Опубликовали :)Published :)
Знаю, сложно поверить, читая этот сайт, однако, большую часть времени я усердно работаю над своим научным проектом. Всё по-взрослому серьёзно и сложно, требует много разносторонних знаний, опыта, усилий и вдохновения. Ну а вдохновение мы черпаем на выходных, очень бурно и хорошо отдыхая, о чём я обычно здесь и пишу. Сегодня же попробую вкратце рассказать, чем я занимаюсь по науке, поскольку есть повод: наконец-то опубликовалась первая статья, посвящённая моему проекту.
По-английски моя тема называется «Single Chain Mean Field Technique for Simulation of Complex Molecular Systems». На русский это можно перевести как «Моделирование сложных молекулярных систем методом одиночной цепи в среднем поле». В двух словах идея следующая: требуется смоделировать поведение системы (как сейчас модно говорить — наносистемы), состоящей из некоторого числа взаимодействующих друг с другом молекул. Для этого в арсенале физиков есть ряд хорошо известных методов, позволяющих для самых-самых простейших случаев посчитать что-то на бумажке, а для других — получить ответ, выполнив компьютерное моделирование, то-есть с помощью специально разработанных программ, потратив много времени, рассчитать интересующие характеристики системы. Метод одиночной цепи в среднем поле это давно известный теоретический подход к такой проблеме, не используемый, однако, широко на практике, ввиду сложности его эффективной численной реализации. Можно сказать, что большинство людей не хотят с ним связываться, зная что другие методы можно применить, используя уже готовые программы, а для работы с методом одиночной цепи в среднем поле программу придётся писать самим. Собственно, моя задача: создать эффективую программу для моделирования указанным методом широкого класса молекулярных систем и использовать её для исследования таких систем, в которых применение метода одиночной цепи в среднем поле даёт явные преимущества над другими методами.
Наша первая статья по данной тематике посвящена применению тестовой версии моей программы для изучения фосфолипидных мембран (такие мембраны являются основой биологических клеточных мембран, благодаря которым существует вся жизнь на нашей планете).
Верхушка первой страницы статьи. Ссылка на сайте журнала: Soft Matter, 2010, 6, 2216–2226.
Ну… думаю рассказывать что-то подробнее смысла особого нету: кто в теме, у тех в университете есть бесплатная подписка на этот журнал, они могут, если интересно, сами почитать и заценить. Тем же, кто не в теме, объяснять пришлось бы долго. Поэтому лишь покажу несколько красивых картинок из статьи.
Химическая структура молекулы фосфолипида DMPC, который мы моделируем (a) и три наших модели (b), (c) и (d), описывающих молекулу DMPC на разных уровнях детализации. Разными цветами обозначены звенья, любящие контакты с растворителем (синие) и боящиеся его (красные и оранжевые).
Когда много DMPC молекул встречаются вместе, они сами собой образуют уже упоминавшиеся мембраны. Следующий рисунок демонстрирует, как мы видим эти мембраны в нашем моделировании.
Сравнение трёх моделей мембраны, используемых нами (a) и распределения звеньев в мембране (b), (c) и (d). Видно, что не смотря на различие в уровнях детализации, каждая модель описывает одну и ту же мембрану, обладающую одними и теми же качественными свойствами (конечно, смотря чем интересоваться, но для многих задач модели, в которой молекула описывается как три шарика, соединённых вместе, достаточно).
Конечно же, основной смысл моделирования вовсе не в рисовании красивых картинок, а в расчёте полезных характеристик. В данном случае мы можем рассчитывать плотность и эластичность мембраны. Параметры моделей мы подобрали так, чтобы эти плотность и эластичность совпадали с экспериментально определяемыми значениями, приведёнными в литературе.
Конечно, мы далеко не первые, кто смоделировал небольшой кусочек мембраны. Люди делают это давно, как совсем другими, так и чем-то похожими на наш методами. Но суть в том, что сейчас мы занимаемся моделированием отклика мембраны на введение в неё инородного объекта, а это другими методами в ряде случаев сделать сложнее, чем нашим. Таким образом, статья о том, как мы повторили результаты других людей с помощью редко используемого метода, реализованного написанной мной программой. А план наш — используя этот метод, сделать такие вещи, которые заведомо сложно осуществить при помощи других подходов.
Опубликовали :)Published :)
I know, it’s hard to believe, when you are reading this site, but the most of time I spend on hard work on my PhD thesis. This work demands a lot of experience, knowledge and inspiration. To find the inspiration, usually I have very good weekends, and write here usually something about the mine weekends’ activity. But today I’m going to tell you a little bit about my work, just because I’m happy that the first article devoted to my PhD project is finally published.
My scientific topic is called “Single Chain Mean Field Technique for Simulation of Complex Molecular Systems”. The basic idea is the follow. We want to study the behavior of system comprising of numerous molecules interacting with each other. Here are few ways to make such study. For the simplest system you can even calculate something on a piece of paper, for the more complicated ones you solution will be to carry out a computer simulation, which means to calculate the interesting system’s properties with help of special computer software. Single Chain Mean Filed (SCMF) method is well known theoretical approach for such a problem, but it is being rarely used in practice, due to complexity of its numerical realization. Most of the people don’t want to spend their time for developing of computer code on their own, when there already exist a lot of ready software for the other simulation techniques. So, my task is to develop efficient SCMF program and to use it for investigation of those molecular systems, for which SCMF method is especially fit better than any other technique.
Our first article about the SCMF simulations is devoted to the application of my program (existing as a test version at the moment) to study of the phospholipid membranes, which are the basis for biological membranes, playing crucial role in the live evolution and survival on our planet.
Top of the first page of the article. Link to it on the journal web-site: Soft Matter, 2010, 6, 2216–2226.
Ok… seems here is no reason to tell any more detailes about the work. Because the people with suitable background will be able to recieve somehow this article and read it. To explain something to others via Interne will take too much time. So I’m just going to show you few nice pictures from the article.
Chemical structure of the DMPC phospholipid molecule (a) and three out models for it (b), (c) and (d), which are featuring the different levels of details in description of the DMPC model. Different colors of the beads means the parts of the molecule being attracting to the solvent (blue) and being neglecting to it (red and orange ones).
When enough DMPC molecules meet together, they spontaneously form the membranes mentioned above. The next picture shows, how we see these membranes in our simulations.
Comparison between three models of the membrane (a) and the density distributions of beads inside the membrane (b), (c) and (d). You can see that, despite the different levels of details, all three model describe the same membrane with the same properties (at least for the most of important tasks).
For sure, our main reason to simulate such staff is not to make nice pictures, but to calculate useful properties of the system. In the case of the DMPC phospholipid molecule we calculate density and elasticity of the membrane. So we have fitted the models parameters in such a way, that the density and elasticity are coinciding with the ones reported in literature.
Of course, we are not the first who have simulated a small part of the membrane. People did it a lot of times with different methods. So, the article is about our repeating of the results of other people but with the new method. And our current activity is the simulation of the membrane’s response to its piercing by external objects. For some system our methods is really more promising for such tasks, than the other approaches.