DNA
DNA je jednou z nukleových kyselin a nese v sobě genetickou informaci. Žáci si v této lekci vytisknou krátkou část modelu dvojité šroubovice DNA vyzkoušejí si výměnu filamentu na 3D tiskárně, a pokusí se poté poskládat část lidské DNA. Dozví se, co je to Fibonnaciho posloupnost a pokusí se její geometrický tvar najít v DNA a dalších místech v přírodě.

Co budete potřebovat?

Materiál

  • Filament PLA (5 barev)

Stroje

  • 3D tiskárna (v této lekci je postup demonstrován na tiskárně Prusa MK3s)

Pomůcky

Software

  • Slicer (v této lekci je použit PrusaSlicer)
  • Fusion 360 (na modelování pouze nukleotidů je možné využít
    i nástroj Tinkercad)

I. Uvedení do tématu

DNA Structure

Struktura dvojité šroubovice DNA. [Wikipedia]

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.
TIP!

Vyzvěte žáky, aby vysvětlili pojem genetika.

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

TIP!

Pokud již žáci pracovali ve fusionu 360 vyzvěte je ať se pokusí navrhnout vlastní RNA, popřípadě DNA. Návod na modelování RNA je zde.

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. 

Výše můžete vidět geometrický tvar Fibonacciho posloupnosti, který připomíná tvar ulity.. Geometrický tvar Fibonacciho posloupnosti můžeme nalézt v přírodě, ve vesmíru, v lidském těle, v DNA atd.

Na obrázku můžete vidět spirální galaxii Větrník. Můžete v ní snadno najít geometrický tvar Fibonacciho posloupnosti. [Wikipedia]

Okružák ploský. Na ulitě je také velice dobře vidět geometrický tvar fibonacciho posloupnosti. [Wikipedia]

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.

0 KOMENTÁŘŮ

0 komentáøù

Pøidat komentáø

Nejnovější lekce a projekty

Stojan na tužky

Stojan na tužky

Co budete potřebovat?Materiál Filament Nářadí a programy Fusion 360 PrusaSlicer Časová náročnost Modelování 30 minut Tisk cca 12 hodiny (dle struktury) Obtížnost 3D modelování 1 3D tisk 1 GalerieI. UvedeníAutor: Petr Melničk Ukázka možného modelování stojánku na...

3D modely molekul

3D modely molekul

Většinou, když mluvíme o chemických sloučeninách, tak uvažujeme pouze jaké jednotlivé atomy či skupiny jsou ve sloučenině obsaženy. Avšak neřešíme už, jak jsou atomy uspořádány. Přitom molekuly dodržují pravidelné geometrické tvary. Dokonce v některých případech, jako například u tuků, toto uspořádání může rozhodovat o následném chování molekuly. V této lekci si vyzkoušíte fyzicky sestavit modely molekul. Daný způsob cvičení vám pomůže pochopit látku týkající se stavby molekul a procvičit si prostorovou představivost.

Stojan na mobil

Stojan na mobil

Co budete potřebovat?Materiál Filament Nářadí a programy Fusion 360 PrusaSlicer Časová náročnost Modelování 30 minut Tisk cca 4 hodiny Obtížnost 3D modelování 1 3D tisk 1 GalerieI. UvedeníAutor: Petr Melničk Stojan na mobil s otvory pro nabíječku. Tento stojan slouží...

Vykrajovátko

Vykrajovátko

Co budete potřebovat?Materiál Filament Nářadí a programy Fusion 360 PrusaSlicer Časová náročnost Modelování 15 minut Tisk dle velikosti cca 2 hodiny Obtížnost 3D modelování 1 3D tisk 1 GalerieI. UvedeníAutor: Petr Melničuk Vlastní vykrajovátko na perníčky nebo...