Name: La impresión 3D de Modelos de Investigación Biomolecular y Pedagogía (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 17 s
Description: Aprende a crear e imprimir modelos biomoleculares en 3D usando impresoras de escritorio accesibles. Este protocolo utiliza UCSF Chimera y Autodesk NetFabb para diseñar estructuras precisas que mejoran la enseñanza de la biología molecular.

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Los autores están agradecidos por el apoyo de Deis3D, el Club de Impresión 3D de Brandeis y los miembros de la Biblioteca Brandeis/LTS/Makerlab. Este trabajo fue financiado en parte por una subvención otorgada a Pomeranz Krummel por la NSF, Premio No. 1157892; una beca ESIT del BMBF, concedida a la Universidad de Tübingen; y fondos federales de los Estados Unidos de los Institutos Nacionales de Salud, Departamento de Salud y Servicios Humanos, en virtud del Contrato No. GS35F0373X. Los gráficos y análisis moleculares se realizaron con el paquete Chimera de la UCSF. Chimera fue desarrollado por el Resource for Biocomputing, Visualization, and Informatics de la Universidad de California, San Francisco (con el apoyo de NIGMS P41-GM103311).

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<li>Roberts, J., Hagedorn, E., Dillenburg, P., Patrick, M., Herman, T. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bmb.2005.494033022426/full">Physical models enhance molecular 3D literacy in an introductory biochemistry course, Biochem.</a> Biochemistry and Molecular Biology Education. 33 (2), 105-110 (2005).</li>
<li>Jittivadhna, K., Ruenwongsa, P., Panijpan, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beyond+textbook+illustrations%3A+Hand-held+models+of+ordered+DNA+and+protein+structures+as+3D+supplements+to+enhance+student+learning+of+helical+biopolymers%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemistry+and+Molecular+Biology+Education%22%5BJournal%5D)">Beyond textbook illustrations: Hand-held models of ordered DNA and protein structures as 3D supplements to enhance student learning of helical biopolymers.</a> Biochemistry and Molecular Biology Education. 38 (6), 359-364 (2010).</li>
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<li>Chen, T., Lee, S., Flood, A., Miljanić, O. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/CE/c4ce00371c#!divAbstract">How to print a crystal structure model in 3D.</a> Cryst. Eng. Comm. 16 (25), 5488-5493 (2014).</li>
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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Los modelos físicos en 3D de biomoléculas proporcionan un poderoso complemento a los métodos de visualización basados en computadora más comunes. Las propiedades adicionales de una representación física en 3D contribuyen a la comprensión intuitiva de la estructura biomolecular. La construcción de modelos físicos 3D de biomoléculas puede facilitar su estudio mediante el uso de un medio que aprovecha modos bien desarrollados de sensación humana. Los modelos 3D sirven no solo como ayuda para el investigador, sino que pueden usarse para facilitar actividades pedagógicas y pueden aumentar el logro de resultados de aprendizaje 13,14,15. Se pueden agregar imanes a los modelos de plástico para permitir el montaje y desmontaje, como se muestra con un modelo de polipéptidos16. Además, los objetos impresos en 3D se pueden utilizar en investigación, tanto en la fabricación de equipos de laboratorio17, como para fabricar dispositivos microfluídicos para células18 y modelos de cristales19 o neuronas20. La manipulación de modelos físicos puede servir para promover discusiones colaborativas que pueden inspirar nuevos conocimientos.
Los desarrollos recientes en tecnologías de impresión 3D y las reducciones en el costo de las impresoras permiten la creación de modelos 3D físicos complejos de biomoléculas por parte de un usuario individual. Aunque la tecnología de impresión FFF es más común y menos costosa que otros métodos, presenta una serie de limitaciones. El proceso de impresión 3D lleva mucho tiempo y se producen fallas mecánicas. Las impresoras FFF generalmente solo pueden imprimir un material por pieza, lo que restringe la visualización de información de color. La resolución de los modelos fabricados en impresoras FFF es baja, alrededor de 100 μm por capa. Aconsejamos al lector que trabaje con estas limitaciones y desarrolle un enfoque para su impresora y biomolécula(s) de interés. Hemos presentado los procesos necesarios para que un usuario desarrolle una representación 3D personalizada de su biomolécula de interés que sea precisa, informativa e imprimible. Al igual que con cualquier nueva tecnología, a menudo hay "dolores de crecimiento" que deben superarse durante su uso. Proporcionamos varios ejemplos en los que se pueden encontrar problemas en el proceso de impresión 3D de biomoléculas (ver suplemento 6).
Finalmente, a través de este artículo, nuestro objetivo es contribuir al crecimiento de una comunidad de usuarios dedicados a la impresión 3D de biomoléculas. Es importante destacar que los NIH han establecido una base de datos para que el público comparta modelos 3D y los métodos utilizados para imprimirlos10. Recomendamos encarecidamente la participación en este recurso único (consulte el suplemento 7 para obtener instrucciones sobre cómo cargar una impresión de modelo 3D e información de antecedentes en el Intercambio de impresiones 3D de los NIH).

Una comprensión completa de la función y la actividad de una biomolécula requiere la determinación de su estructura tridimensional (3D). Esto se logra de forma rutinaria utilizando cristalografía de rayos X, RMN, o microscopía electrónica. Estructuras 3D se pueden entender a través de la percepción de los modelos u objetos precisos se asemejan a las estructuras que representan 1. Históricamente, la construcción de modelos físicos 3D era necesario que el investigador para validar, explorar, y se comunican las hipótesis resultantes con respecto a la función de las biomoléculas. Estos modelos, como el ADN de doble hélice de Watson-Crick y hélice alfa de Pauling, a condición de visión única de las relaciones estructura-función y fueron fundamentales para nuestra comprensión temprana de ácido nucleico y proteínas de estructura-función 2, 3, 4. Aunque los modelos de ácidos nucleicos de proteínas complejas y pueden ser creados, lael tiempo y el costo de la construcción de un modelo físico fue finalmente superado por la relativa facilidad de visualización molecular asistido por ordenador. El desarrollo de la impresión en 3D, también conocido como aditivo de fabricación, de nuevo ha permitido la construcción de modelos físicos de biomoléculas 5. la impresión en 3D es el proceso de fabricación de un objeto físico, 3D a partir de un archivo digital a través de la adición secuencial de capas de un material (s). Una variedad de mecanismos se utilizan en este proceso. Hasta hace poco, las máquinas utilizadas para producir modelos físicos de biomoléculas eran demasiado caros para ser utilizado. Sin embargo, en la última década, la tecnología de impresión 3D, la fabricación de filamentos fusionados (FFF), en particular, ha avanzado de manera significativa, por lo que es accesible para uso de los consumidores 6. FFF impresoras ahora están comúnmente disponibles en las escuelas secundarias, bibliotecas, universidades y laboratorios. La mayor asequibilidad y accesibilidad de la tecnología de impresión 3Dha hecho posible convertir los modelos 3D biomoleculares digitales en modelos precisos, físicos 3D biomoleculares 7, 8, 9. Tales modelos incluyen no sólo representaciones simples de biomoléculas individuales, sino también a conjuntos macromoleculares complejas, tales como las estructuras de la cápside de ribosomas y de virus. Sin embargo, el proceso de impresión de biomoléculas individuales y conjuntos macromoleculares plantea varios problemas, en particular cuando se utilizan métodos de extrusión de termoplásticos. En particular, las representaciones de las biomoléculas a menudo tienen geometrías complejas que son difíciles para impresoras para producir y crear y procesar los modelos digitales que se imprimirán con éxito requiere habilidad con el modelado molecular, modelado en 3D y software de la impresora 3D. El flujo de trabajo 3D para imprimir una biomolécula en términos generales se produce en cuatro etapas: (1) la preparación de un modelo biomolecular de su archivo de coordenadas para la impresión en 3D;(2) importar el modelo biomolecular en un software &quot;de corte&quot; para segmentar el modelo de la impresora y para generar una estructura de apoyo que va a sostener físicamente el modelo biomolecular; (3) seleccionar el filamento o la impresión correcta del modelo 3D; y (4) etapas de procesamiento post-producción, incluyendo la eliminación de material de apoyo del modelo (Figuras 1 y 2). El primer paso en este proceso, la manipulación de computacionalmente el archivo de coordenadas de la biomolécula, es crítica. En esta etapa, el usuario puede construir refuerzos modelo en forma de puntales, así como eliminar las estructuras que son extraños a lo que el usuario elige visualizar. Además, la elección de la representación se realiza en esta etapa: si se muestra la totalidad o parte de la biomolécula como una representación de la superficie, cintas, y / o átomos individuales. Una vez que las adiciones y / o restas de contenido se hacen necesarias y se selecciona la representación, la estructura se guarda como un mo 3Ddel archivo. A continuación, el archivo se abre en un segundo programa de software para convertir el modelo en un archivo de impresión 3D que se puede imprimir, capa por capa, en una réplica de plástico de la biomolécula. El objetivo de nuestro protocolo es hacer que la fabricación de modelos moleculares accesible para el gran número de usuarios que tienen acceso a las impresoras de la FFF, pero no más caros tecnologías de impresión 3D. A continuación, ofrecemos una guía para la impresión en 3D de biomoléculas a partir de datos moleculares en 3D, con métodos que han sido optimizados para la impresión FFF. Detallamos cómo aprovechar al máximo la capacidad de impresión de las estructuras biomoleculares complejas y garantizar la sencilla post-procesamiento de modelos físicos. Las propiedades de los diversos materiales de impresión más comunes o filamentos se comparan, y las recomendaciones sobre su uso para crear impresiones se proporcionan flexibles. Finalmente, un escaparate de una serie de ejemplos de modelos impresos biomoleculares-3D que muestran el uso de diferentes representaciones moleculares.

<table><tbody><tr><td><filamento fuerte></fuerte></td>filamento de impresión 3D (rollo de <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1,0 kg)</td><td>Impresión 3D cuántica</td><td>http://quantum3dprinting.com/</td> <td>Filamento PLA de muy buena calidad, muy recomendable Filamento</td></tr><tr><td>de impresión 3D flexible NinjaFlex</td><td>Ninjatek</td><td>https://ninjatek.com/</td> Filamentos PLA de <td>filamento flexible de alta calidad</td></tr><tr><td>PrimaValue & PrimaSelect</td><td>3DPrima</td><td>http://3dprima.com/</td> <td>Proveedor europeo de alta calidad de filamentos</td></tr><tr><td>Printers</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Prusa I3 MK2 Impresora 3D</td><td>Prusa Research</td><td>http://www.prusa3d.com/</td> <td>Una popular impresora 3D</td></tr><tr><td>MakerGear M2 Revision E (M2e)</td><td>MakerGear</td><td>http://www.makergear.com/</td> <td>Impresora de código cerrado y muy alta calidad</td></tr><tr><td>Ultimaker 2</td><td>Ultimaker</td><td>https://ultimaker.com/</td> <td>Impresora muy fiable y fácil de usar, la calificación más alta en 3Dhubs.com</td></tr><tr><td>Flashforge Creator Pro</td><td>Flashforge</td><td>http://www.flashforge-usa.com</td><td>Impresora de doble extrusión confiable, calificación más alta en 3Dhubs.com</td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Simplify3D Slicer</td><td>Simplify3D</td><td>https://www.simplify3d.com/</td> <td>Excelente software de corte</td></tr><tr><td>Netfabb</td><td>Autodesk</td><td>http://www.autodesk.com/education/free-software/netfabb</td><td>Software de reparación Mesh, disponible de forma gratuita con fines educativos</td></tr><tr><td>Chimera</td><td>University of California, San Francisco</td><td>https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/</td> <td>Chimera vizualizador molecular</td></tr><tr><td>Meshmixer</td><td>Autodesk</td><td>http://www.meshmixer.com/</td> <td>Se utiliza para orientar modelos, pero tiene otras características</td></tr></tbody></table>

la impresión 3d de modelos de investigación biomolecular y pedagogía

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

La construcción de modelos físicos tridimensionales (3D) de biomoléculas puede contribuir de manera única al estudio de la función de la estructura relationship. 3D las estructuras se perciben con mayor frecuencia utilizando el medio bidimensional y exclusivamente visual de la pantalla de la computadora. La conversión de datos moleculares digitales en 3D en objetos reales permite percibir la información a través de una gama ampliada de sentidos humanos, incluida la visión estereoscópica directa, el tacto y la interacción. Estos modelos tangibles facilitan nuevos conocimientos, permiten la comprobación de hipótesis y sirven como anclajes psicológicos o sensoriales para la información conceptual sobre las funciones de las biomoléculas. Los avances recientes en la tecnología de impresión 3D de consumo permiten, por primera vez, la fabricación rentable de modelos de biomoléculas de alta calidad y científicamente precisos en una variedad de representaciones moleculares. Sin embargo, la optimización del modelo virtual y sus parámetros de impresión es difícil y requiere mucho tiempo sin una guía detallada. Aquí, proporcionamos una guía sobre el diseño digital y la fabricación física de modelos de biomoléculas para la investigación y la pedagogía utilizando software de código abierto o de bajo costo e impresoras 3D de bajo costo que utilizan tecnología de fabricación de filamentos fundidos.

Modelos imprimibles 3D estables e informativas de las biomoléculas se pueden preparar por: (i) bonos espesantes para proporcionar estabilidad, (ii) seleccionando cuidadosamente el tipo de representación de estructura secundaria o estilo que proporcionaría el mayor penetración y la estabilidad, (iii) impresión de la biomolécula en más de una representación molecular, (iv) el uso de un filamento que hará que la totalidad o parte de una biomolécula flexibles, o (v) generar un conjunto complejo que es modular (es decir, en piezas que se pueden conectar). Para ilustrar cómo imprimir dichos modelos informativos y estables, nos hemos centrado en los componentes de la cromatina y en la producción de un modelo hipotético de la cromatina. La cromatina es un conjunto de proteínas de ADN de alta complejidad. La subunidad de la proteína fundamental de la cromatina es la proteína histona. Hay cuatro proteínas histonas, cada uno compuesto de una hélice-loop-hélice (un &quot;histona veces&quot;) seguido de una hélice alfa extendida y una segunda &quot;pliegue de la histona.&quot; Estructura de la proteína histona se puede producir fácilmente mediante el uso de una representación &quot;cinta&quot; (Figura 3A). Alternativamente, la estructura de las proteínas histonas se puede visualizar utilizando sólo su superficie (Figura 3B). Hay dos copias de cada una de las cuatro proteínas histonas, que se ensamblan para formar un octámero de histona globular. El octámero de histona es demasiado grande para imprimir en su totalidad como una representación de la cinta o palo, debido a la mayor escala en la que estas características deben ser impresos. Por lo tanto, un conjunto de proteínas tan grande se visualiza mejor usando representación de la superficie (Figura 3C). ADN trazar un camino alrededor del octámero de histonas para formar una partícula de núcleo nucleosoma 10 nm de diámetro. El camino de la DNA mejor se puede mostrar mediante la impresión de dos modelos separados y el uso de un filamento flexible para el ADN (Figura 3D). partículas del núcleo de nucleosomas se apilanuna sobre la otra para formar un conjunto de orden superior, una &quot;fibra&quot;, 30 nm de diámetro una estructura suprahelical zurdo. Para ilustrar mejor cómo las partículas de núcleo de 10 nm de nucleosomas pueden apilar para formar un conjunto de la cromatina de 30 nm, de impresión individuales partículas &quot;di-nucleosomas&quot; (Figura 3E) y luego apilarlos después de la impresión (Figura 3F). Una vez que domina la superficie de extrusión y la cinta de flujo de trabajo solo se ha descrito anteriormente, haciendo explorar una gama de modelos atómicos, moleculares y compuestos, como se ilustra en la Figura 4. Por ejemplo, se combinan las representaciones de la superficie y la cinta para establecer aparte diferentes partes de un complejo (véase la ADN polimerasa, la Figura 4B). Hacer modelos más instructivos y atractivos mediante el uso de una impresora de extrusión dual que puede fundir dos filamentos de forma simultánea en un único objeto 3D (véase la figura 4C). Alternativamente, las piezas de pintura de los modelos (ver guanINE y la hélice alfa, Figura 4A). Imprimir y armar las subunidades de un complejo de proteínas, al igual que el canal de sodio, o llevarlo aún más lejos mediante la impresión de distintas partes de un complejo y montaje de ellos más tarde en un modelo más grande de varios colores (ver los complejos de VIH-anticuerpo y ribosomal, la figura 4C). Tales modelos compuestos son más capaces de mostrar las características funcionales en comparación con las impresiones de un solo filamento. Los diferentes colores se destacan, por ejemplo, glicosilación en comparación con la proteína (modelo VIH) o ARN en comparación con la proteína (véase el modelo ribosoma, la figura 4C). También permiten la creación de rompecabezas en 3D educativos, como el anticuerpo de unión a la superficie del VIH (ver gp120 unido por el anticuerpo, la Figura 4C), donde sólo una configuración 3D da un ajuste apretado de las dos partes. Las instrucciones sobre la impresión de estos modelos se pueden encontrar en el suplemento 5. Además, hemos proporcionado un video complementario que ilustra la construcción de un modelo 3D de THe Fo / F1 de protones ATP sintasa que fue impreso en piezas y montado de tal manera para que se pueda repetir el mecanismo rotatorio que se produce durante este enzimas de mecanismo catalítico. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55427/55427fig1.jpg" /> Figura 1. Flujo de trabajo para preparar e imprimir un modelo 3D. Se ilustran las etapas en la producción de una impresión física 3D biomolecular: (i) preparar el modelo, incluyendo la selección de la representación; (Ii) abrir un archivo .stl guardada del modelo y procesar el archivo mediante el software de corte; (Iii) la impresión del modelo y la elección del material o filamento; y finalmente, (iv) realizar las etapas de post-producción.<a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55427/55427fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55427/55427fig2.jpg" /> Figura 2. visuales de diferentes representaciones de modelos en diversas etapas de la preparación. Fila superior: representaciones comunes de los dos modelos (ubiquitina (PDB 1UBQ) y arginina) visualizado utilizando el programa de la quimera. Fila central: La trayectoria de impresión generada a partir de los modelos STL Chimera, coloreado por el tipo de entidad de la ubiquitina y la arginina (naranja: Modelo de relleno; azul oscuro: carcasa exterior; azul claro: la cáscara interior). Fila inferior: Impresiones Finales de la ubiquitina y arginina. Los modelos de superficie y dos cinta de ubiquitina imprimen al 300% de la salida STL Quimera por defecto (por defecto es la quimera 1 nm en el modelo y 1 cm de impresión), mientras que el modelo arginina wTal como aparece en 1,000%. Los modelos de cinta por defecto o de palo Chimera son demasiado delgadas para poder imprimir correctamente, pero las versiones espesadas se imprimirán de forma fiable. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55427/55427fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/55427/55427fig3.jpg" /> Figura 3. Estudio de caso Nucleosoma. (A) proteína histona H3 solo dictada por el engrosamiento &quot;cintas&quot;, impreso en un 300%. (B) la proteína histona H3 representación &quot;superficie&quot;, impreso en un 200%. (C) proteína histona octámero impreso en 100%. Octámero (D) proteína histona (de color naranja) en el complejo con el ADN flexible (blanco) impreso en 100%. Modelo de superficie (E) Dinucleosome impreso con un radio predeterminado de la sonda y se imprime en escala de 100%. (F) A mOdel de la cromatina &quot;de fibra de 30 nm&quot; creado apilando manualmente los modelos impresos de forma individual de la dinucleosome &quot;de 10 nm&quot;, donde la superficie se hizo con un radio de la sonda de 3 Å, impresa en el 50% y el 25% tamaños, y se mantiene junto con plastilina. grabados 3D se generan a partir de un modelo de la dinucleosome (PDB 1ZBB). Todos los modelos están disponibles gratuitamente para su descarga en la impresión 3D Cambio NIH 11. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55427/55427fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55427/55427fig4.jpg" /> Figura 4. Ejemplos de modelos impresos en 3D producidas utilizando impresoras de filamento. (A) Izquierda, un modelo de bola y palo de moléculas de agua en los cristales de hielo hexagonales (impresión de doble filamento). Oriente, el modelo de un nucleótido (guanina). Derecha, una proteína alfa h<html> Elix-espina dorsal único modelo que muestra los enlaces de hidrógeno (negro). Guanina y la hélice alfa fueron coloreadas manualmente con sharpies. (B) izquierdo, canal de sodio, compuesto de 4 subunidades que se pueden unir (PDB 3E89). Media, Plasmodium falciparum L-lactato deshidrogenasa (AP 1T2D) imprime como cintas. Derecha, modelo del sitio activo de la polimerasa de ADN (PDB 1KLN), que muestra de ADN como de la superficie y la proteína como cintas. (C) Izquierda, envoltura lipídica con VIH glicoproteína (AP 5FUU) unen los anticuerpos (AP) 1IGT, impresas en un 15%. Medio, detalle de la superficie del antígeno glicoproteína a 150%, con la región variable del anticuerpo se muestra como cintas (PDB 5FYJ). Derecha, modelos del ribosoma bacteriano 70S (AP 4V5D) en 40% y 20%. Los porcentajes se refieren a la salida estándar Quimera, donde el 100% significa que 1 nm en los grabados de moléculas como 1 mm. Todos los modelos están disponibles gratuitamente para su descarga en la impresión 3D Cambio NIH 11.OAD / 55427 / 55427fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Los modelos físicos de biomoléculas pueden facilitar la comprensión de su estructura-función para el investigador, ayudar en la comunicación entre investigadores y servir como herramienta educativa en los esfuerzos pedagógicos. Aquí, proporcionamos una guía detallada para la impresión 3D de modelos precisos de biomoléculas utilizando impresoras 3D de escritorio de fabricación de filamentos fundidos.

La impresión 3D de Modelos de Investigación Biomolecular y Pedagogía

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

El objetivo de este protocolo es crear e imprimir en 3D modelos biomoleculares estructuralmente precisos utilizando una impresora 3D de escritorio asequible. Este método se utiliza para diseñar modelos impresos en 3D de biomoléculas, partiendo de los datos estructurales y fabricarlos usando impresoras 3D de bajo costo. La impresión 3D de los modelos físicos facilita la interacción y la discusión sobre la estructura y función molecular.La interacción con los modelos proporciona una percepción intuitiva que supera ampliamente lo posible utilizando una computadora. Para comenzar, primero obtenga el archivo de estructura PDB de la molécula de interés ingresando el código PDB en UCSF Chimera. A continuación, aumente el diámetro de la cinta para que pueda imprimirse con éxito.Utilice el menú del editor de estilo de cinta en Herramientas y Representación. En la pestaña Escalado, cambie la altura de cada elemento a al menos 0.7, según el tipo de estructura. Para obtener un modelo más resistente, muestre los enlaces de hidrógeno.Luego cambie el estilo de enlace pseudos a tipo palo y modifique el radio a 0,6. Ahora, exporte la representación mostrada como un archivo 3D. Seleccione STL como tipo de archivo y guarde el modelo.Se requiere un procesamiento adicional antes de la impresión. Es necesario realizar una reparación debido al solapamiento de objetos, lo cual es muy común en modelos complejos. Para corregir esto, abra Autodesk NetFabb e importe el archivo STL que se exportó desde Chimera.En NetFabb, abra el menú Extras y seleccione Reparación automática de piezas, luego seleccione Reparación extendida y espere mientras se procesa el archivo. Para modelos pequeños, esto tomará segundos, pero para modelos grandes puede tardar minutos. Una vez que el modelo haya sido procesado, guarde el resultado.Haga clic con el botón derecho en el modelo y seleccione Exportar pieza y como STL, o utilice Proyecto y Exportar proyecto como STL. El programa añade "reparado" al nombre del archivo para distinguirlo del archivo original. El modelo STL puede orientarse automáticamente utilizando Autodesk Meshmixer, o manualmente en 3D simplificado.La orientación óptima permitirá un menor uso de material y reducirá las probabilidades de fallo durante la impresión. Para la orientación automática, abra Meshmixer e importe el archivo STL reparado. Luego, seleccione Análisis y Orientación.Ajuste el valor de Peso de Resistencia a 100. Ajuste el valor de Peso de Volumen de Soporte a cero. Ajuste el Peso de Área de Soporte a cero y luego haga clic en Actualizar.A continuación, se rota el modelo para minimizar la cantidad de salientes. Para aceptar la orientación resultante, abra el menú desplegable y exporte el resultado como un archivo STL binario. Abra el software de corte y seleccione el archivo STL.Haga doble clic en el modelo e ingrese el factor de escala. El valor predeterminado es 10 millones, lo que significa que un centímetro en el modelo impreso equivale a un nanómetro en la molécula. A continuación, escale las representaciones de cintas y de varillas a al menos un 300 % para que sean lo suficientemente grandes para imprimirse.Las superficies pueden escalarse según se desee. Ajuste la orientación del modelo si lo desea y luego genere las estructuras de soporte para el modelo. Haga clic en el icono de Soporte y seleccione soportes normales.Especifique un ángulo máximo de saliente de 50 grados y una resolución de pilares adecuada al tamaño de las características de su modelo, como tres milímetros en este ejemplo. Luego haga clic en Generar Soportes Automáticos. Estas estructuras mantendrán separadas y en su lugar las partes salientes del modelo durante la impresión.A continuación, edite los soportes generados automáticamente para agregar los soportes faltantes y eliminar los innecesarios. Primero, utilice la herramienta Agregar soportes para asegurarse de que todas las características sobresalientes estén bien sostenidas y de que ninguna estructura quede suspendida en el aire. Segundo, utilice la herramienta Eliminar soportes para suprimir los soportes y las cavidades internas, como el interior de las hélices alfa o los bolsillos de unión.Ahora, agregue un proceso de impresión para preparar el código G del modelo para una impresora y un material de impresión específicos. Edite la configuración del proceso de impresión de la siguiente manera. Seleccione el tipo de filamento con el que realizará la impresión.Se recomienda PLA. A continuación, agregue una falda para asegurar un buen flujo inicial del material. Luego, agregue una balsa para fijar el modelo y los soportes.Utilice un relleno del 50 % para los modelos de cinta y del 20 % para los modelos de superficie. Existen numerosos parámetros adicionales que pueden ajustarse para lograr una impresión exitosa. Consulte la documentación del programa en el sitio web para obtener más detalles.A continuación, haga clic en Preparar para imprimir y seleccione el proceso adecuado. Esto dividirá el modelo en capas y construirá una trayectoria que seguirá la boquilla de la impresora. Los problemas con el modelo que podrían provocar un fallo en la impresión a menudo pueden detectarse en la impresión de la trayectoria.Es importante inspeccionar siempre la trayectoria generada y, si es necesario, volver a elaborar el modelo. Finalmente, revise la trayectoria del código G en busca de errores. Busque la ausencia de soportes bajo voladizos, estructuras aisladas altas que podrían volcarse, cavidades no deseadas o áreas demasiado delgadas para imprimir.Si la trayectoria de impresión parece satisfactoria, guárdela como un archivo G-code. De lo contrario, edite el modelo, la orientación o los ajustes del proceso y vuelva a intentarlo. Para comenzar, prepare la impresora cargando el filamento y asegurándose de que la cama esté nivelada.A continuación, ejecute el G-Code en la impresora, ya sea transmitiéndolo desde una computadora o desde una tarjeta SD conectada a la impresora. Observe la impresión hasta que se complete con éxito la primera capa, y detenga el proceso si hay algún error. Las impresoras 3D de escritorio son propensas a fallas, lo cual puede ser desalentador para los usuarios novatos.Hemos enumerado los problemas y soluciones comunes en el apéndice, y animamos al lector a utilizar recursos en línea para solucionar problemas con su impresora. Cuando la impresión haya terminado, deje que el modelo se enfríe a temperatura ambiente y luego despréndalo de la placa de impresión tirando suavemente hacia un lado. Si la balsa se adhiere firmemente a la placa de impresión, retírela cuidadosamente utilizando un borde afilado.A continuación, retire las estructuras de soporte del modelo utilizando alicates estándar. Muchas pueden eliminarse con alicates comunes, y aquellas de difícil acceso o conectadas a estructuras delicadas pueden retirarse usando alicates de corte. Un modelo de cinta de la ubiquitina revela la estructura de las hélices alfa y las láminas beta, así como la ubicación de los enlaces de hidrógeno.Por comparación, también se podría elaborar un modelo de superficie de la ubiquitina. Un modelo de una hélice alfa con representación atómica muestra cómo los residuos de aminoácidos se conectan mediante enlaces de hidrógeno para formar una estructura secundaria helicoidal. Se puede elaborar un modelo de la proteína histona H3 en representaciones de cinta y de superficie.Estos modelos revelan cómo múltiples histonas pueden interactuar entre sí para formar complejos más grandes. Un octámero de proteínas histonas forma el núcleo de un nucleosoma, mostrando la estructura cuaternaria de las subunidades de histonas. El ADN que se enrolla alrededor del octámero de histonas, formando la partícula central del nucleosoma, está impreso con un filamento flexible, lo que permite que sea retirado, torcido y enrollado.Por último, un modelo físico de dinucleosoma muestra cómo las partículas del núcleo nucleosómico se organizan como cuentas en un hilo. Múltiples dinucleosomas pueden apilarse para revelar la estructura helicoidal de la fibra de cromatina. Los modelos físicos de biomoléculas presentan ventajas frente a los modelos digitales.Se pueden manipular, señalar o intercambiar entre investigadores y estudiantes. Estas acciones pueden mejorar la comunicación de ideas o ayudar a destacar características de la molécula. Debido a que los modelos moleculares tienen una geometría 3D compleja, pueden ser difíciles de imprimir y podrían requerir algunos intentos y ajustes.Nuestro protocolo ayudará al usuario a superar algunos de los problemas más comunes con el proceso. Al seguir este protocolo, podrá crear un modelo digital tridimensional de una biomolécula, procesar el archivo 3D y crear un modelo físico utilizando una impresora 3D de fabricación por filamento fundido.

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