3D 프린팅을 갖춘 대화형 분자 모델 어셈블리
August 13th, 2020
현미경 시스템의 물리적 모델링은 다른 방법으로 얻기 어려운 통찰력을 얻는 데 도움이됩니다. 물리적 분자 모델의 시공을 용이하게 하기 위해, 당사는 3D 프린팅을 사용하여 분자 시스템의 품질을 촉각방식으로 포착하는 기능적 거시적 모델을 조립하는 방법을 보여줍니다.
3D 프린팅은 점점 더 이용 가능하고 접근 가능한 기술입니다. 이 프로토콜은 실제 분자 시스템의 동적 특성을 유지하는 물리적 분자 모델을 인쇄하고 조립하는 데 사용할 수 있습니다. 분자 모델과의 상호 작용은 일반적으로 연결을 보여주는 것으로 제한됩니다.
3D 프린팅은 이 열차의 형태 탐구와 다양한 저울에서 분자 모션을 열 수 있습니다. 정적 원고에서 모션을 전달하기가 어렵습니다. 따라서 모델을 인쇄, 조립 및 조작하는 방법을 볼 수 있어야 합니다.
3D 프린팅을 위해 모델 파일을 준비하려면 제공된 추가 스테레오리소그래피 파일을 다운로드하고 슬라이서 프로그램을 사용하여 컴퓨터에 파일을 업로드합니다. carbon_atom_SP3, 수소 원자 또는 탄소 결합 파일 중 하나를 슬라이서 프로그램에 가져오고 옵션을 사용할 수 있는 경우 장치에 대한 밀리미터 형식을 선택합니다. 메인 창의 모델 패널에서 가져오기를 클릭하고 결과 파일 브라우저에서 수소 원자 듀얼 하단 및 수소 원자 듀얼 상단 파일을 모두 가져옵니다.
가져온 모델을 원하는 크기로 확장하려면 메인 디스플레이의 그래픽 모델을 두 번 클릭하여 대상 모델의 번역, 회전 및 배율을 가능하게 하는 모델 편집 패널을 엽니다. 모델을 복제하여 모델 배열을 생성하려면 편집 메뉴에서 중복 모델 옵션을 선택하고 대화 상자의 모델 부품 수를 입력합니다. 메인 창의 모델 패널을 클릭하고 정렬하여 빌드 플랫폼의 중앙 근처에 모델을 정렬하고 메인 창의 프로세스 패널에서 추가를 사용하여 대상 인쇄에 적합한 모델 처리 설정을 설정합니다.
그런 다음 모델을 인쇄 레이어로 슬라이스하여 G 코드 도구 경로를 생성하고 메인 창에서 인쇄 준비 단추를 클릭합니다. 모델 인쇄를 위해 프린터를 준비하려면 가열되지 않은 프린터 침대의 표면을 파란색 화가 테이프로 코팅하고 접착제 스틱을 사용하여 얇은 폴리머 층을 테이프에 적용합니다. 그런 다음 프린터 침대에 통풍이 잘 되는 인클로저를 배치하여 인쇄 어닐링을 방해할 수 있는 기류를 최소화합니다.
인쇄 후 프린터 침대에서 인쇄된 부품을 제거하고 사용시 부품의 베이스에서 뗏목 또는 가장자리 구조를 제거합니다. 모델 부품의 베이스를 중간에서 미세한 모래 사포로 문질러 남은 뗏목 필라멘트를 제거합니다. 그리고 표면 결함을 제거하기 위해 120 ~ 320 모래 사포와 carbon_atom_SP3 모델 부품의 베이스를 모래.
다음으로, 320 그루트 사포로 표면을 부드럽게하고 원하는 마무리로 표면을 연마하기 위해 폴란드천을 사용합니다. 모든 조각이 연마되면 원하는 접합 토폴로지에 따라 carbon_atom_SP3 모델 부품의 소켓에 탄소 탄소 결합과 수소 원자 모델 부품의 커넥터 끝을 삽입합니다. 가청 클릭이 들릴 때까지 모델 부품을 함께 압박합니다.
일단 연결되면, 단일 결합은 분리하지 않고이 연결에 대해 자유롭게 회전한 다음, 모든 carbon_atom_SP3 모델 부품을 포화시키기 위해 수소 원자 모델 부분으로 열린 소켓을 채우는 원하는 분자 구조에 따라 인쇄 된 부품의 나머지 부분을 조립해야합니다. 링과 같은 사이클로헥산의 경우, 모델 부품 사이에 탄소 탄소 결합 모델 부품으로 링을 carbon_atom_SP3. 다음은 대화형 분자 모델을 구성하는 데 필요한 부품이 표시됩니다.
탄소 원자 6개, 탄소 탄소 결합 6개, 수소 원자 12개. 이러한 모노 컬러 수소는 새로운 스우즈 쉴드 구조의 부족과 활성 압출기 사이의 전환에 중합체 후퇴의 부족으로 인해 약 50 ~ 60 % 적은 시간에 인쇄됩니다. 조립된 사이클로헥산 구조는 이중 압출기 프린트가 적당히 더 세련된 것처럼 보이더라도 기능적으로 동등합니다.
PLA 모델은 프린터에서 바로 ABS 모델보다 상대적으로 더 세련됩니다. 아세톤 트리트먼트는 부드럽고 높은 광택 마감을 초래합니다. 아세톤은 층 결함으로 내부 지지 구조와 모델을 용해시킬 수 있지만 모델이 붕괴될 수 있습니다.
조립된 사이클로헥산 구조는 모두 동일한 방식으로 관련 순응을 구부리고 왜곡하며 채택할 수 있습니다. 이러한 모델 중 가장 작은 것은 결함을 인쇄하는 경향이 가장 많으며, 이 크기는 잠재적으로 너무 작아지며 부품의 상대적 크기를 조정하지 않고 권장하지 않습니다. 인쇄 속도가 느리지만 대형 모델은 강의 설정에서 통신에 더 효과적일 수 있습니다.
원자가 서로 대비해 쉽게 회전할 수 있기 때문에 구조가 왜곡되어 사이클로헥산의 다른 대표 순응체로 스냅될 수 있습니다. 분자 시뮬레이션에서와 같이, 의자 변형 분지는 제한되어 있으며, 보트 분지의 구조물은 다양한 보트및 트위스트 보트 적합성에 유동적으로 접근할 수 있습니다. 프린터 침대를 준비하는 것은 잘 부착된 첫 번째 층을 보장하는 데 필수적입니다.
이 레이어가 없으면 인쇄가 실패할 수 있습니다. 이 프로토콜은 사이클로헥산 모델을 예로 제공하지만 모든 대화형 포화 탄화수소 모델을 제공된 stl 파일로 인쇄하고 조립할 수 있습니다.
개요
이 기사는 실제 분자 시스템의 동적 특성을 모방하는 대화형 분자 모델을 만드는 데 3D 인쇄 기술을 사용하는 방법을 보여줍니다. 이러한 모델을 조립함으로써 연구자들은 분자 구조와 운동을 직접적인 방법으로 탐구할 수 있습니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 3D 인쇄 기술
- 분자 모델링
- 생물물리학
배경
- 3D 인쇄는 과학 응용 분야에서 점점 더 접근 가능해지고 있습니다.
- 전통적인 분자 모델은 상호 작용성과 동적 표현이 부족합니다.
- 물리적 모델은 분자 구조와 행동에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다.
- 문서의 정적 표현은 분자 운동을 효과적으로 전달하지 못합니다.
연구 목적
- 3D 인쇄가 기능적인 분자 모델을 만드는 데 어떻게 사용될 수 있는지 설명합니다.
- 분자 구조와 상호 작용을 탐구할 수 있게 합니다.
- 이러한 모델을 준비하고 조립하는 프로토콜을 제공합니다.
사용된 방법
- 3D 인쇄를 위한 입체 광조각 파일을 다운로드하고 준비합니다.
- 슬라이서 프로그램을 사용하여 모델 치수와 설정을 조정합니다.
- 적절한 재료와 기술을 사용하여 모델을 인쇄합니다.
- 인쇄된 부분을 조립하여 대화형 분자 구조를 만듭니다.
주요 결과
- 시클로헥산 및 기타 탄화수소의 모델을 성공적으로 인쇄하고 조립했습니다.
- 모델은 유연성을 보여주고 다양한 구조를 나타낼 수 있었습니다.
- 다른 재료(PLA vs. ABS)가 모델의 품질과 마감에 영향을 미쳤습니다.
- 다른 환경에서 프로세스를 복제할 수 있는 상세한 프로토콜을 제공했습니다.
결론
- 3D 인쇄된 분자 모델은 분자 동학의 이해를 향상시킵니다.
- 대화형 모델은 교육 및 연구 맥락에서 효과적으로 사용될 수 있습니다.
- 미래 응용 분야에는 더 넓은 범위의 분자 시스템과 구조가 포함될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
Physical molecular models with dynamic features, enabled by 3D printing, provide tangible tools for interrogating conformational flexibility and spatial relationships in chemical structures. These interactive assemblies support early-stage discovery teams in visualizing and communicating molecular motion, which is critical for hypothesis generation and mechanistic de-risking. The approach enhances portfolio decision-making by bridging the gap between computational models and hands-on structural exploration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Facilitates hands-on exploration of conformational space for saturated hydrocarbons.
- Enables visualization of dynamic molecular features relevant to target validation.
- Supports mechanistic de-risking by illustrating accessible conformers and bond rotations.
- Improves predictive confidence in structure-activity hypotheses through physical manipulation.
Screening & Assay Development
- Provides validated physical models for assay design and molecular recognition studies.
- Standardizes representation of molecular connectivity and flexibility for team alignment.
- Enables reproducible assembly and manipulation for training and workflow integration.
- Supports reliable communication of molecular features in cross-functional settings.
Translational & Preclinical Research
- Aligns physical models with computational predictions for translational continuity.
- Facilitates communication of conformational dynamics to preclinical teams.
- Supports risk-adjusted advancement by clarifying structural uncertainties.
- Enhances understanding of molecular motion relevant to disease-relevant systems.
Pipeline & Workflow Integration
3D printed molecular assemblies fit within the discovery-to-preclinical continuum by providing a bridge between in silico modeling and experimental validation.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of conformational flexibility and spatial arrangement.
- Screening: Standardizes physical models for assay development and compound evaluation.
- Analytics: Supports quantitative comparison of conformer accessibility and bond rotation.
- Translational Research: Connects physical and computational insights for preclinical model alignment.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for molecular visualization and team training.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in molecular design.
- Operational Value: Standardizes model assembly and enhances reproducibility across teams.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by clarifying structural hypotheses early.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization through tangible model-based insights.
Implementation Considerations
- Requires expertise in 3D printing file preparation and post-processing.
- Needs access to compatible printers and finishing tools for optimal model quality.
- Demands cross-team agreement on model scale and assembly protocols.
- Adaptation may be needed for different molecular systems or scales.
- Small-scale models may be prone to print flaws and require parameter optimization.
