著者は、このプロジェクトでの彼の援助のためUCマーセドでティム·アリスに感謝したいと思います。 UCMでのNSF-COINSプログラムは、この作品の前半に（KAM）をサポートしていました。 NSF-ブリッジが賞は、会議にこの仕事と旅費のための資金を提供し、共著者（BNDおよびKAM）をサポートしていました。 研究グループは、ブリッジが賞を経由して、この作業に資金を供給するために、主に国立科学財団を承認することを望む。この材料は、グラント番号1032653の下で国立科学財団によってサポートされている作業に基づいています。

1. NanospringCarverファイルの準備とLinux PC上でMATLABを起動する以下のステップは、オンライン26を提供されたファイルを利用する一般的なユーザのために設計されている。 <ol><li> 「ホーム」または別の好適なディレクトリにnanosprings.tar.gzファイルアーカイブを解凍します。 <ol><li> Webリポジトリ26からnanosprings.tar.gzファイルアーカイブをダウンロードします。 </li><li>ダウンロードしたアーカイブを見つけて、「ドキュメント/ナノスプリング」と題された優先作業ディレクトリに移動します。 </li><li> nanosprings.tar.gzを右クリックして、右クリックのコンテキストメニューから「ここで抽出物」を選択します。 </li></ol></li><li>必要なすべてのファイルが現在のディレクトリに存在していることを確認します。それらのファイルのリストとその目的は以下の通り： Makefileは-手動nanosprings.cppとPoint.cppのコンパイルファイルを管理し Nanosprings.fig -MATLAB GUI内部 Nanosprings.m -MATLAB GUIコード Point.cpp -ポイント（アトム）クラス定義 Point.h -ポイント（アトム）クラスのヘッダー 彫る-スタンドアロンの実行可能ナノスプリング example.par -例パラメータ·ファイル glasscube.inp - glasscubeデータファイル nanosprings.cpp -メインナノスプリングコード nanosprings_diagram.jpg -たとえばディスプレイ用ナノスプリング nanospringsmex.cpp - MATLABに統合nanosprings.cpp nanospringsmex.mexglx -実行ファイルは、MATLABに統合されたナノスプリング 注：ユーザーが（この例では32ビット版）を使用している特定のLinuxマシンのための「nanospringsmex.mexglx「実行可能ファイルを作成する必要があります。これはまだ行われていない場合は、MATLAB「MEX」コンパイラへのアクセスを確認「mexで 「コマンドラインで入力し、プログラムの存在を確認することによって。また、「MATLAB」コマンドライン上で入力することで、MATLABのプログラムへのアクセスを検証します。下記の手順に示すように、「MEX nanospringsmex.cpp Point.cpp &quot; を入力するには、コマンドラインを使用すると、「nanospringsmex.mexglx「実行可能なMATLABの統合されたNanospringCarverファイルを作成します。 GUIインターフェイスのために必須ではありませんが、NanospringCarverプログラムのスタンドアロンバージョンを必要に応じて、コマンドラインで「 作る 」と入力して作成することができます。これは、「 彫る 」実行可能ファイルを作成するために一緒にnanosprings.cppとPoint.cppプログラム要素をコンパイルします。このチュートリアルでは、「glasscube.inp &quot;ファイルはrepresentin 192,000ケイ素原子と酸素原子の位置情報が含まれています<html>ガシリカガラスモデルは、各原子のIDを含む行、原子タイプであり、x、yは、zは原子座標。ファイルの最初の行は、全原子数（192,000）である。このファイル内の原子座標は、ナノメートルの距離を表すことに0.716を掛けた場合の相対値です。 </li><li>デスクトップ上で、ターミナルウィンドウを開きます。多くのLinuxバージョンでは、同時に &quot;Ctrlキー&quot;、 &quot;Altキー&quot;を押すと「T」キーでこれを達成する。 </li><li>ナノスプリングプロジェクトファイルを入力することによって抽出された先のフォルダにディレクトリを変更します。 CDドキュメント/ナノスプリング/ </li><li>次に、次のように入力して、システム用のバイナリをコンパイルするコマンドを実行します。 MEX nanospringsmex.cpp Point.cpp </li><li>次のコマンドライン上でMATLABを入力して、MATLABを開始</li></ol> 2.変更とNanospringCarverプログラムへのグラフィカルユーザーインタフェース（GUI）を使用してove_content &quot;&gt;オンライン26提供されたファイルを使用して、以下の手順に従ってください。 <ol><li> GUIDEのクイックスタート（ 図3）を使用して新しいウィンドウを表示し、左上のツールバー領域（ 図2）上で、ガイドのアイコンをクリックすることで、MATLABでガイドを開きます。 </li></ol><img alt="図2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig2highres.jpg" width="600" /> 図2：MATLAB GUIDEを開く方法を示すMATLABのユーザーインターフェース 。 <img alt="図3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig3highres.jpg" width="600" /> 図3：MATLAB GUIDEインターフェース初期化。 <ol start="2"><li>既存のFigureを変更するには、「オープン既存のGUI」タブ（ 図4）を使用します。既存のGUIを検索するには「参照」ボタンをクリックしてください図は、変更される。 Figureファイルを選択した後（Nanosprings.figを、青いボックスを参照）、GUIのFigureを使用して新しいウィンドウを表示するには、両方のウィンドウに&quot;開く&quot;をクリックしてください。左のパネル（ 図5）上のGUIの作成 ​​のために利用することが可能なボタンの位置を確認します。 </li></ol><img alt="図4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig4highres.jpg" width="600" /> 図4：既存のGUIのFigureファイルを開く方法を示すMATLABのGUIDEインターフェイス。 <img alt="図5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig5highres.jpg" width="600" /> 図5：既存のGUIのFigureを変更するためのツールを示すMATLABのGUIDEインターフェイス。 <ol start="3"><li> GUIを実行するためには、下の「ファイル名を指定して実行」をクリックしてください &quot;ツール &quot;メニュー。すると、ポップアップウィンドウが実行する前に姿を保存するかどうかを求められたら「はい」をクリックしてください。新しいウィンドウが変更されたGUIを表示。 </li><li>必要な場合は、例として、このGUIを使用して、異なる特定の材料のための別のGUIを作成します。 </li><li>最初のGUIの上部にある「入力モデルファイルを選択」ボタンをクリックして「glasscube.inp」ファイルに移動し、例の実行を設定するには。このファイルを選択し、ブラウジングウィンドウを閉じるには、「開く」をクリックします。それに選択した入力ファイルとパスは現在、「選択した入力モデルファイル」ボタン（ 図6）の右にあるGUIウィンドウに表示されるはずです。 </li></ol><img alt="図6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig6highres.jpg" width="600" /> 図6：例えばシリカナノスプリングモデルを作成するためにGUIを使用してのスクリーンショット。 <ol start="6"><li>次に、ブラウズしに出力モデルを保存するディレクトリを選択し、「出力モデル」セクションにある「参照」ボタンを使用します。すでにこのボタンの右側に付随するウィンドウにリスト出力ディレクトリがあっても、出力ディレクトリを積極的に有効にするために実行するために選択されていることを確認。 注：記載されている「アドバンスパラメータの最小距離」の値（ 図6の0.209311）は、この例で提供される「glasscube.inp &quot;入力ファイルのために特別に計算された、とされるようにしておく必要があります。この値は、モデルを実行する前に、この場所に「0」の値を入力することによって、異なる入力ファイルの最初の使用時に必要に応じて計算することができる。この例では、すべてのパラメータ値が入力され、原子座標系と一致するように相対的な単位である。 0.716を乗じた場合、パラメータ値は、ナノメートルの距離を表す。&lt;/ LI&gt; <li> GUI「実行」ボタンを押すことにより、r = 1.0、R = 5.0、p = 1.5、およびd = 0.209311についてスプリングパラメータを使用して例を実行する。 MATLABコマンドウィンドウで実行からの眺めフィードバック（ 図7）。フィードバックでは、バネのパラメータは入力データファイルが正常に読み取られることを確認し、「 モデル 」という名前の出力ファイルに格納された結果が記載されていることを確認する。 </li></ol><img alt="図7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig7highres.jpg" width="500" /> 図7：GUIベースのナノスプリングランからMATLABコマンドウィンドウからのフィードバック。 注：上記の例では、ファイル&quot; モデルは &quot;最初の行は原子の総数を与えて、所望のばね、1行に1つを含む、5176個が含まれていますファイル内。原子を定義する各行は、原子番号、原子のタイプ、およびその原子のx、y、z座標を含む。 <ol start="8"><li> GUIインターフェイスが確定したら、MATLABの「現在のフォルダ」ウィンドウに「Nanosprings.m」の上で右クリックすることで、連続実行を行い、直接GUIインターフェイスを立ち上げ、「ファイル名を指定して実行」を選択する。 注：様々な参照は、MATLABガイドおよび基本GUIDEインターフェイスに関する追加情報については、27-31にリストされています。 </li></ol>オープンソースのビジュアライザ19 3.確認NanospringCarver結果次の手順は、NanospringCarverによって作成された出力春モデルを視覚化し、検証するための一般的なユーザーのために設計されています。 <ol><li>上記のように視覚化プログラム19に入力するためにファイルを生成するためにNanospringCarver MATLAB GUIを使用してください。視覚化プログラムを実行しているときに、「点coordinを使用「入力オプションを提出色で原子タイプを区別して、フィールドの軸グリッドの境界線を選択して食べました。 </li><li>春モデルで距離を測定し、それらの記録を作る。 </li><li>所望のばねの寸法に対して測定データを比較し、春モデルの精度を検証する。 </li></ol> 4.ナノスプリングのMD引張シミュレーションでNanospringCarver結果を用いて以下の手順は、従来のオープンソースのMDコード32への入力としてNanospringCarverによって作成バネモデルを使用するための一般的なユーザのためにまとめられている。 <ol><li>オープンソースのMDプログラムLAMMPSの最新バージョンをダウンロードしてください。マニュアルや例については、関連するオンラインドキュメントを参照してください。 </li><li> 18前に報告されているように、適切な初期バルクシリカガラスモデルを準備するために、所望のナノスプリングモデルの寸法を決定する。 </li><li> NanospringCarver MATLAB GUIを使用して所望のナノスプリングモデルを作成します（セction 2上）。 </li><li>軸方向に11,13,23モデルを延伸することにより、目的のナノスプリングで引っ張りシミュレーションを行う。可視化および分析のために（下の図8を参照してください、そしてアニメーション図1）延伸ナノスプリングモデルの代表ビデオを制作。張力下で、いくつかのナノスプリングモデルの応力-ひずみ挙動と剛性に関する科学的結果は、他の場所で23報告されている。 </li></ol><img alt="図8" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig8highres.jpg" width="400" /> 図8：引張シミュレーション中のシリカナノスプリングのスクリーンショット （これもアニメーション図1を参照）。

<ol>
	<li>Gao, P. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conversion+of+zinc+oxide+nanobelts+into+superlattice-structured+nanohelices.">Conversion of zinc oxide nanobelts into superlattice-structured nanohelices.</a> Science. 309 (5741), 1700-1704 (2005).</li><li>McIlroy, D. N., Zhang, D., Kranov, Y., Norton, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanosprings.">Nanosprings.</a> Appl. Phys. Lett. 79 (10), 1540-1542 (2001).</li><li>He, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multilayered+Si/Ni+nanosprings+and+their+magnetic+properties.">Multilayered Si/Ni nanosprings and their magnetic properties.</a> Small. 3 (1), 153-160 (2007).</li><li>Cammarata, R. C., Sieradzki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+and+interface+stresses.">Surface and interface stresses.</a> Annu. Rev. Mater. Sci. 24 (1), 215-234 (1994).</li><li>Becker, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+nanosprings+in+spider+capture-silk+threads.">Molecular nanosprings in spider capture-silk threads.</a> Nat. Mater. 2 (4), 278-283 (2003).</li><li>Singh, J. P., Liu, D. -. L., Ye, D. -. X., Picu, R. C., Lu, T. -. M., Wang, G. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-coated+Si+springs:+nanoelectromechanical+actuators.">Metal-coated Si springs: nanoelectromechanical actuators.</a> Appl. Phys. Lett. 84 (18), 3657-3659 (2004).</li><li>Kim, K. J., Park, K., Lee, J., Zhang, Z. M., King, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotopographical+imaging+using+a+heated+atomic+force+microscope+cantilever+probe.">Nanotopographical imaging using a heated atomic force microscope cantilever probe.</a> Sens. Actuators A-Phys. 136 (1), 95-103 (2007).</li><li>Dobrokhotov, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ZnO+coated+nanospring-based+chemiresistors.">ZnO coated nanospring-based chemiresistors.</a> J. Appl. Phys. 111 (4), 044311-044318 (2012).</li><li>Sai, V. V. 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Nick Gnedin&#8217;s Ionization FRont Interactive Tool (IFrIT) v. 3.2.8 - A general purpose visualization software [Internet] Available from: <a target="_blank" href="https://sites.google.com/site/ifrithome/">https://sites.google.com/site/ifrithome/</a> (2013)</li><li>Silva, E. C. C. M., Tong, L., Yip, S., Van Vliet, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size+effects+on+the+stiffness+of+silica+nanowires.">Size effects on the stiffness of silica nanowires.</a> Small. 2 (2), 239-243 (2006).</li><li>D&#225;vila, L. P., Leppert, V. J., Bringa, E. 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著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言。

nanohelical構造を作成するための元のアプローチの変更は、最初のバルクシリカガラスMDモデルからナノリボン及びナノスプリングの両方の生成を可能にするために二つの別個のコードの開発につながった。シリカナノリボン及びナノスプリングモデルの検証は、プログラムの測定能力の範囲内で、その寸法精度が確認された別のソフトウェアパッケージ19-20を使用して追求された。ナ?...

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The reference section has added:
29. MathWorks. Use and create MATLAB MEX-files [Internet]. [Massachusetts]: MathWorks; [cited 2013 May 30]. Available from: http://
www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html (2014).

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Erratum: Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

新しいアプローチは、文献3に報告されているが、ヘリカルナノ構造は、典型的には、化学気相堆積法1-2用いて実験室で製造される。特に、ナノスプリングおよびナノリボンは、それらの個別の特性やセンサー、光学、電気機械や流体装置4-7の有望なアプリケーションで研究されている。合成方法は、これらの構造を階層的システムのための潜在的な構成要素単位を作り、シリカ（SiO 2）ナノリボンを生成することが報告されている。診断用途のために9-10のZnO 8またはナノ粒子で被覆されたときの3Dシリカナノスプリングの新規合成は、ケミレジスタに自社のアプリケーションを拡大してきました。 シリカナノスプリングとナノリボンの機械的特性に関する実験的研究は主に、操作及び試験方法やequipmeの現在の制限のために、不足しているNT。ナノ構造とナノスプリングのナノメカニクスの調査では、理論やシミュレーション11-14を使用して報告されている。彼らは実験を通して完全に開かない政権を探索することができますので、いくつかのシミュレーション13は、アモルファスナノスプリングのナノ機械の挙動に焦点を当てている。金属ナノスプリングの原子論的研究は、弾性特性15のサイズ依存性を調べるために、文献に報告されており、最近でらせん結晶性シリカのナノ構造のナノメカニクスは14ナノスプリング構造の実験的試験はまた、螺旋状のカーボンナノ構造として、異なる材料で実施されているカーボンナノコイル16-17。知識にもかかわらず、これまでに集められ、これらの新規なナノ構造体の機械的特性のより完全な理解は、将来のナノデバイスの製造の取り組みのために必要とされる。 MD試験シリカgのような小娘（非結晶性シリカ）nanohelicesはまだ制限されてい、このような構造の原子レベルのモデリングは、カスタマイズされたコードを作成する必要があります。シリカガラスの螺旋のMDモデルを作成するのは、他の代替方法は、最近の文献検索の際に、これまでに同定されていない。本研究では、ナノスプリングおよびナノリボンを含むらせん状シリカガラスのナノ構造の原子レベルのモデリングにボトムアップアプローチは、将来の大規模のMDナノ機械シミュレーションに追求されている。一般的なアプローチは、以前に報告されているように18 MD「バルク」石英ガラスモデルの作成 ​​が含まれ、この目的のために開発された2堅牢適応コンピュータコードを介してこの「バルク」サンプルから様々ならせん状ナノ構造を切り開く。両方の計算手順は、偉大な効率性と原子論ディテールナノリボン及びナノスプリングモデルを作成するための明確な方法を提供します。これらの構造は、大規模な原子レベルのシミュレーションに適している。また、カスタマイズされたグラフィカル·ユーザ·インターフェースは、らせん構造の作成および視覚化を容易にするために使用される。 「バルク」石英ガラスモデルの構造は、最初に室温で作成される。大規模なMDシミュレーションは、比較的計算効率と大規模なシステムに適している先行研究18に原子間ポテンシャルと類似Garofaliniを使用して、この目的のために行われている。最初の「バルク」石英ガラス構造が立方モデルで構成され（14.3 xは14.3 xは14.3ナノメートル3）192,000原子を含む。 「バルク」石英ガラスモデルは周期境界条件を用いて初期状態を得るために、0.5ナノ秒、300 Kで平衡化する。 2つの計算手順を設計し、原子レベルのシリカナノリボン及びナノスプリングモデルを作成するために利用される。最初の方法はからシリカナノリボンを切り開く関与ヘリックスを定義するパラメトリック方程式を使用して、「バルク」構造、およびその形状（ピッチ、螺旋の半径は、ワイヤ半径）。この手順は、AWKプログラミング言語、LINUXオペレーティングシステム、およびオープンソースの可視化ソフトウェア19を使用することを含む。ナノリボンの原子論的なモデルを作成するための一般的な反復手順を含む：（1）事前に定義された螺旋状の機能に対する空間内の点の選択された原子からの距離を算出する「バルク」石英ガラスモデル、（2）中の原子を選択し、 （3）所望のナノリボンの半径にこの距離を比較し、（4）出力データ·モデル内の原子を破棄するか、維持する。この方法の詳細なステップバイステップの説明は、 スケーラブルなオープンソースコード補足資料に含まれています。この方法では、いくつかのシリカナノリボンは、続いて測定したヘリックスおよびナノリボン半径の値の異なるピッチ、半径を使用して作成された分子解析と可視化ソフトウェア19-20で所望の寸法値に対する精度。シリカナノリボンの原子論的モデルは、機能的な幾何学的形状（ピッチの高い値とナノリボン半径の低い値）で生成した。誤って除外原子からなるいくつかのアーチファクトは、より少ない滑らかなナノリボン表面に至る極めて高いナノリボンの半径の値と非常に低いピッチの値で観察された。同様の方法は、シリカナノワイヤ21-23を作成するプロセスで使用されてきた。 ここに提示され第二の方法は、螺旋のための数式に加えて効率を向上させるために、事前のスクリーニング方法を実施することによって、「バルク」シリカ構造のシリカナノスプリングを切り開くことを含む。この手順では、これらのらせん状のナノ構造をモデル化することでより大きな柔軟性を可能にするために、より堅牢なC ++コードを作成する必要がありました。 atomisを作成するための反復法ナノスプリングのチックモデルは、（1）螺旋経路外にあることが保証すべての原子を破棄し、（2）決定論的に螺旋経路上の点を選択すること、（3）選択された時点までの特定の距離内のすべての原子を比較すること、および（4 ）廃棄または出力データ·モデル内の各原子を格納する。このメソッドのステップバイステップの説明は、 スケーラブルなオープンソースコード補足資料に含まれています。この方法では、いくつかのシリカナノスプリングモデルはとして変化寸法（ワイヤ半径、螺旋の半径、およびナノスプリングのピッチ）で得られた図1に示されている。高精度のシリカナノスプリングモデルは、ナノスプリングのために極端な（低い及び高い）ピッチ値で発見アーチファクトの証拠は、この方法で効率的に得られた。この方法のためのグラフィカルユーザインタフェースの作成 ​​および使用は、 プロトコルセクションに記載されている。 図1：R、Rおよびpは 、それぞれ、ワイヤ半径、螺旋の半径とピッチを表し、H は螺旋構造23の全体の高さを表す特徴的な寸法を示す一般的なヘリックス構造。 このプロトコルは、Linux 25、PC上のMATLAB 24を実行して、NanospringCarverファイルを準備し、原子論的ナノスプリングモデルを準備するグラフィカル·ユーザ·インタフェースを使用する方法について説明します。これらの以前は利用できなかったモデルは、新規分子動力学の基礎（MD）材料イノベーション研究に向けて23シミュレーションなどの機能します。 原子論ナノスプリングモデルを作成するための一般的なステップバイステップの手順は、次の要素を使用することを含む：（a）のNanospringCarver（。V 0.5ベータ）コード（オープンサワーC ++言語でCE）、（b）は、バルクシリカガラスモデル（入力ファイル）、（c）は、MATLABのGUIインタフェースおよび関連ファイル、および（d）MATLABソフトウェア（バージョン7）LINUX PC上のローカルライセンスを使用。アイテムは、（a） - （NanospringCarverコード、石英ガラスモデル、MATLAB GUIファイル）上記の（c）は、オンライン26をダウンロードして無料である。 MATLAB（マトリックス研究所）は、主にデータの可視化および解析、画像処理、計算生物学のために使用されるのMathWorks 24から数値計算、可視化、およびアプリケーション開発のための高レベルの言語である。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>MATLAB numerical computing software</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td><a href="http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html">http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html</a></td>
			<td>See Protocol Introduction and Reference [24]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanospringCarver program code and files</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB GUI files</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomistic bulk glass input file</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IFrIT visualization software</td>
			<td>Open source software</td>
			<td><a href="http://sites.google.com/site/ifrithome/">http://sites.google.com/site/ifrithome/</a></td>
			<td>See Protocol Section 3 and Reference [19]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LAMMPS molecular dynamics software</td>
			<td>Open source software</td>
			<td><a href="http://www.lammps.sandia.gov/">http://www.lammps.sandia.gov/</a></td>
			<td>See Protocol Section 4 and Reference [32]</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

scalable nanohelices for predictive studies and enhanced 3d visualization

ばね状材料は、本質的に、エネルギーハーベスティング、水素貯蔵、および生物学的検知用途のためのナノテクノロジーへの関心の遍在する。予測シミュレーションでは、正確nanohelicesの構造をモデル化できることがますます重要になってきている。一つは現実的なモデルを開発する必要があり、これらの複雑な形状の特性に局所的な構造の効果を研究するために。現在までに、ソフトウェア·パッケージではなく、原子レベルのらせんモデルの作成に限定されている。この作品は、分子動力学（MD）シミュレーションのため原子論シリカガラスのモデル（SiO 2）のナノリボン及びナノスプリングを生産に焦点を当てています。 「バルク」シリカガラスのMDモデルを使用して、正確にナノリボン及びナノスプリングの形状を作成するための2つの計算手順を提示する。最初の方法は効果的に私からシリカナノリボンの様々な形状を彫るためにAWKプログラミング言語とオープンソースソフトウェアを採用ヘリックスを定義するために所望の寸法及びパラメトリック方程式を使用してnitialバルクモデル。この方法では、正確な原子レベルのシリカナノリボンは、ピッチ値および寸法の範囲を生成することができる。第二の方法は、モデリングnanohelical構造における柔軟性を可能にする、より堅牢なコードが含まれます。このアプローチは、特に、ナノスプリングモデルを作成する際に高い精度と効率が、事前スクリーニング方法、ならびにらせんのための数学的方程式を実装するために書かれたC ++コードを利用する。これらのコードを使用し、原子レベルのシミュレーションに適した、明確に定義されたスケーラブルなナノリボン及びナノスプリングを効果的に作成することができる。両方のオープンソース·コード内の付加価値は、それらが、材料の独立した異なるらせん構造を再現するように適合され得ることである。また、MATLABグラフィカルユーザインタフェース（GUI）は、原子レベルのヘリと、一般ユーザのための視覚化および相互作用を介して、学習向上させるために使用されるCALの構造。これらの方法の一つの用途は、機械的エネルギーハーベスティングの目的のためにMDシミュレーションを介してnanohelicesの最近の研究である。

第1の計算手順（ナノリボンコード）で作成された原子レベルナノリボンモデルとそれに関連する寸法は、 図9に示されている。第2の計算手順（ナノスプリングコード）と関連付けられた寸法を使用して得られたナノスプリングモデルは、図10に示されている。 <img alt="図9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51372/51372fig9...

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Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

nanohelical構造の正確なモデリングは、新規ナノテクノロジー応用につながる予測シミュレーション研究のために重要である。現在、ソフトウェアパッケージおよびコードは、原子論らせんモデルを作成する際に制限されています。私たちは2つのシミュレーションのための原子論nanohelicalモデルを作成するように設計手順、および可視化を通じて、研究を強化するためのグラフィカル·インターフェースを提示する。

予測研究および拡張の3D可視化のためのスケーラブルなNanohelices

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

10.4K ビュー.  University of California Merced.  nanohelical構造の正確なモデリングは、新規ナノテクノロジー応用につながる予測シミュレーション研究のために重要である。現在、ソフトウェアパッケージおよびコードは、原子論らせんモデルを作成する際に制限されています。私たちは2つのシミュレーションのための原子論nanohelicalモデルを作成するように設計手順、および可視化を通じて、研究を?...

ビデオ: Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

デジタル干渉縞投影技術と高分解能、高速、三次元ビデオ画像

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

工学

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

表面弾性波駆動型アコースティック·逆流マイクロフルイディクスで製作、操作と流れの可視化

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Novel 3D/VR Interactive Environment for MD Simulations, Visualization and Analysis

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials science, biology, chemistry and physics among many others. A new computational system for the accurate and fast simulation and 3D/VR visualization of nanostructures is presented here, using the open-source molecular dynamics (MD) computer program LAMMPS. This alternative computational method uses modern graphics processors, NVIDIA CUDA technology and specialized scientific codes to overcome processing speed barriers common to traditional computing methods. In conjunction with a virtual reality system used to model materials, this enhancement allows the addition of accelerated MD simulation capability. The motivation is to provide a novel research environment which simultaneously allows visualization, simulation, modeling and analysis. The research goal is to investigate the structure and properties of inorganic nanostructures (e.g., silica glass nanosprings) under different conditions using this innovative computational system. The work presented outlines a description of the 3D/VR Visualization System and basic components, an overview of important considerations such as the physical environment, details on the setup and use of the novel system, a general procedure for the accelerated MD enhancement, technical information, and relevant remarks. The impact of this work is the creation of a unique computational system combining nanoscale materials simulation, visualization and interactivity in a virtual environment, which is both a research and teaching instrument at UC Merced.

A new computational system featuring GPU-accelerated molecular dynamics simulation and 3D/VR visualization, analysis and manipulation of nanostructures has been implemented, representing a novel approach to advance materials research and promote innovative investigation and alternative methods to learn about material structures with dimensions invisible to the human eye.

MDシミュレーションのための新しい3D / VRインタラクティブな環境、可視化と分析

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials ...

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to a different substrate by utilizing elastomeric stamps. Transfer printing enables the integration of heterogeneous materials to fabricate unexampled structures or functional systems that are found in recent advanced devices such as flexible and stretchable solar cells and LED arrays. While transfer printing exhibits unique features in material assembly capability, the use of adhesive layers or the surface modification such as deposition of self-assembled monolayer (SAM) on substrates for enhancing printing processes hinders its wide adaptation in microassembly of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. To overcome this shortcoming, we developed an advanced mode of transfer printing which deterministically assembles individual microscale objects solely through controlling surface contact area without any surface alteration. The absence of an adhesive layer or other modification and the subsequent material bonding processes ensure not only mechanical bonding, but also thermal and electrical connection between assembled materials, which further opens various applications in adaptation in building unusual MEMS devices.

This paper introduces a 3D additive micromanufacturing strategy (termed &#8216;micro-masonry&#8217;) for the flexible fabrication of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. This approach involves transfer printing-based assembly of micro/nanoscale materials in conjunction with rapid thermal annealing-enabled material bonding techniques.

3D添加Micromanufacturing用マイクロ石積み

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

表面EBL作製したナノ構造基板を用いた生体分子のラマン分光検出の強化

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D structures are most often perceived using the two-dimensional and exclusively visual medium of the computer screen. Converting digital 3D molecular data into real objects enables information to be perceived through an expanded range of human senses, including direct stereoscopic vision, touch, and interaction. Such tangible models facilitate new insights, enable hypothesis testing, and serve as psychological or sensory anchors for conceptual information about the functions of biomolecules. Recent advances in consumer 3D printing technology enable, for the first time, the cost-effective fabrication of high-quality and scientifically accurate models of biomolecules in a variety of molecular representations. However, the optimization of the virtual model and its printing parameters is difficult and time consuming without detailed guidance. Here, we provide a guide on the digital design and physical fabrication of biomolecule models for research and pedagogy using open source or low-cost software and low-cost 3D printers that use fused filament fabrication technology.

Physical models of biomolecules can facilitate an understanding of their structure-function for the researcher, aid in communication between researchers, and serve as an educational tool in pedagogical endeavors. Here, we provide detailed guidance for the 3D printing of accurate models of biomolecules using fused filament fabrication desktop 3D printers.

研究と教育学のための生体分子モデルの3Dプリント

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a polymer film. This paper also presents a low-cost, vacuum-free fabrication method for this novel TE; the approach combines lithography, electroplating, and imprint transfer (LEIT) processing. The embedded nature of the EMTEs offers many advantages, such as high surface smoothness, which is essential for organic electronic device production; superior mechanical stability during bending; favorable resistance to chemicals and moisture; and strong adhesion with plastic film. LEIT fabrication features an electroplating process for vacuum-free metal deposition and is favorable for industrial mass production. Furthermore, LEIT allows for the fabrication of metal mesh with a high aspect ratio (i.e., thickness to linewidth), significantly enhancing its electrical conductance without adversely losing optical transmittance. We demonstrate several prototypes of flexible EMTEs, with sheet resistances lower than 1 &#937;/sq and transmittances greater than 90%, resulting in very high figures of merit (FoM) &#8211; up to 1.5 x 104 &#8211; which are amongst the best values in the published literature.

This protocol describes a solution-based fabrication strategy for high-performance, flexible, transparent electrodes with fully-embedded, thick metal mesh. Flexible transparent electrodes fabricated by this process demonstrate among the highest reported performances, including ultra-low sheet resistance, high optical transmittance, mechanical stability under bending, strong substrate adhesion, surface smoothness, and environmental stability.

埋め込み金属メッシュを用いた高性能で柔軟で透明な電極のための拡張可能なソリューション処理製作戦略

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Scalable Quantum Integrated Circuits on Superconducting Two-Dimensional Electron Gas Platform

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface between two different materials is necessary. The S-Sm junction with high interface transparency will then facilitate the observation of the induced hard superconducting gap, which is the key requirement to access the topological phases (TPs) and observation of exotic quasiparticles such as Majorana zero modes (MZM) in hybrid systems. A material platform that can support observation of TPs and allows the realization of complex and branched geometries is therefore highly demanding in quantum processing and computing science and technology. Here, we introduce a two-dimensional material system and study the proximity induced superconductivity in semiconducting two-dimensional electron gas (2DEG) that is the basis of a hybrid quantum integrated circuit (QIC). The 2DEG is a 30 nm thick In0.75Ga0.25As quantum well that is buried between two In0.75Al0.25As barriers in a heterostructure. Niobium (Nb) films are used as the superconducting electrodes to form Nb- In0.75Ga0.25As -Nb Josephson junctions (JJs) that are symmetric, planar and ballistic. Two different approaches were used to form the JJs and QICs. The long junctions were fabricated photolithographically, but e-beam lithography was used for short junctions&#8217; fabrication. The coherent quantum transport measurements as a function of temperature in the presence/absence of magnetic field B are discussed. In both device fabrication approaches, the proximity induced superconducting properties were observed in the In0.75Ga0.25As 2DEG. It was found that e-beam lithographically patterned JJs of shorter lengths result in observation of induced superconducting gap at much higher temperature ranges. The results that are reproducible and clean suggesting that the hybrid 2D JJs and QICs based on In0.75Ga0.25As quantum wells could be a promising material platform to realize the real complex and scalable electronic and photonic quantum circuitry and devices.

Quantum integrated circuits (QICs) consisting of array of planar and ballistic Josephson junctions (JJs) based on In0.75Ga0.25As two-dimensional electron gas (2DEG) is demonstrated. Two different methods for fabrication of the two-dimensional (2D) JJs and QICs are discussed followed by the demonstration of quantum transport measurements in sub-Kelvin temperatures.

超伝導2次元電子ガスプラットフォーム上のスケーラブル量子集積回路

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface ...

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. This wetting phenomenon is important in many technical fields ranging from physiology to aerospace engineering. Currently, several different techniques exist for fabricating hemiwicking structures. These conventional methods, however, are often time consuming and are difficult to scale-up for large areas or are difficult to customize for specific, nonhomogeneous patterning geometries. The presented protocol provides researchers with a simple, scalable, and cost-effective method for fabricating micro-patterned hemiwicking surfaces. The method fabricates wicking structures through the use of stamp printing, polydimethylsiloxane (PDMS) molding, and thin-film surface coatings. The protocol is demonstrated for hemiwicking with ethanol on PDMS micropillar arrays coated with a 70 nm thick aluminum thin-film.

A simple protocol is provided for the fabrication of hemiwicking structures of varying sizes, shapes, and materials. The protocol uses a combination of physical stamping, PDMS molding, and thin-film surface modifications via common materials deposition techniques.

Hemiwicking 表面の作製とスケーラブルなスタンプ印刷

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. ...

3D Printing - Evaluating Particle Emissions of a 3D Printing Pen

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament fabrication (FFF) is an inexpensive method used most frequently by consumers. Studies with 3D printers have shown that during the printing process particulate and volatile substances are released. Handheld 3D printing pens also use the FFF method but the consumer&#8217;s proximity to the 3D pens gives reason to higher exposure compared to a 3D printer. At the same time, 3D printing pens are often marketed for children who could be more sensitive to the printing emission. The aim of this study was to implement a low cost method to analyze the emissions of 3D printing pens. Polylactide (PLA) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) filaments of different colors were tested. In addition, filaments containing metal and carbon nanotubes (CNTs) were analyzed. An 18.5 L chamber and sampling close to the emission source was used to characterize emissions and concentrations near the breathing zone of the user.
Particle emissions and particle size distributions were measured and the potential release of metal particles and CNTs investigated. Particle number concentrations were found in a range of 105 - 106 particles/cm3, which is comparable to previous reports from 3D printers. Transmission electron microscopy (TEM) analysis showed nanoparticles of the different thermoplastic materials as well as of metal particles and CNTs. High contents of metal were observed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).
These results call for a cautious use of 3D pens due to potential risk to the consumers.

This protocol presents a method to analyze the emission of 3D printing pens. Particle concentration and particle size distribution of the released particle is measured. Released particles are further analyzed with transmission electron microscopy (TEM). Metal content in filaments is quantified by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).

3D プリント - 3D プリント ペンのパーティクル放出の評価

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament ...