The authors are grateful for the support of Deis3D, the Brandeis 3D Printing Club, and members of Brandeis Library/LTS/Makerlab. This work was funded in part by a grant awarded to Pomeranz Krummel by the NSF, Award No. 1157892; an ESIT grant of the BMBF, awarded to the University of T&#252;bingen; and US Federal funds from the National Institutes of Health, Department of Health and Human Services, under Contract No. GS35F0373X. Molecular graphics and analyses were performed with the UCSF Chimera package. Chimera was developed by the Resource for Biocomputing, Visualization, and Informatics at the University of California, San Francisco (supported by NIGMS P41-GM103311).

1. Baskı 3B Model Dosyalarının Hazırlanması NOT: (1) Online NIH 3D Baskı Borsası 10 otomatik araçları kullanarak, ya da (2) yerel moleküler modelleme yazılımı kullanarak: biyomoleküllerin 3D model dosyaları iki yöntemlerle oluşturulabilir. Otomatik olarak oluşturulan modeller yazdırılabilir temsillerini oluşturmak için bu protokolde ayrıntılı süreçleri kullanacaktır, ancak temsil ayrıntıları kullanıcı tarafından seçilemez. Buna karşılık, özel modeli üretme biyomolekül görsel özellikleri üzerinde kullanıcı kontrolü sağlar. Bireysel atomlar, artıkları ve tahviller görüntülenir ve şeritler, tahvil ölçeği ve dikmeler belirtilebilir edilebilir. NIH 3D Baskı Değişim otomatik araçlar hem aşağıda protokol UCSF Chimera, biyomoleküllerin 3B dosyaları ihraç için uygundur bir ücretsiz ve açık kaynak moleküler modelleme yazılım paketi 11 kullanın. için Chimera kullanım angström tarafından ihraç edilen tüm 3D dosyalarMesafe birimi. Bu dosyalar 1 mm / mesafe biriminde bir dilimleme yazılım içine ithal edildiğinde, modeller 10 milyon kez büyütmede ölçekli olacaktır. <ol><li> Otomatik NIH 3D Baskı Exchange ile 3D yazdırılabilir bir model oluşturmak NOT: NIH 3D Baskı Değişim adımlarda 1.2-1.3 açıklanan adımlara benzer Chimera komut çalışır. <ol><li> Bir veritabanı ya PDB, EMDB veya pubchem (ek 1.1) yazdırmak için biyomoleküler yapının moleküler veri dosyasını bulun. ilgi biyomolekülün için katılım numarasını kaydedin. </li><li> ilk kez kullanıcı eğer, (3dprint.nih.gov) NIH 3D Baskı Borsası gidin ve yeni bir kullanıcı hesabı oluşturun. </li><li> , &quot;Hızlı Gönder&quot; özelliği gidin biyomolekül katılım kodunu girin ve göndermek tıklayın. </li><li> Biyomolekülün modeli oluşturduktan sonra, modelin sayfasına gidin ve kurdele &quot;Biyomoleküllerin STL dosyasını indirmek&quot;Veya&quot; yüzey &quot;gösterimi. Protokolün 2. bölüme geçin. </li></ol></li><li> UCSF Chimera özel bir molekül modeli oluşturmak NOT: Birçok adımlar için komut satırı eşdeğerleri de dahil olmak üzere 3D modeller, yapmak için Chimera kullanarak daha fazla ayrıntıya, ek 1.2 bulunabilir. <ol><li> Indirin ve UCSF Chimera yükleyin (https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/download.html). </li><li> Chimera kullanarak aşağıdakilerden birini yaparak moleküler veri dosyasını almak: <ol><li> Araç çubuğu komut dosyası kullanma&gt;, kimliğine göre Fetch veritabanından dosyayı doğrudan almak için bir pubchem, PDB veya EMDB katılım kodunu girin. </li><li> Araç çubuğu komut dosyası kullanma&gt; Aç, yerel moleküler veri dosyasını almak; Varsayılan olarak, molekül bir ligan 5 Å içinde protein ve nükleik asit, atomlar için kurdeleler ve tahvil ligandlar için, ve artıkları gösterecektird. </li><li> Sık giderek erişilen Chimera komut satırını kullanarak&gt; komut satırı, Açık komutunu kullanın ve katılım kodunu girin. </li></ol></li></ol></li><li> Bir biyomolekül 3D-yazdırılabilir temsil hazırlanması NOT: Bir biyomoleküler yapı görüntülenen veya temsil edilebilir çeşitli yolları vardır. baskı için özel bir temsil seçimi en iyi biyomolekül yapı-fonksiyon içine büyük fikir sağlamak için nasıl dayalı yapılan olmalıdır. Yaygın temsiller &quot;şeritler&quot;, &quot;yüzey&quot; ve &quot;atom / bağa içerirler.&quot; Ancak, seçme yan zincirleri veya ligandları görüntülemek için bu temsillerin bir arada kullanarak keşfetmek için en iyisidir. Buna ek olarak, 3D baskılı yapı basılacak kadar sağlam olmalı ve kullanımda kırmak değil. Bir temsil seçerek veya bir yan zincir görüntüleme Böylece, bu dikkate alınması önemlidir. Also destek yapıları veya tanıtan düşünün &quot;dikmeler.&quot; modeli yazdırırken tüm özellikleri doğru olarak yazdırılır, böylece son olarak, bunu büyütmek için önemli olacaktır. Böylece, büyük biyomoleküllerin için, şeritler ya da atom gösterimleri tamamen baskı nedeniyle bu basılacak gerekir hangi ölçeğe uygun olmayabilir. <ol><li> &quot;Kurdele&quot; bir 3D-yazdırılabilir temsil oluşturuluyor Not: Daha ayrıntılı takviyesi 1.2.1 bulunabilir. <ol><li> Seç&gt; Yapı&gt; çözücü kullanarak, iyonları içeren görünür &quot;solvent&quot; seçeneğini seçin. </li><li> &gt; Gizle İşlemler&gt; Atomlar / Tahvil kullanılarak seçilen &quot;solvent&quot; Hide. </li><li> başarıyla basılabilir böylece kurdele çapını kalınlaştırmak. Araçlar&gt; tasviri altında Şerit Style Editor menüsünü kullanın. NOT: Suilk denemesi için parametreleri ggested: Ölçekleme sekmesi altında, en az 0,7 her öğe ve en azından aşağıdaki her ayar genişliğinin Boy değiştirin: Coil 0.7; Helix 1.4; Sac: 1.4; Ok (baz): 2.1; Ok (uç) 0,7; 1.0 nükleik. </li><li> Bir nükleik asit varsa, Eylemler&gt; Atomların / Tahvil&gt; nükleotid nesnelerle&gt; ayarlar ile taban temsil değiştirmek. merdiven şeker / baz ekran ve 0.6 basamak yarıçapı değiştirin. </li><li> İsteğe bağlı: destek yapıları tanıtmak için 1.3.3 adıma geçin. </li></ol></li><li> molekülünün bir 3D-yazdırılabilir &quot;yüzey&quot; temsilini oluşturmak NOT: Daha fazla ayrıntı takviyesi 1.2.2 bulunabilir. <ol><li> önceki tüm sunumlarını gizleyin. Eylemler&gt; Atomlar / Tahvil&gt; gizlemek ve Eylemler kullanın&gt; Kurdela&gt;saklamak. </li><li> Küreler olarak atomları işlerken, menü kontrol edin&gt; istenen atomu (ler) seçme ve Eylemler giderek yarıçapını ayarlamak. Not: varsayılan atom yarıçapı değiştirme daha kolay baskılı modelde farklı atom tiplerini ayırt etmek yapabilirsiniz. </li><li> Herhangi bir İşlemler&gt; Atomlar / Tahvil&gt; gizleme ve Eylemler&gt; Kurdela&gt; Gizle kullanarak şeritler, atomları, tahvil ve pseudobonds görüntülenen gizleyin. </li><li> yüzey ayrıntı isteniyorsa yüzey hesaplaması daha doğru olduğu şekilde, hidrojen atomları ekleyin. Kullanım Araçlar&gt; Yapı Düzenleme&gt; AddH. </li><li> Komut satırında sörf # 0 ızgara 0.5 girerek bir yüzey oluşturur. </li></ol></li><li> Bir 3D-yazdırılabilir temsilini oluşturmak &quot;atomlar / tahvil.&quot; NOT: Daha fazla ayrıntı takviyesi 1.2.3 bulunabilir. <ol><li> çözücü gizleyin. kullanım&gt; Yapı&gt; daha sonra solvent ve İşlemler&gt; Atomlar / Tahvil&gt; hide seçin. </li><li> Seçme ve İşlemler&gt; Atomun / Tahvil&gt; gösterisi ile onları göstererek belirli artıkları ve / veya atomlar olarak temsil ligandlar ve tahvil görüntüler. Atomlar temsil edilmektedir yolu sopa, top ve sopa veya küre seçerek Eylemler&gt; Atomların / Tahvil açılır değişmiş olabilir. </li><li> Menü kontrol edin&gt; bir seçim yaptıktan sonra, sopa veya topun yarıçapı artırmak ve Eylemler ile temsilleri sopa. </li><li> İsteğe bağlı: destek yapıları tanıtmak için 1.3.4 adıma geçin. </li></ol></li></ol></li><li> 3D-yazdırılabilir temsil yapısal destek ekleme NOT: Daha fazla ayrıntı takviyeleri 1.2.4 ve 1.2.5 bulunabilir. Bu aşamada, dikmeler 3D model eklenebilir. Küçük proteinler (örneğin, en az 50 kalıntıları), genellikle, tipik bir kalınlığı olan bir şerit olarak temsil edilir ve bu destek olmadan, iyi bir baskı olabilir, ancak, stabilite için omurga hidrojen bağları içerir alfa-helis ve beta-tabaka sekonder yapıları için tavsiye edilir. Ancak, büyük proteinler için, hatta hidrojen bağlarının yanı sıra, birçok şerit modelleri hala başarılı bir şekilde basılacak kadar hassastır. Struts herhangi bir moleküler özelliği yansıtan ama böylece baskı kolaylaştırmak ve taşıma, mekanik gücünü katmayan modeli içinde fiziksel bağlantıları vardır. Chimera otomatik olarak komut satırı üzerinden dikme komutu ile bir modele destekleri eklemek için hızlı bir yol sunar ve bireysel dikmeler de olmak elle Mesafeler aracını kullanarak görüntülenebilir olabilir. <ol><li> bir daha dayanıklı baskı hazırlamak için hidrojen bağları görüntüler. Menü Araçlar&gt; Yapı Analizi&gt; FindHBond kullanın. </li><li> Kullanım Araçlar&gt; Genel ContRols&gt; PseudoBond Panel hidrojen bağları değiştirmek için. &quot;Hidrojen bağı&quot; pseudobonds seçin nitelikleri düğmesini tıklayın ve &quot;Bileşen PseudoBond Özellikleri&quot; kutusunu işaretleyin. Alt panelde, sopa telden bağ stili ve 0.2 ila 0.6 yarıçapı değeri değiştirin. </li><li> İsteğe bağlı: destek yapısı (ler), ya da dikmeler komutunu kullanarak &quot;dikmeler,&quot; ekleyin. Komutunu kullanın dışında başka 8 Å daha her 70 kalıntılarının karbon alfa 1.0 Å yarıçaplı mavi dikmeler oluşturmak için: 1,0 fattenRibbon yanlış @ca uzunluğu 8 ilmek 70 mavi renk rad kasılarak. </li><li> İsteğe bağlı: Mesafeler aracıyla bireysel destekleri oluşturmak onlara, kullanım Araçlar&gt; Yapı Analizi&gt; Mesafeler her biri üzerinde kayması-ctrl-tıklayarak iki atom seçin ve bir pseudobond eklemek için oluşturmak tıklatın için. NavigatPseudoBond Panel e, &quot;mesafe monitör&quot; pseudobonds seçmek nitelikleri düğmesini tıklayın ve &quot;Bileşen PseudoBond Özellikleri&quot; kutusunu işaretleyin. Alt panelde, sopa telden bağ stili ve 0.01 0.2 yarıçap değerini değiştirmek. </li><li> STL 3D model dosyası olarak Chimera render İhracat <ol><li> İstenilen temsil elde edildikten sonra, Dosya&gt; Dışa Aktar Sahne 3B dosyayı vermek için. dosya türü ve adı olarak STL seçin ve modelini kaydedin. Not: protokolün 2. bölümünde açıklandığı gibi bu STL dosyası, tamir odaklı ve basılabilir. </li></ol></li></ol></li></ol> Baskı için 2. Proses STL Dosyaları <ol><li> Autodesk Netfabb ile onarım STL dosyaları NOT: inte birden fazla çakışan parçaları içeriyorsa bir model onarım gerektirebilirGenellikle şerit modelleri ve atom modelleri ile olduğu geometrileri, rsecting. kesişen bölgeleri modelin dış olarak yorumlanabilir gibi dosya, bazı dilimleme yazılımı tarafından okunduğu zaman geometri örtüşen hatalara neden olabilir. Daha ayrıntılı ek 2.1 bulunabilir. <ol><li> Indirin ve yazılımın standart sürümünü yükleyin. </li><li> STL dosyasını programını açın ve ithalat tamir edilecek. Kafes ile ilgili sorunlar varsa, bir uyarı işareti görüntülenir. </li><li> Kullanım Ekstra&gt; Otomatik Parça Tamir, Genişletilmiş Onarım seçin ve dosya işlenirken bekleyin; küçük modeller için, bu saniye sürer, ancak büyük modeller için, bu dakika sürebilir. </li><li> Model üzerinde sağ tıklayın ve STL Olarak Dışa Aktar Bölüm&gt; seçmek veya tamir modeli kurtarmak için STL olarak Project&gt; İhracat Projesi kullanın; programı &quot;tamir&quot; katacakdosya orijinal dosyadan ayırt etmek. </li></ol></li><li> Autodesk Meshmixer ile baskı Orient modelleri NOT: Önceki dilimleme bir model Optimal oryantasyon çıkıntılar sayısını ve dolayısıyla baskı işlemi sırasında gerekli desteklerin sayısını azaltacaktır. Optimal odaklı bir model, daha hızlı yazdırmak daha az malzeme kullanımı ve baskı sırasında başarısız olasılığı daha az olacaktır. Daha ayrıntılı ek 2.2 bulunabilir. <ol><li> Indirin ve yazılımı yüklemek </li><li> programa tamir STL dosyasını içe aktarın. </li><li> Analiz&gt; Yönlendirme seçin. </li><li> 0, 0, 100 Destek Alanı Ağırlık Destek Vol Ağırlık değeri Mukavemet Ağırlık değerini ayarlayın ve ardından modeli güncelleyin. Bu çıkıntılar sayısını en aza indirmek için bir model dönecektir. Ortaya çıkan yönünü kabul eder. </li><li> Dosya&gt; Dışa kullanın ve açılır menüden ikili STL dosyasını seçin. dosyayı kaydedin. </li></ol></li></ol> 3. Dilimleme ve Baskı <ol><li> Bir lif malzemesini seçin NOT: Baskı ayarları seçilen malzeme için farklılık gibi bir baskı malzemesinin seçimi, bir dilimleme yazılımı kullanmadan önce yapılmalıdır. yaygın olarak kullanılan üç malzeme, polilaktik asit (PLA), termoplastik elastomerler (TPE) ve akrilonitril butadien stiren (ABS) &#39;dir. o çözgü nadiren çabuk soğur inşa plakasına iyi yapışır ve aynı PLA, genellikle ayrıntılı moleküler modeller yazdırmak için en etkili malzemedir. TPE PLA malzemesine benzer bir malzeme olduğu ve esnek modeller üretmek için kullanılabilir. Bu tamamlayıcı protein yüzey modelleri veya protein şerit modelleri için tavsiye edilir. ABS güçlü ve PLA daha esnektir, ancak 12 Yazdırma sırasında bu potansiyel olarak tehlikeli partikülleri üretir. Genellikle les yüksek malzeme sıcaklığı sonuçları olarak, moleküler modeller baskı önerilmezküçük özellikler hassas üretiminin s. Daha ayrıntılı ek 3.1 bulunabilir. <ol><li> polilaktik asit (PLA) ile yazdırma. <ol><li> 210 ° C&#39;ye kadar meme sıcaklığını ayarlamak. Oda parçanın yapışmasını sağlamak için, 70 ° C yatak sıcaklığını ayarlamak. Bir ısıtılmayan yatak kullanıyorsanız, ressamlarının bant ile örtün. Aktif soğutma kullanın. </li></ol></li><li> termoplastik elastomerler ile yazdırma (TPE) <ol><li> Adımı tekrarlayın 3.1.1.1. 1.200 mm / dak veya daha az baskı hızını ayarlayın. </li></ol></li><li> akrilonitril bütadien stiren ile yazdırma (ABS) <ol><li> Soğutma kullanmayın. 240 ° C ağızlık sıcaklığının ayarlayın. Oda parçanın yapışmasını sağlamak için, 110 ° C yatak sıcaklığını ayarlamak. </li></ol></li></ol></li><li> G-kodu üretmek NOT: Model varsayılan olarak 10 milyon kez büyütmede alınır. Şerit modelleri 20 milyon kez (% 200) veya daha ölçeklenebilir olmalıdır. Yüzey modelleri pr% 100 veya daha yüksek de hiç int. Daha ayrıntılı ek 3.2 bulunabilir. <ol><li> Indirin ve baskı dilimleme yazılımı yükleyin. </li><li> Dosya&gt; İçe Aktar Modeli kullanın ve tamir ve odaklı STL dosyasını seçin. </li><li> model üzerinde çift tıklayarak ve ekranın sağ taraftaki pencerede ölçekleme faktörünü girerek modeli Scale. </li><li> modeli için destek yapıları oluşturmak. destek simgesini seçin ve 1 ayağı çözünürlüğü ve 50 ° &#39;lik bir maksimum çıkıntı açısı ile normal destek kullanın. </li><li> Tüm destekleri oluşturmak tıklayın. Ekle veya destek yerleştirme özelleştirmek için destek yapısı özelliklerini kaldırın. </li><li> Bir işlemini seçin ve düzenleme süreci ayarlarını tıklayın. </li><li> kullanılmakta olan yazıcı ve malzeme profili yapılandırın. NOT: Bir sal ve ağız dahil edilmelidir, ve şerit modelleri% 100 dolgu olarak basılmalıdır. Detaylı profil ayarları suppleme bulunabilirnt 3.2. </li><li> yazıcı tarafından okunabilen bir G-kod dosyası içine modeli dönüştürün. Düğmesi ve yazıcı / malzeme profilini içeren sürecini seçmek &quot;yazdırmak için hazırlamak&quot; düğmesini tıklayın. Yazıcı meme yolunu gözlemek ve bir baskı başarısız olmasına neden olabilir hatalar için kontrol edin. NOT: Baskı başarısız olmasına neden olabilir hatalar yazdırmak için çok ince çıkıntılar altında destekler, istenmeyen boşlukların, eksik katmanları ya da alanların olmaması sayılabilir. </li><li> masaüstüne veya doğrudan bir SD karta G-kod dosyasını kaydedin. </li></ol></li><li> yazıcıyı çalıştırın NOT: Her yazıcı marka veya model benzersiz ve baskı için hazırlık ve kalibrasyon buna göre değişecektir. Yazıcı için kılavuzuna başvurun. <ol><li> iş istasyonu yazıcı veya gcode SD kart yazıcıda olduğu bağlı olduğundan emin olun. </li><li> filamanın yükleme ve yatak seviyesi sağlayarak yazıcıyı hazırlayın;Bu prosedürler ile ilgili talimatlar için, yazıcının kullanım kılavuzuna bakın. </li><li> Bilgisayardan veya yerel yazıcı menüsü üzerinden bir SD karttan baskı başlatın. </li><li> İlk katman başarıyla tamamlanana kadar baskı izleyin. İlk katmanda herhangi bir hata varsa, iptal ve baskı yeniden başlatın. </li></ol></li></ol> 4. Post-prodüksiyon İşleme NOT: Elbette Bakımı, bu final, sahne alınmalıdır. modele destek yapıları çıkarılmalıdır. Böyle bir erir desteğin kullanımı gibi alternatif yaklaşımlar da kullanılabilir, ancak bu genellikle elle yapılır; ek 4&#39;e bakınız. <ol><li> yavaşça yanlara çekerek inşa plaka baskı ayırın. sal inşa plakasına kuvvetle yapışırsa, aralarında keskin bir kenarı takarak ayırın. </li><li> modelinden destek yapılarını sökün. Birçok destekler parçası ve ra kapalı onları kırarak, elle kaldırılabilirft. Esnek modeller uzak kısmından çekerek ayrılabilir. ulaşılması zor veya hassas yapılara bağlı, destek kısmına bağlanır noktayı klibi pense kesme kullanmak destekler için. </li></ol>

<ol>
	<li>Del Re, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Models+and+analogies+in+science.">Models and analogies in science.</a> HYLE - International Journal for Philosophy of Chemistry. 6 (1), 5-15 (2000).</li><li>Pauling, L., Corey, R. B., Branson, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure+of+proteins:+two+hydrogen-bonded+helical+configurations+of+the+polypeptide+chain.">The structure of proteins: two hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain.</a> Proceedings of the National Academy of Science U.S.A. 37 (4), 205-211 (1951).</li><li>Corey, R. B., Pauling, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+models+of+amino+acids,+peptides,+and+proteins.">Molecular models of amino acids, peptides, and proteins.</a> The Review of Scientific Instruments. 24 (8), 621-627 (1953).</li><li>Watson, J. D., Crick, F. H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+structure+for+deoxyribose+nucleic+acid.">A structure for deoxyribose nucleic acid.</a> Nature. 171, 737-738 (1953).</li><li>Stone-Sundberg, J., Kaminsky, W., Snyder, T., Moeck, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printed+models+of+small+and+large+molecules,+structures+and+morphologies+of+crystals,+as+well+as+their+anisotropic+physical+properties.">3D printed models of small and large molecules, structures and morphologies of crystals, as well as their anisotropic physical properties.</a> Crystal Research and Technology. 50 (6), 432-441 (2015).</li><li>Berman, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3-D+printing:+The+new+industrial+revolution.">3-D printing: The new industrial revolution.</a> Business Horizons. 55 (2), 155-162 (2011).</li><li>Meyer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+protein+models+in+an+undergraduate+laboratory:+leucine+zippers.">3D printing of protein models in an undergraduate laboratory: leucine zippers.</a> Journal of Chemical Education. 92 (12), 2120-2125 (2015).</li><li>Gillet, A., Sanner, M., Stoffler, D., Olson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tangible+Interfaces+for+Structural+Molecular+Biology.">Tangible Interfaces for Structural Molecular Biology.</a> Structure. 13 (3), 483-491 (2005).</li><li>Rossi, S., Benaglia, M., Brenna, D., Porta, R., Orlandi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three+dimensional+(3D)+printing:+a+straightforward,+user-friendly+protocol+to+convert+virtual+chemical+models+to+real-life+objects.">Three dimensional (3D) printing: a straightforward, user-friendly protocol to convert virtual chemical models to real-life objects.</a> Journal of Chemical Education. 92 (8), 1398-1401 (2015).</li><li>Coakley, M., Hurt, D., Weber, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+NIH+3D+print+exchange:+a+public+resource+for+bioscientific+and+biomedical+3D+prints.">The NIH 3D print exchange: a public resource for bioscientific and biomedical 3D prints.</a> 3D Printing and Additive Manufacturing. 1 (3), 137-140 (2014).</li><li>Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Couch, G. S., Greenblatt, D. M., Meng, E. C., Ferrin, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=UCSF+Chimera--a+visualization+system+for+exploratory+research+and+analysis.">UCSF Chimera--a visualization system for exploratory research and analysis.</a> Journal of Computational Chemistry. 25 (13), 1605-1612 (2004).</li><li>Azimi, P., Zhao, D., Pouzet, C., Crain, N. E., Stephens, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emissions+of+ultrafine+particles+and+volatile+organic+compounds+from+commercially+available+desktop+three-dimensional+printers+with+multiple+filaments.">Emissions of ultrafine particles and volatile organic compounds from commercially available desktop three-dimensional printers with multiple filaments.</a> Environmental Science &amp; Technology. 50 (3), 1260-1268 (2016).</li><li>Roberts, J., Hagedorn, E., Dillenburg, P., Patrick, M., Herman, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+models+enhance+molecular+3D+literacy+in+an+introductory+biochemistry+course,+Biochem.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+textbook+illustrations:+Hand-held+models+of+ordered+DNA+and+protein+structures+as+3D+supplements+to+enhance+student+learning+of+helical+biopolymers.">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><li>Herman, T., Morris, J., Colton, S., Batiza, A., Patrick, M., Franzen, M., Goodsell, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tactile+teaching+-+Exploring+protein+structure/function+using+physical+models.">Tactile teaching - Exploring protein structure/function using physical models.</a> Biochem. Biochemistry and Molecular Biology Education. 34 (4), 247-254 (2006).</li><li>Chakraborty, P., Zuckermann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coarse-grained,+foldable,+physical+model+of+the+polypeptide+chain.">Coarse-grained, foldable, physical model of the polypeptide chain.</a> Proceedings of the National Academy of Science U.S.A. 110 (33), 13368-13373 (2013).</li><li>Baden, T., Chagas, A. M., Gage, G. J., Marzullo, T. C., Prieto-Godino, L. L., Euler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open+Labware:+3-D+printing+your+own+lab+equipment.">Open Labware: 3-D printing your own lab equipment.</a> PLoS Biology. 13 (3), e1002086 (2015).</li><li>Morgan, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+and+versatile+3D+printed+microfluidics+using+fused+filament+fabrication.">Simple and versatile 3D printed microfluidics using fused filament fabrication.</a> PLoS ONE. 11 (4), e0152023 (2016).</li><li>Chen, T., Lee, S., Flood, A., Miljani&#263;, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+print+a+crystal+structure+model+in+3D.">How to print a crystal structure model in 3D.</a> Cryst. Eng. Comm. 16 (25), 5488-5493 (2014).</li><li>McDougal, R. A., Shepherd, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-printer+visualization+of+neuron+models.">3D-printer visualization of neuron models.</a> Frontiers in Neuroinformatics. 9, 1-9 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

biyomoleküllerin fiziksel 3D modeller görselleştirme daha yaygın bilgisayar tabanlı yöntemlere güçlü bir tamamlayıcı sağlar. Bir fiziksel 3D temsil ek özellikler biyomoleküler yapının sezgisel anlayışa katkıda bulunmaktadır. biyomoleküllerin fiziksel 3D modellerin ve insan duyu gelişmiş çalışmanın avantajlı olduğu bir ortam kullanılması yoluyla çalışma kolaylaştırabilir. 3D modellerin araştırmacı için bir yardım olarak değil, sadece hizmet, ancak pedagojik faaliyetlerini kolaylaştırmak için kullanılabilir ve öğrenme 13, 14, 15 çıktıları başarılarını artırabilir. Mıknatıslar polipeptidler 16 bir model ile gösterildiği gibi, montaj ve demontaj sağlamak için plastik modeller eklenebilir. Ayrıca, 3D baskılı nesne microfl yapmak hem de laboratuar ekipmanları 17, imalat hem de araştırma, kullanılanhücreler 18 ve kristaller 19 ya da nöronlar 20 model uidic cihazlar. fiziksel modeller manipülasyonu yeni anlayışlar ilham kaynağı olabilir işbirlikçi tartışmaları teşvik etmek hizmet edebilir. yazıcılar maliyeti 3D baskı teknolojileri ve indirimleri son gelişmeler bireysel kullanıcı tarafından biyomoleküllerin karmaşık fiziksel 3D modelleri oluşturulmasını sağlar. FFF baskı teknolojisi daha yaygın ve diğer yöntemlere göre daha ucuz olmasına rağmen, bu sınırlamalar bir takım oluşturmaktadır. 3D baskı işlemi zaman alıcıdır ve mekanik arızaları ortaya çıkabilir. FFF yazıcılar genellikle sadece renk bilgilerinin görüntülenmesini kısıtlayan, bölüm başına bir malzeme yazdırabilirsiniz. FFF yazıcılarda yapılan modellerin çözünürlük katman başına 100 mikron civarında, düşük. Biz okuyucu bu sınırlamalara ile çalışmak ve kendi ilgi yazıcı ve biyomolekül (ler) için bir yaklaşım geliştirmek için tavsiye ediyoruz. Biz proce sundukBir kullanıcı için gerekli D eğ, doğru, bilgilendirici ve basılabilir kendi ilgi biyomolekül özel bir 3D gösterimi geliştirmektir. herhangi bir yeni teknoloji olduğu gibi, onun kullanım esnasında aşılması gereken &quot;büyüme sancıları&quot; genellikle vardır. Biz sorunların 3D baskı biyomoleküllerin (ek 6) sürecinde karşılaşılabilecek birkaç örnek sunmak. Son olarak, bu makale ile, bu biyomoleküllerin 3D baskı yapan kullanıcıların bir topluluğun büyümesine katkıda bulunmak bizim hedefimizdir. Önemlisi, NIH 3D modelleri paylaşmak için halk için bir veritabanı kurmuştur ve yöntemler onları 10 yazdırmak için kullanılır. Önemle bu eşsiz kaynağın (NIH 3D Baskı Exchange 3D model baskı ve arka plan bilgileri yüklemek için ilgili talimatlar için ek 7) katılımı teşvik ediyoruz.

fonksiyonu ve biyo-molekülün aktivitesi tam olarak anlaşılması, üç boyutlu (3D) yapısının belirlenmesini gerektirir. Bu, normalde, X-ışını kristalografisi, NMR, veya elektron mikroskobu kullanılarak elde edilir. 3D yapılar onlar 1 temsil yapıları andıran modelleri, ya da doğru nesnelerin algı yoluyla anlaşılabilir. Araştırmacılar, doğrulamak keşfetmek ve biyomoleküllerin fonksiyonu ile ilgili ortaya çıkan hipotez iletişim için Tarihsel olarak, fiziksel 3D modelleri yapımı gerekliydi. Böyle Watson-Crick&#39;in DNA çift sarmal ve Pauling&#39;in alfa sarmal gibi bu modeller, yapı-işlev ilişkilerinin içine benzersiz bir bakış açısı sağladı ve nükleik asit ve protein yapı-fonksiyon 2, 3, 4 bizim erken anlaşılmasına önemli idi. protein ve nükleik asit modeller oluşturulabilir, ancakzaman ve fiziksel bir model inşa maliyeti sonunda bilgisayar destekli moleküler görselleştirme görece kolay outweighed. Ayrıca katkı imalat olarak bilinen 3D baskı, gelişimi, biyomoleküllerin 5 fiziksel modeller inşaatı etkin yine etmiştir. 3D baskı bir malzeme (ler) tabakalarının sırayla ilave bir dijital dosyasından bir fiziksel 3D nesne imal edilmesi için bir işlemdir. mekanizmaları çeşitli bu işlem kullanılır. Yakın zamana kadar, biyomoleküllerin fiziksel modeller üretmek için kullanılan makineler yaygın kullanılmak üzere çok pahalı idi. Ancak, son on yılda, 3D baskı teknolojisi, erimiş filament üretim (FFF), özellikle tüketici kullanımına 6 için erişilebilir hale ölçüde ilerlemiştir. FFF yazıcılar artık yüksek okul, kütüphane, üniversiteler ve laboratuvarlarda yaygın olarak mevcuttur. 3D baskı teknolojisi daha uygun fiyatta ve erişilebilirlikMümkün doğru, fiziksel 3D biyomoleküler modeller 7, 8, 9 içine dijital 3D biomoleküler modelleri dönüştürmek için yapmıştır. Bu tür modeller tek biyomoleküllerin basit temsillerini, ama aynı zamanda ribozom ve virüs kapsid yapıları gibi karmaşık makromoleküler meclisleri, sadece içerir. termoplastik çekme yöntemlerini kullanarak, özellikle Ancak, bireysel moleküllere ve makromoleküler meclisleri baskı süreci, çeşitli zorluklar teşkil etmektedir. Özellikle, biyomoleküllerin temsilleri genellikle yazıcılar üretmek için zor ve oluşturma ve başarıyla yazdırmak moleküler modelleme, 3D modelleme ve 3D yazıcı yazılımıyla birlikte beceri gerektirir olacak dijital işleme modelleri olan karmaşık geometrik var. geniş bir biyomolekülü yazdırmak için 3D iş akışı dört adımda gerçekleşir: (1) 3D baskı için koordinat dosyadan biyomoleküler modeli hazırlanması;(2) modeli yazıcı için ve fiziksel biyomoleküler modeli desteklemek olacak bir destek yapısı oluşturmak için segmentine bir &quot;dilimleme&quot; yazılımı içine biyomoleküler modeli ithal; (3) Doğru filament seçerek ve 3D modeli baskı; ve (4) modelinden destek malzemesinin kaldırılması da dahil olmak üzere post-prodüksiyon işleme aşamaları, (Şekil 1 ve 2). hesaplama, biyomolekülün koordinat dosyası manipüle Bu süreçte ilk adım, kritik öneme sahiptir. Bu aşamada, kullanıcı dikmeler şeklinde model takviye inşa yanı sıra kullanıcı görüntülemek için seçtiği ne yabancı olan yapıları kaldırmak olabilir. Buna ek olarak, temsil seçimi, bu aşamada yapılır: Bir yüzey gösterimi, şeritler ve / veya tek tek atomları biyomolekülün tamamını veya bir kısmını görüntülemek için olup. Gerekli eklemeler ve / veya içerik çıkarmalar yapılır ve temsil seçildiğinde, yapı 3D mo olarak kaydedilirdel dosyası. Sonraki dosya biyomolekülün plastik kopyası içine tabaka ile 3D baskı basılabilir dosyaya, tabaka haline modeli dönüştürmek için ikinci bir yazılım programı açıldı. Bizim protokol hedefi FFF yazıcılara erişimi değil, daha pahalı 3D baskı teknolojileri olan kullanıcılar çok sayıda moleküler modellerin fabrikasyon erişilebilir hale getirmektir. Burada, FFF baskı için optimize edilmiş yöntemlerle, 3D moleküler verilerden biyomoleküllerin 3D baskı için bir kılavuz sağlar. Karmaşık biyomoleküler yapılarının printability maksimize etmek ve fiziksel modeller basit post-processing sağlamak için nasıl Biz ayrıntı. Birkaç ortak baskı malzemelerinin veya ipliklerin özellikleri karşılaştırılır ve bunların kullanımına ilişkin öneriler esnek baskılar sağlanır oluşturun. Son olarak, biz farklı moleküler temsilleri kullanımını göstermek 3D baskılı biyomoleküler modelleri örnekleri bir dizi vitrin.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Filament</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PLA 3D Printing Filament (1.0 kg Roll)</td>
			<td>Quantum3D Printing</td>
			<td>http://quantum3dprinting.com/</td>
			<td>Very good quality PLA filament, strongly recomended</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NinjaFlex Flexible 3D Printing Filament</td>
			<td>Ninjatek</td>
			<td>https://ninjatek.com/</td>
			<td>High quality flexible filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PLA Filaments PrimaValue &#38; PrimaSelect</td>
			<td>3DPrima</td>
			<td>http://3dprima.com/</td>
			<td>High quality European supplier of filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prusa I3 MK2 3D Printer</td>
			<td>Prusa Research</td>
			<td>http://www.prusa3d.com/</td>
			<td>A popular 3D printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MakerGear M2 Revision E (M2e)</td>
			<td>MakerGear</td>
			<td>http://www.makergear.com/</td>
			<td>Closed source, very high quality printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultimaker 2</td>
			<td>Ultimaker</td>
			<td>https://ultimaker.com/</td>
			<td>Very reliable, easy to use printer, highest rating on 3Dhubs.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flashforge Creator Pro</td>
			<td>Flashforge</td>
			<td>http://www.flashforge-usa.com</td>
			<td>Reliable, dual extrusion printer, highest rating on 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>Excellent slicing software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Netfabb</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td>http://www.autodesk.com/education/free-software/netfabb</td>
			<td>Mesh repair software, available free of cost for educational purposes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chimera</td>
			<td>University of California, San Francisco</td>
			<td>https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/</td>
			<td>Chimera molecular vizualizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meshmixer</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td>http://www.meshmixer.com/</td>
			<td>Used for orienting models, but has other features</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d printing of biomolecular models for research and pedagogy

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D structures are most often perceived using the two-dimensional and exclusively visual medium of the computer screen. Converting digital 3D molecular data into real objects enables information to be perceived through an expanded range of human senses, including direct stereoscopic vision, touch, and interaction. Such tangible models facilitate new insights, enable hypothesis testing, and serve as psychological or sensory anchors for conceptual information about the functions of biomolecules. Recent advances in consumer 3D printing technology enable, for the first time, the cost-effective fabrication of high-quality and scientifically accurate models of biomolecules in a variety of molecular representations. However, the optimization of the virtual model and its printing parameters is difficult and time consuming without detailed guidance. Here, we provide a guide on the digital design and physical fabrication of biomolecule models for research and pedagogy using open source or low-cost software and low-cost 3D printers that use fused filament fabrication technology.

Istikrar, (ii) dikkatlice (iii) &#39;de biyomolekülü baskı, büyük anlayış ve istikrarı sağlayacak ikincil yapı temsil türü veya stili seçerek temin etmek (i) kalınlaşma bağlarının: biyomoleküllerin Kararlı ve bilgilendirici 3D yazdırılabilir modelleri ile hazırlanabilir birden fazla moleküler temsili, (iv) işlemek veya biyo-molekülün bir parçası, esnek, ya da (v) (bağlanabilen parçaları yani,) modüler karmaşık montaj üreten bir iplik kullanılmıştır. Böyle bilgilendirici ve istikrarlı modelleri yazdırmak için nasıl göstermek için, kromatin bileşenleri ve kromatin varsayımsal bir model üretmeye odaklanmıştır. Kromatin oldukça karmaşık bir protein-DNA montaj olduğunu. Kromatin temel protein alt-birim histon proteinidir. Dört histon proteinleri, her bir helezon oluşan varuzun bir alfa sarmal ve ikinci bir takip -loop sarmal (a &quot;histon kat&quot;) &quot;histon kat.&quot; Histon proteini yapısı kolayca bir &quot;şerit&quot; gösterim (Şekil 3A) kullanılarak üretilebilir. Seçenek olarak ise, histon protein yapısı sadece yüzeye (Şekil 3B) kullanılarak görüntülenebilir. bir küresel histon oktameri oluşturmak için bir araya dört histon proteinleri, her iki kopyası vardır. histon oktamer nedeniyle bu özellikler yazdırılması gereken hangi büyük ölçekte, bir şerit ya da sopa temsili olarak tamamen yazdırmak için çok büyük. Bu durumda, bu büyük bir protein düzeneği en iyi yüzey gösterimi (Şekil 3C) kullanılarak görüntülenir. DNA, 10 nm çaplı nucleosome çekirdek parçacığı oluşturmak için histon oktamer etrafında bir yolunu grafik olacaktır. DNA yolu en iyi iki ayrı model baskı ve DNA (Şekil 3D) için esnek bir iplik kullanılarak görüntülenebilir. Nükleozom çekirdek partikülleri yığınıbirbirlerini, bir 30 mil çaplı &quot;fiber&quot; solak suprahelical yapı daha yüksek seviyeli bir düzeneğinin oluşturulması için. En iyi 10 nm nucleosome çekirdek partikülleri 30 nm kromatin montaj, baskı birey &quot;di-nucleosome&quot; parçacıklar (Şekil 3E) oluşturmak ve sonra da (Şekil 3F) yazdırdıktan sonra onları yığını yığını nasıl göstermek için. Bir kez, Şekil 4&#39;te gösterildiği gibi tek bir ekstrüzyon yüzeyi ve şerit akışı, atomik molekül ve bileşik modellerin bir dizi yapım keşfetmek yukarıda tarif edilen hakim. Örneğin, yüzey ve şerit temsilleri bir kompleksin dışında farklı bölümlerini (Şekil 4B DNA polimeraz bakınız) ayarlamak için birleştirir. Tek bir 3D nesne haline aynı anda iki iplikçikler eritebilir bir çift ekstrüzyon yazıcı kullanarak daha öğretici ve çekici modelleri olun (bkz Şekil 4C). Alternatif olarak, modellerin boya parçaları (bkz guanine ve alfa sarmalı, Şekil 4A). Baskı ve sodyum kanalı gibi, bir protein kompleksinin alt birimlerini bir araya, ya da karmaşık ayrı parçaların baskı ve daha büyük, çok renkli modeline daha sonra montaj bunu daha da ileri götürmek (HIV antikor ve ribozomal kompleksleri, bkz Şekil 4 ° C). Böyle kompozit modelleri tek filamanlı baskılar göre fonksiyonel özelliklerini göstermek için daha iyi edebiliyoruz. Farklı renkler, vurgulamak örneğin proteinine karşı protein (HIV modeli) veya RNA karşı glikosilasyon (ribozom modeli, bkz Şekil 4C) için. Ayrıca sadece tek bir 3D yapılandırma, her iki parça arasında sıkı bir uyum sağlar Antikor, (gp120 antikor tarafından bağlanan bkz Şekil 4C), HIV yüzeye bağlanabilen gibi eğitim 3D bulmaca oluşturulması için izin verir. Bu modelleri yazdırma hakkında talimatlar ek 5. Ayrıca bulunabilir, biz th bir 3D model yapısını gösteren bir ek bir video hazırladıke Fo bu katalitik mekanizma enzimleri sırasında meydana gelen döner mekanizma özetlemek böylece şekilde parçalar halinde basılmış ve toplandı / F1 proton ATP sintaz. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/55427/55427fig1.jpg" /> Şekil 1. İş Akışı hazırlamak ve bir 3D model yazdırmak için. Fiziksel 3D biyomoleküler baskı üretiminde aşamalar gösterildiği: (i) temsil seçme dahil modelini hazırlamak; (Ii) modeli kaydedilmiş stl dosyasını açarak ve dilimleme yazılımını kullanarak dosyayı işleme; (Iii) modeli baskı ve malzeme veya filamanın seçimi; ve nihayet, (iv) üretim sonrası adımları gerçekleştirmeden.<a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55427/55427fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/55427/55427fig2.jpg" /> Hazırlık çeşitli aşamalarında modellerin farklı temsilleri 2. Görselleri Şekil. Üst satır: iki model (ubikuitin (PDB 1UBQ) ve arginin) Ortak temsilleri programını Chimera kullanılarak görüntülendi. Özelliği ubikitin ve arginin türüne göre renkli Chimera STL modellerinden oluşturulan baskı takım yolu: Orta sıra (turuncu: dolgu deseni; koyu mavi: dış kabuk; açık mavi: iç kabuk). Alt sıra: ubikuitin ve arginin Final baskılar. ubikitin Yüzey ve iki şerit modelleri, varsayılan Chimera STL çıktı% 300 yazdırılan, (Chimera varsayılan modelinde 1 nm ve baskı 1 cm) arginin modeli w ise1.000% yazdırılır. Chimera varsayılan şerit veya çubuk modelleri düzgün yazdırmak için çok ince, ama kalınlaşmış versiyonları güvenilir basacaktır. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55427/55427fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/55427/55427fig3.jpg" /> 3. Nükleozom vaka çalışması Şekil. (A) kalınlaşma tarafından verilen Tek histon H3 proteini &quot;kurdele&quot;% 300 yazdırılır. % 200 yazdırılan (B) Histon H3 proteini &quot;yüzey&quot; temsil. % 100 basılı oktamer (C) Histon proteini. % 100 esnek baskı DNA (beyaz) ile kompleks (D) Histon proteini oktamer (turuncu). (E) Dinucleosome yüzey modeli varsayılan prob yarıçapı ile basılmış ve% 100 ölçeğinde basılmış. (F) bir melle% 50 ve% 25 boyutlarda basılmış yüzey 3 Å bir sonda yarıçapı ile kılındı ​​&quot;10-nm&quot; dinucleosome, tek tek basılı modeller istifleme tarafından oluşturulan kromatin &quot;30-nm fiber&quot; nin odel ve düzenlenen birlikte Play-Doh ile. 3D baskılar dinucleosome (PDB 1ZBB) bir modeli oluşturuldu. Tüm modeller NIH 3D Baskı Borsası 11 indirmek için serbestçe kullanılabilir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55427/55427fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/55427/55427fig4.jpg" /> 3D baskılı modeller Şekil 4. Örnekler filaman yazıcılar kullanarak üretti. (A) Sol, altıgen buz kristalleri (dual-filaman baskı) su moleküllerinin bir top ve sopa modeli. Orta bir nükleotid (guanin) modeli. Doğru, bir protein alfa h<html> Hidrojen bağları gösteren elix omurga sadece model (siyah). Guanin ve alfa sarmalı Sharpies manuel boyanmıştır. (B) sol birlikte birleştirilebilir 4 alt-birimden oluşan sodyum kanal (PDB 3E89). Orta, Plasmodium falciparum L-laktat dehidrogenaz (PDB 1T2D) kurdele gibi basılmış. DNA polimeraz aktif sitesine (PDB 1KLN) Sağ, modeli, kurdele gibi yüzey ve protein olarak gösteren DNA. (C) Sol, glikoprotein HIV lipid zarf (PDB 5FUU)% 15 yazdırılan antikorların (PDB 1IGT), bağlı. Orta, şeritler (PDB 5FYJ) olarak gösterilen bir antikorun değişken bölgesi% 150 glikoprotein antijeni yüzeyinin detay. Bakteriyel 70S ribozom (PDB 4V5D) Sağ, modeller% 40 ve% 20. Yüzdeler% 100 1 mm olarak molekül baskılar 1 nm anlamına standart Chimera çıktı, bakın. Tüm modeller NIH 3D Baskı Borsası 11 indirmek için serbestçe kullanılabilir.OAD / 55427 / 55427fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Watch this Scientific Journal Video about 3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy at JoVE.com

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

Physical models of biomolecules can facilitate an understanding of their structure-function for the researcher, aid in communication between researchers, and serve as an educational tool in pedagogical endeavors. Here, we provide detailed guidance for the 3D printing of accurate models of biomolecules using fused filament fabrication desktop 3D printers.

Araştırma ve Pedagoji için Biyomoleküler Modelleri 3D Baskı

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

3d-printing-of-biomolecular-models-for-research-and-pedagogy

Research

JoVE Journal

Engineering

23.6K Görüntüleme.  Brandeis University. Physical models of biomolecules can facilitate an understanding of their structure-function for the researcher, aid in communication between researchers, and serve as an educational tool in pedagogical endeavors. Here, we provide detailed guidance for the 3D printing of accurate models of biomolecules using fused filament fabrication desktop 3D printers.

Video: 3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new attention as a unique mechanism for pattern transformation. Nature is full of such examples where a wealth of exotic patterns are formed through mechanical instability2-5. Inspired by this elegant mechanism, many studies have demonstrated creation and transformation of patterns using soft materials such as elastomers and hydrogels6-11. Swelling gels are of particular interest because they can spontaneously trigger mechanical instability to create various patterns without the need of external force6-10. Recently, we have reported demonstration of full control over buckling pattern of micro-scaled tubular gels using projection micro-stereolithography (P&mu;SL), a three-dimensional (3D) manufacturing technology capable of rapidly converting computer generated 3D models into physical objects at high resolution12,13. Here we present a simple method to build up a simplified P&mu;SL system using a commercially available digital data projector to study swelling-induced buckling instability for controlled pattern transformation.
A simple desktop 3D printer is built using an off-the-shelf digital data projector and simple optical components such as a convex lens and a mirror14. Cross-sectional images extracted from a 3D solid model is projected on the photosensitive resin surface in sequence, polymerizing liquid resin into a desired 3D solid structure in a layer-by-layer fashion. Even with this simple configuration and easy process, arbitrary 3D objects can be readily fabricated with sub-100 &mu;m resolution.
This desktop 3D printer holds potential in the study of soft material mechanics by offering a great opportunity to explore various 3D geometries. We use this system to fabricate tubular shaped hydrogel structure with different dimensions. Fixed on the bottom to the substrate, the tubular gel develops inhomogeneous stress during swelling, which gives rise to buckling instability. Various wavy patterns appear along the circumference of the tube when the gel structures undergo buckling. Experiment shows that circumferential buckling of desired mode can be created in a controlled manner. Pattern transformation of three-dimensionally structured tubular gels has significant implication not only in mechanics and material science, but also in many other emerging fields such as tunable matamaterials.

We demonstrate controlled pattern transformation of swelling gel tubes by elastic instability. A simple projection micro stereo-lithography setup is built using an off-the-shelf digital data projector to fabricate three-dimensional polymeric structures in a layer-by-layer fashion. Swelling hydrogel tubes under mechanical constraint display various circumferential buckling modes depending on dimension.

Yumuşak Malzemelerin Mekaniği Çalışması Dijital Projektör ve Uygulama Kullanarak Mikro 3D Baskı

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Mühendislik

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

1-2 Düzlem Flow-Küçük Açı Nötron Saçılma kullanma Malzeme Mikroyapı altında Akış Ölçme

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Research and Development of High-performance Explosives

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of Photonic Doppler Velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

Yüksek performanslı Patlayıcılar Araştırma ve Geliştirme

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Transfer Baskı ile Hidrojene Mikrokristal Silikon Güneş Pilleri Işık Yakalama Gümüş Nanoyapıların Entegrasyonu

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less environmentally damaging with lower processing temperatures presenting a viable and low cost alternative to conventional production. This paper further enhances these environmental credentials by evaluating the digital printing and therefore additive production route for these cells. This is achieved here by investigating the formation and performance of a metal oxide photoelectrode using nanoparticle sized titanium dioxide. An ink-jettable material was formulated, characterized and printed with a piezoelectric inkjet head to produce a 2.6 &#181;m thick layer. The resultant printed layer was fabricated into a functioning cell with an active area of 0.25 cm2 and a power conversion efficiency of 3.5%. The binder-free formulation resulted in a reduced processing temperature of 250 &#176;C, compatible with flexible polyamide substrates which are stable up to temperatures of 350 &#730;C. The authors are continuing to develop this process route by investigating inkjet printing of other layers within dye sensitized solar cells.

This paper investigates the suitability of inkjet printing for the manufacturing of dye-sensitized solar cells. A binder-free TiO2 nanoparticle ink was formulated and printed onto a FTO glass substrate. The printed layer was fabricated into a cell with an active area of 0.25 cm2 and an efficiency of 3.5%.

Boya duyarlı güneş pilleri için Titanyum Dioksit Dijital Baskı

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Dielectric RheoSANS &#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and microstructural properties of complex fluids is presented. The instrument consists of a Couette geometry contained within a modified forced convection oven mounted on a commercial rheometer. This instrument is available for use on the small angle neutron scattering (SANS) beamlines at the National Institute of Standards and Technology (NIST) Center for Neutron Research (NCNR). The Couette geometry is machined to be transparent to neutrons and provides for measurement of the electrical properties and microstructural properties of a sample confined between titanium cylinders while the sample undergoes arbitrary deformation. Synchronization of these measurements is enabled through the use of a customizable program that monitors and controls the execution of predetermined experimental protocols. Described here is a protocol to perform a flow sweep experiment where the shear rate is logarithmically stepped from a maximum value to a minimum value holding at each step for a specified period of time while frequency dependent dielectric measurements are made. Representative results are shown from a sample consisting of a gel composed of carbon black aggregates dispersed in propylene carbonate. As the gel undergoes steady shear, the carbon black network is mechanically deformed, which causes an initial decrease in conductivity associated with the breaking of bonds comprising the carbon black network. However, at higher shear rates, the conductivity recovers associated with the onset of shear thickening. Overall, these results demonstrate the utility of the simultaneous measurement of the rheo-electro-microstructural properties of these suspensions using the dielectric RheoSANS geometry.

Here, we present a procedure for the measurement of simultaneous impedance, rheology and neutron scattering from soft matter materials under shear flow.

Dielektrik RheoSANS - Empedans, Reoloji ve Kompleks Sıvılar Küçük Açı Nötron Saçılma eşzamanlı Sorgulama

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent this outflow, a control device is required. A siphon breaker is a type of safety device that can be utilized to control the loss of coolant water effectively.
To analyze the characteristics of siphon breaking, a real-scale experiment was conducted. From the results of the experiment, it was found that there are several design factors that affect the siphon breaking phenomenon. Therefore, there is a need to develop a theoretical model capable of predicting and analyzing the siphon breaking phenomenon under various design conditions. Using the experimental data, it was possible to formulate a theoretical model that accurately predicts the progress and the result of the siphon breaking phenomenon. The established theoretical model is based on fluid mechanics and incorporates the Chisholm model to analyze two-phase flow. From Bernoulli&#39;s equation, the velocity, quantity, undershooting height, water level, pressure, friction coefficient, and factors related to the two-phase flow could be obtained or calculated. Moreover, to utilize the model established in this study, a siphon breaker analysis and design program was developed. The simulation program operates on the theoretical model basis and returns the result as a graph. The user can confirm the possibility of the siphon breaking by checking the shape of the graph. Furthermore, saving the entire simulation result is possible and it can be used as a resource for analyzing the real siphon breaking system.
In conclusion, the user can confirm the status of the siphon breaking and design the siphon breaker system using the program developed in this study.

The siphon breaking phenomenon was investigated experimentally and a theoretical model was proposed. A simulation program based on the theoretical model was developed and the results of the simulation program were compared with experimental results. It was concluded that the results of the simulation program matched the experimental results well.

Sifon kırıcı deney ve simülasyon incelenmesi için bir araştırma reaktörü

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Surgical Techniques for Catheter Placement and 5/6 Nephrectomy in Murine Models of Peritoneal Dialysis

Peritoneal dialysis (PD) is a renal replacement therapy consistent on the administration and posterior recovery of a hyperosmotic fluid in the peritoneal cavity to drain water and toxic metabolites that functionally-insufficient kidneys are not able to eliminate. Unfortunately, this procedure deteriorates the peritoneum. Tissue damage triggers the onset of inflammation to heal the injury. If the injury persists and inflammation becomes chronic, it may lead to fibrosis, which is a common occurrence in many diseases. In PD, chronic inflammation and fibrosis, along with other specific processes related to these ones, lead to ultrafiltration capacity deterioration, which means the failure and subsequent cessation of the technique. Working with human samples provides information about this deterioration but presents technical and ethical limitations to obtain biopsies. Animal models are essential to study this deterioration since they overcome these shortcomings.
A chronic mouse infusion model was developed in 2008, which benefits from the wide range of genetically modified mice, opening up the possibility of studying the mechanisms involved. This model employs a customized device designed for mice, consisting of a catheter attached to an access port that is placed subcutaneously at the back of the animal. This procedure avoids continuous puncture of the peritoneum during long-term experiments, reducing infections and inflammation due to injections. Thanks to this model, peritoneal damage induced by chronic PD fluid exposure has been characterized and modulated. This technique allows the infusion of large volumes of fluids and could be used for the study of other diseases in which inoculation of drugs or other substances over extended periods of time is necessary.
This article shows the method for the surgical placement of the catheter in mice. Moreover, it explains the procedure for a 5/6 nephrectomy to mimic the state of renal insufficiency present in PD patients.

This article shows the method for the surgical placement in mice of an intraperitoneal catheter attached to an access port that is positioned at the back of the animal. Moreover, it explains the procedure for a 5/6 nephrectomy to resemble the uremic state of PD patients.

Kateter yerleştirme ve 5/6 nefrektomi periton diyalizi fare modelleri için cerrahi teknik

Peritoneal dialysis (PD) is a renal replacement therapy consistent on the administration and posterior recovery of a hyperosmotic fluid in the peritoneal ...

Multi-material Ceramic-Based Components &#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three dimensions for the geometry and one degree of freedom concerning the material properties at each position) the Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) was developed. It is a direct AM technology which allows the AM of multi-material components. To demonstrate the advantages of this technology black-and-white zirconia components were additively manufactured and co-sintered defect-free.
Two different pairs of black and white zirconia powders were used to prepare different thermoplastic suspensions. Appropriate dispensing parameters were investigated to manufacture single-material test components and adjusted for the additive manufacturing of multi-color zirconia components.

Here we describe a protocol for additively manufacturing black-and-white zirconia components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) and co-sintering defect-free.

Çoklu malzeme Seramik tabanlı bileşenler-katkı siyah-beyaz zirkon bileşenleri termoplastik 3D baskı tarafından (CerAM - T3DP) üretim

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three ...

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. This wetting phenomenon is important in many technical fields ranging from physiology to aerospace engineering. Currently, several different techniques exist for fabricating hemiwicking structures. These conventional methods, however, are often time consuming and are difficult to scale-up for large areas or are difficult to customize for specific, nonhomogeneous patterning geometries. The presented protocol provides researchers with a simple, scalable, and cost-effective method for fabricating micro-patterned hemiwicking surfaces. The method fabricates wicking structures through the use of stamp printing, polydimethylsiloxane (PDMS) molding, and thin-film surface coatings. The protocol is demonstrated for hemiwicking with ethanol on PDMS micropillar arrays coated with a 70 nm thick aluminum thin-film.

A simple protocol is provided for the fabrication of hemiwicking structures of varying sizes, shapes, and materials. The protocol uses a combination of physical stamping, PDMS molding, and thin-film surface modifications via common materials deposition techniques.

Ölçeklenebilir pul baskı ve Hemiwicking yüzeyler imalatı

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. ...