I. Uvedení do tématu

DNA (deoxyribonukleová kyselina) je jednou z nukleových kyselin a nese v sobě genetickou informaci většiny organismů. Výjimku tvoří některé nebuněčné organismy. Zde roli nahrazuje RNA, která také patří mezi nukleové kyseliny.  Genetická informace vzniká pořadím jednotlivých nukleotidu (Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin). Mezi nejobvyklejší vazby patří  Cytosin – Guanin a Thymin – Adenin. DNA je také nositelkou dědičnosti a nachází se v jádře buňky v chromozomech. Proto je DNA velice důležitá pro správné fungování života.

Procvičovaná látka

• 3D tisk DNA,
• 3D modelování nukleotidů,
• 3D tisk nukleotidu,
• Fibonacciho posloupnost,
• prostorová představivost,
• hledání Fibonnaciho posloupnosti v přírodě,
• poskládání DNA.

Postup lekce

1. Žáci si mohou zkusit navrhnout DNA nebo RNA šroubovici.
2. Následně namodelují nukleotidy.
3. Žáci vytisknou modely DNA.
4. Vytisknou si nukleotidové válečky s pomocí výměny filamentu.
5. Žáci se pokusí najít Fibonnaciho posloupnost v DNA a přírodě.
6. Následně se pomocí připravené tabulky pokusí poskládat tuto část DNA.

II. 3D modelování

Vysvětlete žákům průběh lekce a to, jaký je účel cvičení. Pokud si žáci nemodelovaly vlastní DNA nebo RNA tak již připravený STL soubor můžete stáhnout zde.

• K modelování válců, které poté zastoupí jednotlivé dvojice nukleotidu využijeme fusion 360, ovšem není žádný problém vytvořit stejný válec v Tinkercadu. Nyní vyzvěte žáky, aby si vymodelovaly jeden válec o průměru 19 mm a délce 98 mm. Na to využijeme funkci „CYLINDER“ uvnitř menu „Construct“ ve Fusionu 360. Vybereme rovinu, zadáme parametry a dokončíme válec.

• Nyní si můžeme neznačit pomocí textu jednotlivé Nukleotidy. K tomu využijeme možnost vytvoření roviny na válci. V Záložce „Construct“ zvolíme funkci „Tangent Plane“, vybereme válec a potvrdíme vytvoření roviny. 

• Nyní si pomocí „Create Sketch“ vytvoříme nákres na nově vytvořené rovině. V menu „Create“ vybereme možnost Text a napíšeme příslušnou část.

• V levém spodním rohu textu se nám po dokončení psaní vytvoří bílé kolečko, za který můžeme text posunout do místa, kde nám vyhovuje a zvolíme „Finish Sketch“, nákres by měl vypadat nějak takto:

• Nyní zvolíme Funkci „Extrude“ a zvolíme oba nápisy kliknutím na ně. Zadáme zapuštění do válečku. Doporučuji 3 mm.

• Výsledek by měl vypadat nějak takto:

Nyní můžeme vyexportovat náš první válec do souboru stl. A vytvořit stejným způsobem druhý váleček pro druhou kombinaci.

III. 3D tisk

Před vlastním 3D tiskem je nutné modely vyslicovat. Použitý software se ve většině případů liší v závislosti na modelu tiskárny. Jelikož se jedná o model, který nebude mechanicky ani teplotně namáhaný, je dobrou volbou materiál PLA. Kvalita tisku bude postačovat standardní. Jako první připravíme a vytiskneme šroubovici. Pro tisk šroubovice jsou doporučena následující nastavení:

• Výška vrstvy: 0,15 mm
• Podpěry: Žádné
• Výplň: 10 %
• Perimetry: 3
• Počet plných vrchních a spodních vrstvev: 3

Dejte si pozor na to, abyste omylem nezměnili rozměry modelu. Nastavení samozřejmě uzpůsobte svému modelu a tiskárně. Pro úsporu tiskového času můžete na tiskovou podložku umístit více modelů naráz.

Po provedení nastavení a uložení G-code jej pošleme k tisku. Na obrázcích níže můžeme vidět dokončený tisk po lehkem zabroušení nedokonalostí.

Nyní je nutné vytisknout válečky. Vložíme je do sliceru a postavíme je podle obrázku níže. A nastavení necháme stejné pouze doporučuji navíc zapnout límec. Nyní ve sliceru přepneme na náhled a nastavíme výměnu filamentu uprostřed válečku tedy ve vrstvě 245 (49 mm). Výsledek ve sliceru můžete vidět níže. Válečky jsou vhodné na spotřebování zbytků materiálu. A vytiskneme. Možné je tisknout jich více naráz.

IV. Fibonacciho posloupnost

Fibonacciho posloupnost je označení nekonečné posloupnosti přirozených čísel (0, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, …). Číslo je vždy součtem dvou předchozích ( 21 + 34 = 55 ). Tato posloupnost inspirovala mnoho umělců, návrhářů a vědců po staletí. 

V. Závěr

Nyní se žáci pokusí najít část řetězce lidské DNA. A podle řetězce a dříve zmíněných vazeb se pokusí tento kousek DNA poskládat. Níže je uveden přibližný počátek skládání.

Následné využítí této dvojšroubovice může být velice dobrý držáček tužek, pastelek, fixí, propisek atd.