados de ADN de los cristales. El profesor me sugirió para imprimir algunas funciones de seno en un papel y dejar visible de láser de haz de luz de un puntero láser para pasar por el pecado funciones para obtener una "X" la forma del patrón de difracción, como la difracción de rayos X patrón de ADN.

Me pregunto ¿es posible?

Creo que la difracción de rayos X del ADN es similar a la rejilla de difracción. Y la reja constante debe ser del orden de los micrones a ser significativamente difractan la luz visible. Es mi profesor de broma? O hay alguna formas posibles para mí, para simular de difracción con un papel y un puntero láser en un salón de clases?

9voto

aceinthehole Puntos 1460

Con un cambio de esto debería funcionar.

Para una transmisión experimento que probablemente estaría mejor impresión en una transparencia. No he probado este, sino que las impresoras láser puede alcanzar la escala necesaria con bastante facilidad.

Usted podría ser capaz de conseguir que funcione en el modo de reflexión impreso en papel, pero que van a perder un montón de intensidad. No trabajar con las herramientas que tengo a mano (aunque estoy de vacaciones). Lo que me dijo usted puede imprimir lo suficientemente fina líneas con un bastante barato impresora.

Me hizo el trabajo!

(Bueno, al menos el lineal simple rejilla; patrones más complejos que tendrán que esperar más tiempo para dedicar al proyecto.)

Una vez que regresé a la escuela y, a continuación, en algún momento, un día, cuando mi primer laboratorio envuelto temprano, finalmente fui capaz de dedicar un poco más de tiempo para esto. He corregido el archivo latex (abajo) para darme de diferentes grosor de la línea y lanzamientos.

Mi montaje experimental utilizado aproximadamente 8 metros de reja a la superficie de proyección: enter image description here

Usted puede ver nuestros armónicos verde láser de he-Ne (543 nm de longitud de onda) en el primer plano y la transparencia colgando un poco más allá. En el fondo el patrón aparece tenuemente en la cara frontal de los instructores de laboratorio en el banco.

Primer plano de los patrones de difracción con las luces apagadas enter image description here

la fuerte cortes en la parte superior e inferior de la imagen resultado de las características de la ad hoc de la configuración que estoy usando aquí.

Entonces, ¿Qué espaciado ¿quieres?

En mi escuela tenemos una demostración de rejilla que consta de cruzado planos de fino alambre de cobre alrededor de un 40 hilos por cm (en realidad 100 hilos por pulgada) que puede ser utilizado en la transmisión o reflexión a la forma plana de los patrones de difracción.

Para la prueba básica fines puede ser más fácil comenzar con un simple lineales de reja, o un cubo de líneas.

Los resultados de mis pruebas parecen ser muy sensibles a la línea de tono y el espaciamiento (y supongo que a los efectos de dentado), así que un poco de ensayo y error es, probablemente, en fin.


El Látex código que he usado para preparar mi texto de muestra

\documentclass[letterpaper,10pt]{article}

\usepackage{pgfplots}
\pgfplotsset{compat=1.11,ticks=none}

\usepackage{ifpdf}
\ifpdf
\setlength{\pdfpagewidth}{8.5in}
\setlength{\pdfpageheight}{11in}
\else
\fi

% 
% Recall that the zero point in 1in down, and 1in in from the
% left.
% \setlength{\topmargin}{0.625in}
% \setlength{\textheight}{8.0in}
% \setlength{\oddsidemargin}{0.25in}
% \setlength{\textwidth}{6.0in}
\addtolength{\oddsidemargin}{-0.75in}
\addtolength{\textwidth}{0.5in}


\begin{document}
\vfill

\hbox{
  \begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
      title={HORZ (thick=0.03pt pitch 1/25cm)},
      xtick=,
      xticklabels={,,}
      ytick=,
      yticklabels={,,},
      x=0.25cm,
      y=0.25cm,
      ]
      \foreach \yval in {1,...,124}
      \addplot[black,domain=0:5.0,line width=0.03pt] {\yval/25}; 

    \end{axis}
  \end{tikzpicture}
  \hfill

  \begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
      title={HORZ (thick=0.06pt pitch 1/25cm)},
      xtick=,
      xticklabels={,,}
      ytick=,
      yticklabels={,,},
      x=0.25cm,
      y=0.25cm,
      ]
      \foreach \yval in {1,...,124}
      \addplot[black,domain=0:5.0,line width=0.06pt] {\yval/25}; 

    \end{axis}
  \end{tikzpicture}
  \hfill

  \begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
      title={HORZ (thick=0.09pt pitch 1/25cm)},
      xtick=,
      xticklabels={,,}
      ytick=,
      yticklabels={,,},
      x=0.25cm,
      y=0.25cm,
      ]
      \foreach \yval in {1,...,124}
      \addplot[black,domain=0:5.0,line width=0.06pt] {\yval/25}; 

    \end{axis}
  \end{tikzpicture}
}
\vfill

\hbox{
  \begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
      title={HORZ (thick=0.03pt pitch 1/33cm)},
      xtick=,
      xticklabels={,,}
      ytick=,
      yticklabels={,,},
      x=0.25cm,
      y=0.25cm,
      ]
      \foreach \yval in {1,...,165}
      \addplot[black,domain=0:5.0,line width=0.03pt] {\yval/33}; 

    \end{axis}
  \end{tikzpicture}
  \hfill

  \begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
      title={HORZ (thick=0.06pt pitch 1/33cm)},
      xtick=,
      xticklabels={,,}
      ytick=,
      yticklabels={,,},
      x=0.25cm,
      y=0.25cm,
      ]
      \foreach \yval in {1,...,165}
      \addplot[black,domain=0:5.0,line width=0.06pt] {\yval/33}; 

    \end{axis}
  \end{tikzpicture}
  \hfill

  \begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
      title={HORZ (thick=0.09pt pitch 1/33cm)},
      xtick=,
      xticklabels={,,}
      ytick=,
      yticklabels={,,},
      x=0.25cm,
      y=0.25cm,
      ]
      \foreach \yval in {1,...,165}
      \addplot[black,domain=0:5.0,line width=0.06pt] {\yval/33}; 

    \end{axis}
  \end{tikzpicture}
}
\vfill

\hbox{
  \begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
      title={HORZ (thick=0.03pt pitch 1/50cm)},
      xtick=,
      xticklabels={,,}
      ytick=,
      yticklabels={,,},
      x=0.25cm,
      y=0.25cm,
      ]
      \foreach \yval in {1,...,249}
      \addplot[black,domain=0:5.0,line width=0.03pt] {\yval/50}; 

    \end{axis}
  \end{tikzpicture}
  \hfill

  \begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
      title={HORZ (thick=0.06pt pitch 1/50cm)},
      xtick=,
      xticklabels={,,}
      ytick=,
      yticklabels={,,},
      x=0.25cm,
      y=0.25cm,
      ]
      \foreach \yval in {1,...,249}
      \addplot[black,domain=0:5.0,line width=0.06pt] {\yval/50}; 

    \end{axis}
  \end{tikzpicture}
  \hfill

  \begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
      title={HORZ (thick=0.09pt pitch 1/50cm)},
      xtick=,
      xticklabels={,,}
      ytick=,
      yticklabels={,,},
      x=0.25cm,
      y=0.25cm,
      ]
      \foreach \yval in {1,...,249}
      \addplot[black,domain=0:5.0,line width=0.06pt] {\yval/50}; 

    \end{axis}
  \end{tikzpicture}
}
\vfill 

\end{document}

1voto

Rob Jeffries Puntos 26630

Reflexión rejillas de difracción se puede hacer muy fácilmente de los discos compactos (Cd).

Usted obtiene un patrón de difracción, simplemente reflejando un puntero láser de un CD. Si conoces la longitud de onda del puntero que podría trabajar fuera de la ranura de separación. Alguien ha tenido la amabilidad de proporcionar un laboratorio de secuencia de comandos para que experimento. O ver este.

CD diffraction

Si quieres hacer más de lo que demuestran los patrones de difracción y construir un espectrógrafo con un CD de rejilla y una caja de cereal - aquí están los planes. Estos trabajos un encanto y se pueden utilizar en lámparas de arco, luces fluorescentes, etc.

1voto

lionelbrits Puntos 7026

No estoy seguro de que un 2d estructura le dará la necesaria fase de información a menos que usted puede calcular que antes de imprimir, en el que caso de que usted está haciendo un holograma. ¿Qué estructura 3d que está en la misma escala? Yo no sé cuál es la mejor incandescente el filamento de la bombilla se puede adquirir, pero algo así como que deben trabajar. También, tradicional de la cristalografía requiere la repetición de las matrices para mejorar la resolución.

Aquí está un ejemplo de lo que puede hacerse con una estirada de filamento y una ordinaria láser:

enter image description here

0voto

nino Puntos 142

Para lo que vale, es posible que desee buscar el documento original sobre la teoría de la helicoidal de difracción: "La estructura de polipéptidos sintéticos. I. La transformación de los átomos en una hélice" W. Cochran, F. H. Crick y V. Vand, (1952) Acta Crystallographica 5, 581-86. Este es el trabajo fundamental que permitió a Crick y Watson para deducir la estructura del ADN.

No es un simple papel, pero sí muestra cómo la 'X' patrón de difracción de una espiral de la fibra (no un cristal, por cierto, ya que no es ordenado en 3 dimensiones) se plantea en términos de funciones de Bessel.

Todavía, a pesar de su fino esfuerzos en conseguir la difracción láser para trabajar, no es obvio para mí que el patrón de una hélice, que es tridimensional, puede ser obtenido a partir de un objeto bidimensional. ¿Su profesor de la teoría trabajado en detalle? Eso sería increíble.

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