FI72827C - Tredimensionell molekylstrukturmodell och anordning foer montering och demontering av densamma. - Google Patents

Description

1 72827

Kolmiulotteinen molekyylirakennemalli ja laite sen purkamista ja uudelleenkokoamista varten

Tekninen alue 5 Tämä keksintö koskee yleensä visuaalisia tutkimusapu- välineitä ja nimenomaan kolmiulotteisia molekyylirakennemal-leja ja laitteita sellaisten mallien purkamista ja uudelleenkokoamista varten.

Taustarakenteet 10 Kolmiulotteiset molekyylirakennemallit ovat itse asiassa tietty määrä toisiinsa yhdistettyjä moduleja, jotka on tehty esimerkiksi muovista. Tällaiset modulit voidaan muotoilla puolipalloiksi, ellipsoideksi, leikatut pinnat käsittäviksi puolipalloiksi tai monitahokkaiksi. Jokainen 15 malli simuloi yhtä atomia sen säteen vastatessa van der

Waals'in atomin sädettä, kun taas etäisyys modulin keskustasta sen katkaistuun pintaan vastaa kovalenttista atomin sädettä. Modulit toisiinsa yhdistävät elementit simuloivat atomien välisiä sidoksia, kun taas yhdyselementtien geo-20 metristen akselien välissä olevat kulmat ovat valenssikul-mia. Joidenkin yksilöllisten modulien tai niiden yhdistelmien kääntyminen simuloi atomien mallin mukaista spatiaalista siirtymistä.

Joidenkin aikaisempien kolmiulotteisten molekyylira-25 kennemallien tiedetään käsittävän kiinteitä, palloelement-teinä tehtyjä moduleja. Modulit on yhdistetty toisiinsa yh-dyselementeillä, jotka ovat itse asiassa halkaistuja metal-liholkkeja, joissa on kapea keskiosa ja jotka on tarkoitettu menemään sileäseinämäisiin moduli-istukoihin (vrt. esimer-30 kiksi "Eugon"-sarjaa, joka on kehitetty Orgaanisen ja Muoviteollisuuden Tutkimuslaitoksessa Budapestin kaupungissa Unkarin Kansantasavallassa).

Kuitenkin yhdyselementtien sileästä pinnasta johtuen holkit voivat irrota asteittain moduli-istukoista modulin 35 pyöriessä, jolloin ne sekoittavat kolmiulotteisen mallin yhtenäisyyden ja molekyylirakennesimulaation tarkkuuden.

2 72827

On myös hankalaa, että jotain erikoislaitetta, nimenomaan pihtejä, joudutaan käyttämään modulien liittämiseen. Lisäksi hoikkien kapeampi osa voi särkyä melko usein. Kaikki tämä rajoittaa edellä mainittua tyyppiä olevien modulien so-5 vellutukset vain suhteellisten pienien molekyylirakenteiden simulointiin.

Eräs aikaisemmista kolmiulotteisista molekyyliraken-nemalleista käsittää muovimoduleja, joista jokainen esittää yhtä simuloitavan molekyylirakenteen atomia. Modulit on 10 muotoiltu palloksi, puolipalloksi, ellipsoidiksi tai moni-tahokkaaksi, jolloin joitakin osia niiden pinnasta voidaan leikata pois. Modulit ovat onttoja ja niiden seinät on rei-itettyjä reikien sijaitessa toisensa leikkaavien tasojen keskustassa. Jokainen reikä on kartiomainen ja sen kartio-15 kulma on 4° reiän kapeamman osan ollessa elementin keskustaa vastapäätä ja ympäröity porrastetulla ulokkeella, joka rajaa sisääntulokohdan modulin sisäpuolelle.

Modulit on yhdistetty toisiinsa yhdyselementeillä, jotka on muotoiltu kahtena katkaistuna kartiona, jotka on 20 liitetty yhteen suuremmista pohjistaan. Näiden katkaistujen kartioiden ulkopinnat on varustettu syvennyksillä tai urilla, jotka tarttuvat modulien rei'issä oleviin porrastettuihin harjoihin tai ulokkeisiin, kun modulit liitetään yhteen (vrt. esimerkiksi US-patentti nro 3 170 246, Cl.35-18, 25 1965).

Tällaisten kolmiulotteisten mallien eräs epäkohta on niiden monimutkainen rakenne, joka selittyy yhdyselementtien monimutkaisesta muodosta ja moduleissa olevista rei'istä. Edellä mainittu modulien yhteenliittämistyyppi soveltuukin 30 vain pienikokoisille moduleille, jotka olisi tekniikan kannalta kätevämpi valmistaa kertavaluna. Lisäksi modulien liittäminen yhteen kolmiulotteiseksi malliksi on liian joustavaa, niin että suuria molekyylejä simuloitaessa on mahdotonta tehdä eroa niiden muutoksien, jotka ovat aiheutuneet 35 todellisesta yhdenmukaisesta siirtymisestä johtuvien, 3 72827 mallien aiheuttamien muutoksien ja rakenteen virheellisyyksien aiheuttamien muutoksien välillä.

Tähän mennessä tunnetut kolmiulotteiset molekyylira-kennemallit on koottu sijoittamalla yhdyselementit modulien 5 istukoihin tai reikiin käyttämällä apuna erikoislaitteita. Esimerkiksi käytetään sellaista työkalua, joka laajentaa modulissa olevat reiät ja joka on itse asiassa vino kaavin, jossa on kädensija ja kärki, joka - kun sitä pyöritetään reiässä - poistaa leikkuusärmillään tietyn materiaalikerrok-10 sen. Tällainen operaatio jättää kuitenkin reiän reunoihin purseita, jotka huonontavat sekä itse modulia että yhdysele-menttejä.

Lisäksi tunnetaan tietty laite modulien irrottamiseksi kolmiulotteisesta molekyylimallista mainitun laitteen ol-15 lessa lähinnä ohut metallilevy, jonka toisessa päässä on puolipyöreä syvennys. Modulien irrottamiseksi levyn syvennetty pää pannaan modulien väliin ja levy puristetaan kiinni kädensijan avulla.

Kuitenkin, kun työkaluun kohdistetaan puristus ja 20 työkalu toimii vipuna, syntyy epäsymmetrinen voimamomentti, joka vaikuttaa haitallisesti malliin kokonaisuutena. Lisäksi laitetta ei voida käyttää mallin kokoamiseen (vrt. esimerkiksi mainoslehtinen "Precision Molecular Models", The Bailing Corporation, South Natick, Massachusetts, 1980, 67-25 7120, s. 3, 17).

Keksinnön julkistaminen Tämän keksinnön päätavoitteena on saada aikaan kolmiulotteinen molekyylirakennemalli ja laite tällaisen mallin purkamista ja uudelleenkokoamista varten mainitun mallin ja 30 laitteen ollessa sellaista yksinkertaista rakennetta, joka pystyy luotettavasti simuloimaan sen atomien yhdenmukaista siirtymistä, nimenomaan simuloitaessa makromolekyylejä, joilla on muuttuvat atomien väliset etäisyydet.

4 72827

Edellä mainittuun tavoitteeseen päästään keksinnölle tunnusomaisesti siten, että jokainen yhdyselementti on itse asiassa lieriötanko, jonka koko pinta samoin kuin jokaisen modulin istukoiden vastaava pinta on varustettu hie-5 man kaarevilla ulokkeilla, jotka vuorottelevat samanmuotoisien syvennyksien kanssa, niin että saadaan aikaan harja- ja syvennysliitos, kun yhdyselementti pannaan istukkaan.

On tärkeää, että harjat ja syvennykset on järjestetty lieriötankoon niin, että niiden akseli on yhdensuuntai-10 nen lieriötangon akselin kanssa ja että jokaisen istukan si-sääntulokohta on kartiomainen.

Keksinnön tavoitteeseen päästään myös siten, että laitteena, joka on tarkoitettu kolmiulotteisen molekyyli-rakennemallin purkamista ja uudelleenkokoamista varten, on 15 nivelillä liitetyt kädensijat, joiden päissä on leuat, jotka tarttuvat moduliin asennettaessa sitä keksinnön mukaiseen kolmiulotteiseen molekyylirakennemalliin, jokaisen mainituista leuoista käsittäessä leveämmän osan modulin pitämiseksi paikallaan ja on taivutettu, kun taas sen sisäpin-20 nassa on kiilamaiset ulokkeet irrottamisen helpottamiseksi. Lyhyt selostus piirustuksista

Keksintöä kuvataan seuraavassa tiettyihin esimerkki-rakenteisiin liittävällä yksityiskohtaisella selostuksella viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 25 kuvio 1 on osakuva keksinnön mukaisesta puretusta, kolmiulotteisesta molekyylirakennemallista, kuvio 2a, b esittää kolmiulotteista modulia koottuna, kuvio 3 on osakuva makromolekyyliamallista, kuvio 4 on keksinnön mukaisen kolmiulotteisen mole-30 kyylimallin moduli, kuvio 5a, b, c esittää menetelmää, jolla tehdään keksinnön mukaisesti tietty kartio-osa modulin istukkaan, 5 72827 kuvio 6 on keksinnön mukainen laite kolmiulotteisen molekyylimallin purkamista ja uudelleenkokoamista varten, ja kuvio 7a, b esittää kuvion 6 laitetta toiminnassa.

5 Paras tapa keksinnön toteuttamista varten

Kolmiulotteinen molekyylirakennemalli käsittää toisiinsa yhdistetyt muovimodulit 1 (kuviot 1, 2, 3) jokaisen mainituista moduleista esittäessä simuloitavan molekyyli-rakenteen yhtä atomia. Modulit on muotoiltu puolipalloina 10 1' (kuvio 3), monitahokkaina 1" tai ellipsoideina; jokaisen modulin pinta voidaan osittain katkaista. Modulin säde vastaa van der Waals'in atomin sädettä, kun sen sijaan etäisyys modulin keskustasta sen katkaistuun pintaan vastaa kova-lenttista atomin sädettä.

15 Modulit 1, 1', 1" on yhdistetty toisiinsa yhdysele- menteillä, jotka ovat itse asiassa lieriötankoja 2, joiden koko pinta on varustettu hieman kaarevilla ulokkeilla 3, jotka ovat muodoltaan mieluimmin pyöristettyjä ja vuorotte-levat samanmuotoisten syvennyksien 4 kanssa. Tästä joh-20 tuen tangon pinta saa muodon, jota voidaan nimittää aaltomaiseksi .

Jokaisessa modulissa 1 on kiinnitysreiät, jotka on tehty istukoina 5, joiden pinnassa on ulokkeet 6 ja syvennykset 7, jotka ovat samat kuin yhdyselementtien pinnassa 25 olevat ulokkeet ja syvennykset.

Sekä ulokkeiden 3 että syvennyksien 4 akseli on tarkasti yhdensuuntainen tankojen 2 pitkittäisakselin kanssa.

Koottaessa kolmiulotteinen molekyylimalli modulit 1 liitetään yhteen tangoilla 2 tarvittavassa järjestyksessä.

30 Tätä varten tangot 2 on sijoitettu istukoihin 5 huomattavaa voimaa käyttäen. Tästä on seurauksena, että tankojen 2 ulokkeet 3 tarttuvat istukan 5 syvennyksiin ja istukan 5 ulokkeet 6 (kuvio 2a) tarttuvat tangon 2 syvennyksiin, jolloin muodostuu harja- ja syvennysliitos. Kokoonpanotoimenpide 35 on suoritettu loppuun kun kaikki ulokkeet 3, 6 ovat tarttuneet vastaaviin syvennyksiin 4, 7. Osa ulokkeista 6 ja 6 72827 syvennyksistä 7 jää kiinnittämättä erilaisten, atomien välisten etäisyyksien simuloimiseksi (kuvio 2b).

Näin ollen, kun malli on koottu valmiiksi, modulit 1' ja 1' (kuvio 3) menevät tiukasti toisiaan vasten, niin 5 ettei tankoja 2 näy, koska ne on sijoitettu modulien 1', 1' sisäpuolelle. Toisaalta, kun kyseessä on epätäydellinen (väli-) asennus, tangot 2 suuntautuvat osittain esiin, niin että modulit t", 1" ovat tietyllä etäisyydellä toisistaan, mikä käy hyvin selville kuviosta 3, jossa esitetään osa si-10 muloidusta makromolekyylistä 8.

Modulien 1 keskinäisen yhdistämisen helpottamiseksi osa 9 (kuvio 4) istukoiden 5 sisääntulokohdasta on kartio-mainen, istukan 5 saatua kartiomuodon tietyn erikoislaitteen käyttämisen avulla. Kuvio 5a, b esittää mainittua laitetta, 15 jossa on kädensija 11, varsi 12 ja kartiokärki 13.

Istukan 5 sisääntulokohdan laajentamiseksi kartiokärki 13 (kuvio 5b) työnnetään tietyllä voimalla istukkaan 5. Modulin materiaalin omaksumasta pysyvästä asennosta johtuen istukan 5 tulo-osa pitää kartiomuotonsa.

20 Kuviot 6 ja 7 esittävät laitetta kolmiulotteisen mo- lekyylimallin kokoonpanoa ja purkamista varten.

Laitteessa on kädensijat 14, jotka on nivelletty yhteen, mainittujen kädensijojen päiden käsittäessä taivutetut leuat 15, joissa kummassakin on leveämpi osa 16.

25 Leukojen 15 sisäpinnassa on kiilamaiset ulokkeet 17.

Modulien 1', 1 liittämiseksi yhteen (kuvio 7a) otetaan yksi moduli 1, jossa on istukassa 5 oleva tanko 2 ja toinen moduli 1'", jonka istukka 5 on vapaa. Sitten modulin 1"' tanko 2 ja modulit 1, 1'" pannaan leukojen 15 leveämpien 30 osien 16 väliin, minkä jälkeen leuat siirretään yhteen. Tunnusomainen naksahdus ilmoittaa, että modulit 1, 1on liitetty yhteen täydellisesti.

Modulien 1, 1(kuvio 7b) siirtämiseksi erilleen toisistaan ne pannaan niin, että kiilamaiset ulokkeet 17 35 menevät modulien 1, 1’" väliseen aukkoon. Kun kädensijat 14 on siirretty yhteen, modulit 1, 1" irtoavat toisistaan edel lä mainittuun aukkoon menevien ulokkeiden 17 toiminnan joh dosta .

7 72827 Tässä esitetyllä kolmiulotteisen molekyylirakenne-5 mallin yhdyselementtien konstruktiolla saadaan aikaan mallin eri modulien luotettava kytkeytyminen toisiinsa ja se tekee mahdolliseksi sellaisten riittävän suuret molekyylirakenteet omaavien mallien muodostamisen, joilla on muuttuvat atomien väliset etäisyydet. Lisäksi ehdotetusta laitteesta johtuen 10 malli voidaan koota tai purkaa nopeasti ja suurta ponnistusta käyttämättä.

Teollinen sovellettavuus

Keksintöä voidaan soveltaa sekä tutkimus- että opetuskäytännössä erilaisten aineiden ja niiden muunnoksien 15 molekyylirakenteen esittämiseksi kolmiulotteisesti. Keksintöä voidaan myös soveltaa tulkittaessa ja selvitettäessä kemiallisten yhdisteiden kristallografisistä tutkimuksista saatuja perustietoja samoin kuin niiden todennäköisimpien rakennetilojen ilmaisemiseen.

Claims (4)

1. Kolmiulotteinen molekyylirakennemalli, joka käsittää muovimoduleja (1), joista jokainen esittää simuloi- 5 tavan molekyylirakenteen yhtä atomia ja jotka on yhdistetty toisiinsa jokaisen modulin (1) istukoihin (5) sijoitetuilla yhdyselementeillä (2), mainittujen istukoiden ollessa muotoiltu niin, että ne soveltuvat yhdyselementin (2) muotoon, tunnettu siitä, että jokainen yhdyselementtu (2) on 10 itse asiassa lieriötanko, jonka koko pinta samoin kuin jokaisen modulin (1) istukoiden (5) vastaava pinta on varustettu hieman kaarevilla ulokkeilla (3, 6), jotka vuorottele-vat samanmuotoisien syvennyksien (4, 7) kanssa, niin että saadaan aikaan harja- ja syvennysliitos, kun yhdyselementti 15 (2) pannaan istukkaan (5).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kolmiulotteinen malli, tunnettu siitä, että ulokkeet (3) ja syvennykset (4) on järjestetty lieriötankoon (2), niin että niiden akseli on yhdensuuntainen lieriötangon (2) akselin kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kolmiulot teinen malli, tunnettu siitä, että jokaisen istukan (5) sisääntulokohdassa oleva osa (9) on tehty kartiomaisek-si.

4. Laite kolmiulotteisen molekyylirakennemallin pur-25 kamista ja uudelleenkokoamista varten käsittäen nivellii-toksilla varustetut kädensijat (14), joiden päihin on järjestetty leuat (15) moduliin (1) tarttumista varten asennettaessa sitä kolmiulotteiseen molekyylirakennemalliin, tunnettu siitä, että kummassakin leuassa (15) on 30 leveämpi taivutettu osa (16) modulin (1) pitämiseksi paikallaan, kun sen sijaan kummankin leuan sisäpinnassa on kiilamaiset ulokkeet (17) kätevämpää purkamista varten.