Модель молекулы своими руками из бумаги: Практическая работа на тему «Изготовление моделей молекул – представителей различных классов органических соединений». Строение вещества Модели молекул различных веществ

Содержание

Бумажная модель ДНК (двойная спираль)

Из этой инструкции вы узнаете, как сделать модель днк из бумаги. Такую модель можно сделать для демонстрации на уроке биологии. Это не заняло много времени и принесло приятный результат.

Изготовление модели днк своими руками

Материалы

В любом случае вам потребуются:

• 1 лист бумаги 21 х 28 см

• Карандаш

• Линейка

Практически лист бумаги может быть любого размера. Лучше всего работается при ширине листа 20-22,5 см.

Использовать такую модель можно для занятного и недорогого изучения ДНК. Ученики усвоят, как четыре химических вещества (гуанин, аденин, тиамин и цитозин) объединяются в длинные сложные структуры для создания рабочего чертежа того, что делает клетка.

ПРИМЕЧАНИЕ: ДНК на фотографиях закручена влево. Как объяснили мне, фактически спираль ДНК направлена вправо. Именно из этого следует исходить, делая складки.

1. Примерно так выглядит конечный результат. Это можно сделать в цвете.

Шаг 1: Сделайте пометку в середине

Сделайте пометку в середине листа бумаги. На стандартном листе пометка будет примерно в 10,5 см от краев.

1. Это линия середины листа бумаги. Не обязательно делать сгиб по ней сейчас.

Шаг 2: Разметка сахаро-фосфатного остова

Отмеряем 1 см от каждого края и по 1 см с обеих сторон от средней линии. Эти линии ограничивают сахаро-фосфатный остов ДНК.

1. По 1 см от середины в каждую сторону

1. Вот что должно получиться.

Шаг 3: Разметка каждого азотистого основания

Теперь воспользуйтесь линейкой, чтобы провести линии через каждые 2,5 см поперек средней линии. Старайтесь провести их параллельно, иначе модель не получится.

Теперь проведите линии наискосок каждого получившегося у вас прямоугольника. Эти линии должны сойтись у середины, как буква «V». Посмотрите на снимке, как я случайно провел их неправильно.

Если вам хочется раскрасить модель, это нужно сделать именно в этом шаге. Просто разделите каждый прямоугольник пополам и раскрасьте их в соответствии с азотистыми основаниями.

Помните: аденин → тиамин, а гуанин → цитозин.

Чтобы раскрасить остов, разделите каждый участок по краям и в середине пополам и чередуйте черный и белый цвета.

1. По линии через каждые 2,5 см

1. Это нужно было сделать по-другому.

2. Это нужно было сделать по-другому.

Шаг 4: Сложите вдвое

Сложите просто прямо.

1. Сложено вдвое

Шаг 5: Отогните остов

Отогните края листа с обеих сторон, с одной — вверх, а с другой — вниз.

1. Вниз

2. Вверх

Шаг 6: Займитесь азотистыми основаниями

Отгибайте каждый прямоугольник назад по начерченным линиям. Лист должен свернуться в небольшую трубку.

1. Мило и кругло

Шаг 7: Прогните вверх

Прогибая, не слишком усердствуйте.

1. Смотри, прогнулось вверх!

Шаг 8: Согните по диагоналям

Согните назад по каждой диагональной линии. Сгибайте только диагонали прямоугольников. Модель должна скрутиться в спираль.

1. Согнуто назад

2. Согнуто по-другому

3. Не сгибайте дальше этой точки.

1. Заспиралило

Шаг 9: Сожмите модель ДНК

Бережно соберите всю модель, начиная сверху. Постарайтесь не смять ее! Сожмите , обязательно сгибая каждую складочку.

1. Полностью собрана

Шаг 10: Отпустите!

Отпустите сжатую полосу ДНК. Поздравляю! Вы у финиша!

1. Все сделано!

Шаг 11: Немного о ДНК

Для тех, кто не знает всех этих подробностей о ДНК.

ДНК означает дезоксирибонуклеиновая кислота. Она находится внутри ядрышка, которое является частью ядра эукариотических клеток. В прокариотических клетках ДНК свободно плавает из-за отсутствия в клетке мембраны.

Это рабочий чертеж для многого из того, что делает клетка. Каждый элемент ДНК называется нуклеотидом. Нуклеотид состоит из одной молекулы фосфата, одной молекулы сахара (деоксирибозы) и одного азотистого основания.

Существуют четыре типа азотистых оснований. Тиамин, аденин, гуанин и цитозин.

Тиамин соединяется только с аденином.

Цитозин соединяется только с гуанином. Особый порядок азотистых оснований определяет, что создает спираль.

Сахар (деоксирибоза) и фосфат образуют сахаро-фосфатный остов.

Причина закручивания ДНК — это способ соединения трех компонентов в нуклеотид. Совершенства в природе, как правило, нет, и трем компонентам для образования связи приходится перекрутиться.

1. Эта химическая структура изменяется в зависимости от типа азотистого основания.

путь от гравюры до нанороботов длиной в 30 лет

Сложить журавлика из бумаги — легко! Сложить журавлика из молекулы ДНК… тоже легко! Немного усидчивости и мастерства позволяют своими руками создавать из бумаги настоящие произведения искусства. Молекулы ДНК, в свою очередь, не требуют специальных навыков и собираются в красивые структуры на подобие оригами легко и непринужденно! Звучит как бред сумасшедшего, скажете вы. Отнюдь! Из этой статьи вы узнаете, как создать свою собственную фигурку оригами из ДНК, как похитить золото с помощью роботов, и кто победит в схватке между тараканом и ДНК-машиной.

Эта работа публикуется в рамках конкурса научно-популярных статей, проведенного на конференции «Биология — наука 21 века» в 2014 году.

ДНК-оригами и связанные с этим ДНК-нанотехнологии сформировали в последнее десятилетие отдельное научное направление и получили стремительное развитие в работах нескольких научных групп по всему миру. В общем случае, за термином «ДНК-оригами» скрывается технология направленного конструировании молекул ДНК, способных к самосборке в заранее рассчитанные и смоделированные объекты. Такие конструкции могут быть как плоскими, так и объемными, довольно простыми и чрезвычайно замысловатыми. Все так же, как в японском искусстве складывания бумажного листа, только здесь вместо листа бумаги выступает нить ДНК!

Словарик

Аптамер: короткая цепочка ДНК, специфически связывающаяся с молекулой-«мишенью». Специальным образом «собранные» аптамеры могут связываться с нуклеиновыми кислотами, белками, полисахаридами и другими молекулами.
АСМ: (атомно-силовая микроскопия) метод, позволяющий определять структуру поверхности исследуемых образцов посредством сканирования сверхтонким зондом [6].
ДНК-шпилька: двухцепочечный участок одноцепочечной молекулы ДНК, образованный в результате комплементарного спаривания между соседними инвертированными последовательностями нуклеотидов.
Отжиг: процедура нагрева и постепенного охлаждения раствора с молекулами. При нагреве происходит разрыв слабых молекулярных связей, которые начинают восстанавливаться при охлаждении образца.
FRET: резонансный перенос энергии флуоресценции [17].

Как и многие научные открытия и разработки, это направление возникло, в некоторым смысле, случайно и неожиданно. Впервые о конструировании и использовании 3D-структур из ДНК всерьез заговорил американский ученый Нэд Симан (Ned Seeman) в начале 1980-х гг. Исследователь указывал на одну из главных сложностей метода рентгеновской кристаллографии (используемого тогда и по сей день для определения структуры белковых молекул), а именно необходимость подбора точных условий для получения «чистого» кристалла, по которым можно судить о структуре белка, и ставил своей целью разработку вспомогательной технологии фиксации белковых образцов (рис. 1). Для решения поставленных задач нужно было для начала разобраться с тем, как по собственному желанию и разумению собирать молекулы ДНК в необходимые конструкции.

Рисунок 1. а — Гравюра на дереве «Глубина», созданная Маурицем Корнелисом Эшером в 1955 году. Поговаривают, что, глядя на это произведение искусства в университетской столовой, Нэд Симан вдохновился на создание новой технологии, упрощающей кристаллизацию полипептидов и, следовательно, структурные исследования белков. С определением пространственной организации белков что-то не заладилось, но зато идеи Симана были подхвачены другими исследователями и привели к возникновению ДНК-оригами [1], [2].

б — Схема процесса кристаллизации белков, нарисованная Симаном. в — Идея ДНК-структур для правильной ориентации молекул в пространстве, изображенная Симаном.

Поиск и описание различных свойств элементарных ДНК-конструктов длились несколько лет. В 1991 году Нэд Симан представил нанометровый куб, ребра которого представляли собой молекулы ДНК [3]. Спустя некоторое время, несмотря на скептическое отношение некоторых ученых, работа была признана выдающейся. За неё Нэд Симан был удостоен Фейнмановской премии по нанотехнологиям в 1995 году и навсегда вошел в историю науки как создатель первых ДНК-нанотехнологий.

Результаты Нэда Симана и его лаборатории послужили фундаментом для идей другого блистательного исследователя и, без преувеличения, крупной фигуры в области ДНК-оригами — американца Пола Ротемунда. В 2006 году он опубликовал статью в авторитетнейшем научном издании Nature [4], в которой был описан метод получения точных ДНК-структур с заданной формой, а также были представлены детальные результаты и анализ такого направленного конструирования. В отличие от других исследователей, ему удалось строить не решетки из отдельных молекул, а настоящие плоские фигуры шириной в несколько цепочек ДНК (рис. 2). Эта статья сразу разлетелась по научно-популярным журналам, новостям и блогам, ведь представленные структуры и изображения впечатляли даже неподготовленного с научной точки зрения читателя. Не удивительно, что иллюстрации эксперимента красовались на обложке выпуска журнала.

Рисунок 2. Некоторые структуры, построенные при помощи ДНК-оригами и представленные в статье Пола Ротемунда

В последующие годы вышло несколько десятков статей, посвященных технологии ДНК-оригами. Росло число полученных форм, размеров конструкций и их сложности. Некоторые из результатов были экспериментально опробованы на реальных биологических объектах для решения прикладных биотехнологических и медицинских задач.

Двумерное ДНК-оригами: от простого к сложному

Как же ученые складывают ДНК-оригами? Разберемся в деталях данного метода. Для начала нам потребуется длинная одноцепочечная молекула ДНК, которая будет играть роль каркаса и основы нашего будущего объекта. В первых экспериментах использовалась ДНК фага M13 длиной 7249 нуклеотидов, однако сейчас с усовершенствованием ряда технологий стали использовать другие последовательности ДНК. Затем нам понадобятся заранее синтезированные короткие комплементарные цепочки ДНК (также называемые «скрепляющими цепочками» или «ДНК-скрепками», обычно 30-40 нуклеотидов в длину), последовательность которых необходимо подобрать при помощи компьютерного моделирования и анализа структур. Теперь смешаем растворы с длинной молекулой и короткими «скрепками» и нагреем смесь до температуры 95 °C, чтобы случайные и ненужные молекулярные связи распались. В процессе остывания до комнатной температуры (эта процедура называется отжигом) молекулы ДНК сами соберутся вместе, образуя нужную нам структуру. Проще простого — они всё делают за нас сами!

Рисунок 3. а, б — Иллюстрируют схему связей между каркасной ДНК (серая кривая) и скрепляющими олигонуклеотидами (кривые разных цветов). в — Пошаговая схема по изготовлению ДНК-оригами.

В результате эксперимента получается раствор, содержащий желаемые ДНК-конструкции. В одной-единственной капле раствора скрываются миллиарды крошечных объектов, которые, в отличие от бумажных фигурок оригами, нельзя потрогать, повертеть в руках и рассмотреть. Для оценки результата нам потребуется прибор со сверхвысоким разрешением — атомно-силовой микроскоп (АСМ) [6] или электронный микроскоп. Ведь рассмотреть фигурки размером 50-100 нм так непросто!

Для создания плоских структур ДНК-оригами смежные двухцепочечные молекулы должны быть соединены друг с другом кроссовером — особым типом переплетения нитей ДНК. Такое переплетение «склеивает» соседние цепочки посредством уотсон-криковского комплементарного спаривания и не дает всей структуре рассыпаться. Учитывая большое количество скрепляющих цепочек, требуются алгоритмы для расчета вероятности их точной посадки на основную цепь. Если ДНК-скрепка сядет не в том месте, то это может повлечь за собой как дефект структуры, так и полную путаницу в посадке всех остальных скрепок. В худшем случае это может привести к тому, что структура не соберется вовсе. Все-таки самосборка молекул в идеально плоскую структуру — это не такая уж и легкая задача.

Рисунок 4. Точность собранного рисунка может быть довольно высока и находиться буквально на грани разрешения современных приборов. Можно добиться того, чтобы на ровном плоском «ДНК-полотне» в заранее предусмотренных местах будут выбиваться ДНК-шпильки. Это выглядит так, как если бы на кусочке ткани сделали рисунок узелками. Именно так была собрана карта западного полушария Земли, которую можно было увидеть исключительно при помощи АСМ.

Двумерные структуры на основе ДНК-оригами позволяют достичь не только большого многообразия форм — с помощью этой техники можно добиться невиданной до этого точности в размещении требуемых функциональных групп и молекул. Связанные с ДНК-скрепками молекулы могут быть размещены с точностью до нескольких нанометров и даже ангстрем (при условии правильной сборки)!

Если требуется собрать структуру побольше, нужно всего лишь соединить несколько длинных цепочек в одну составную конструкцию, как в конструкторе или крупных оригами-фигурах. На практике это можно осуществить так же, как было описано для одной единственной каркасной молекулы ДНК — нужно смешать все ингредиенты будущего объекта в одной пробирке, нагреть и ждать чуда, или собрать каждую деталь по отдельности, после чего объединить уже готовые элементы для окончательной сборки при менее интенсивном нагреве. В первом подходе нам приходится работать с достаточно большим количеством компонентов, ввиду чего увеличивается вероятность неправильной сборки молекул. При сборке деталей по отдельности необходимо провести несколько независимых экспериментов и совершить дополнительный шаг — повторный отжиг малых структур при нагреве до температуры 50 °C. При такой температуре детали еще не разваливаются на части, но уже более охотно связываются с друг с другом [7], [8].

Трехмерное ДНК-оригами

При определенных модификациях подход, который применяется для конструирования плоских структур, может быть обобщен до более сложного объемного случая. При конструировании 3D-структур можно, как и раньше, использовать кроссоверы, учитывая дополнительное третье измерение, и собирать все за один эксперимент, либо нужно начинать с собранных по отдельности плоских ДНК-объектов и лишь потом объединять их в конечную конструкцию. Выбор правильной последовательности действий в случае трехмерного ДНК-оригами чрезвычайно важен из-за значительно большего числа используемых молекул. Для особо сложных конструкций (особенно, при выборе первой стратегии сборки за один эксперимент) самосборка объекта может занимать несколько дней.

Несмотря на все сложности, которые могут возникнуть, объемные конструкции так привлекательны для исследователей! Ведь объемные объекты, ввиду многообразия возможных форм, могут быть использованы в широком круге самых разных прикладных задач.

Так, используя несколько одинаковых квадратов, ученым удалось собрать полый куб [9] (правда, немного деформированный). Для устранения недостатков конструкции исследователи приделали к этому кубу крышку, которая запиралась на замок нанометровых размеров. Открытием крышки можно было управлять при помощи изменения конформации замка за счет спаривания с небольшими «ДНК-ключами» (рис. 5). Убедиться в том, что куб надежно закрывается на замок и открывается лишь определенным ключом, помог эффект FRET [17]. При этом данная конструкция стала одним из первых в своем роде контейнером для адресной доставки лекарств. Пока только в перспективе, конечно же.

Рисунок 5. ДНК-«коробочка» с открывающейся крышкой и молекулярным «замком». Получена в Датском центре ДНК-нанотехнологий в 2009 году. Предполагается, что в будущем такая конструкция будет использоваться для адресной доставки лекарств к определенным клеткам, где она будет открыта при помощи молекулярного «ключа».

Следующим этапом конструирования 3D объектов стала сборка строительных блоков, которые в дальнейшем скреплялись между собой, как детали конструктора (подробнее об этом можно прочесть в [10]).

Применение ДНК-оригами: ДНК-чипы, молекулярные машины и нанороботы

Пока мы затрагивали в основном процесс конструирования и сборки ДНК-оригами, и практически никак не упоминали о том, зачем все это нужно. И действительно, ведь ДНК-структуры разрабатываются не для того чтобы ими любоваться и получать эстетическое удовольствие! Современные ДНК-нанотехнологии направлены на решение нескольких прикладных задач, связанных с медициной, биотехнологией и программированием.

ДНК-конструкции могут нести на поверхности несколько строго ориентированных функциональных групп, специфически связывающих ту или иную молекулу, и, таким образом, регистрировать их присутствие. В самых простых случаях синтезируется специальная ДНК-скрепка с последовательностью, комплементарной молекуле РНК или ДНК в растворе. При использовании АСМ мы можем зафиксировать даже акт единичного связывания такой молекулы, так как при возникновении связи между структурой ДНК-оригами и целевой молекулой, последняя начинает сильно «выпирать» [11]. Это сразу бросается в глаза при анализе изображения.

Использование лигандов или аптамеров позволяет создавать настоящие сенсорные чипы. С их помощью можно регистрировать наличие не только одноцепочечных молекул нуклеиновых кислот, но и интересующих нас молекул белков и других соединений. При удачном стечении обстоятельств, речь может идти об обнаружении даже единичных молекул.

Способность к регистрации можно улучшить, фиксируя структуры ДНК-оригами на поверхности подложки. Подложка при этом заранее размечается методами литографии и травления, после чего обрабатывается специальными химическими соединениями. При правильной подготовке «плацдарма» для посадки, ДНК-структуры выстраиваются точно по порядку в интересующих нас местах и даже в нужной ориентации [12]. В совокупности, последовательность таких операций дает довольно точное размещение на подложке конструкций ДНК-оригами, которые, в свою очередь, служат подложкой для еще более точного размещения исследуемых молекул самой разной природы. Чип для широкого круга регистрируемых химических соединений готов к использованию!

Одним из интереснейших направлений ДНК-нанотехнологий является создание молекулярных машин, которые могли бы проводить разнообразные операции при минимальном участии человека. Например, Нэд Симан с коллегами собрал шагающую ДНК-машину с двумя ногами [13], [14]. На заранее сконструированной подложке (тоже собранной из ДНК) они разместили несколько других простых ДНК-машин, которые держали золотые наночастицы и могли их высвобождать при изменении конформации. Наш «молекулярный пешеход» ходил по подложке (по заранее известной дороге, которую тоже надо было собрать) и, когда оказывался вблизи носителей золота, отбирал у них золотую наночастицу! Заполучив немного золота, наш герой не успокаивался и шел за следующей порцией золотой добычи. По окончанию экспериментов жадный ДНК-пешеход должен был неплохо обогатиться!

Для того, чтобы продемонстрировать возможности программируемого перемещения молекулярных машин, другая группа исследователей собрала ДНК-«паука» с тремя ногами и одним хвостом [15]. (Странный, конечно, паук получился, но мы закроем на это глаза.) К ногам ДНК-«паука» были прикреплены функциональные молекулярные группы, которые позволяли перемещаться по специально созданной для этого трассе. Паук был привязан молекулой-замком за хвост в самом начале своего пути; затем, после связывания молекулы-замка с молекулой-ключом, его отпускали на свободу, и он убегал исследовать мир! Передвижение ДНК-паука было заснято в реальном времени при помощи микроскопии полного внутреннего отражения — его средняя скорость составила 3 нм/мин. Видимо, он не убегал, а скорее с наслаждением прогуливался по своей дорожке.

Большие надежды возлагаются на ДНК-оригами и другие ДНК-нанотехнологии в связи с вопросом адресной доставки лекарственных средств нуждающимся клеткам. К сожалению, это направление не проработано так хорошо, как другие, и всё ещё находится на стадии интенсивных исследований. Остается верить, что открытия, связанные с ДНК-роботами, служащими на благо здравоохранения и человечества в целом, ещё впереди!

Вместо заключения

К настоящему моменту учеными из разных стран собран большой объем экспериментальных данных и описано большое число механизмов на основе ДНК-технологий, которые ещё только предстоит полностью осмыслить и оценить. Уже сейчас подробно описать каждую из полученных структур и её преимущества над другими не представляется возможным. Ведь если только 10 лет назад исследованиями такого рода занималось всего несколько лабораторий во всем мире, сейчас их количество исчисляется несколькими десятками. Относительно будущего данной области науки сказать определенно можно только одно — дальше будет еще интереснее! Чтобы убедить вас в этом, приведем заголовок статьи, которая вышла в апреле 2014 года — Universal computing by DNA origami robots in a living animal, в которой описано использование ДНК-нанороботов в живых тараканах [16]. Уверяем вас, удивительное будущее не за горами!

Nadrian C. Seeman. (1982). Nucleic acid junctions and lattices. Journal of Theoretical Biology. 99, 237-247;
Nadrian C. Seeman. (2003). DNA in a material world. Nature. 421, 427-431;
Junghuei Chen, Nadrian C. Seeman. (1991). The electrophoretic properties of a DNA cube and its substructure catenanes. Electrophoresis. 12, 607-611;
Paul W. K. Rothemund. (2006). Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature. 440, 297-302;
Carlos Ernesto Castro, Fabian Kilchherr, Do-Nyun Kim, Enrique Lin Shiao, Tobias Wauer, et. al.. (2011). A primer to scaffolded DNA origami. Nat Methods. 8, 221-229;
Атомно-силовая микроскопия: увидеть, прикоснувшись;
Arivazhagan Rajendran, Masayuki Endo, Yousuke Katsuda, Kumi Hidaka, Hiroshi Sugiyama. (2011). Programmed Two-Dimensional Self-Assembly of Multiple DNA Origami Jigsaw Pieces. ACS Nano. 5, 665-671;
Zhao Zhao, Yan Liu, Hao Yan. (2011). Organizing DNA Origami Tiles into Larger Structures Using Preformed Scaffold Frames. Nano Lett.. 11, 2997-3002;
Ebbe S. Andersen, Mingdong Dong, Morten M. Nielsen, Kasper Jahn, Ramesh Subramani, et. al.. (2009). Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid. Nature. 459, 73-76;
Элементы: «Наноструктуры из ДНК можно собирать по принципу конструктора „Лего“»;
Y. Ke, S. Lindsay, Y. Chang, Y. Liu, H. Yan. (2008). Self-Assembled Water-Soluble Nucleic Acid Probe Tiles for Label-Free RNA Hybridization Assays. Science. 319, 180-183;
Ryan J. Kershner, Luisa D. Bozano, Christine M. Micheel, Albert M. Hung, Ann R. Fornof, et. al.. (2009). Placement and orientation of individual DNA shapes on lithographically patterned surfaces. Nature Nanotech. 4, 557-561;
Tosan Omabegho, Ruojie Sha, Nadrian C. Seeman. (2009). A Bipedal DNA Brownian Motor with Coordinated Legs. Science. 324, 67-71;
Hongzhou Gu, Jie Chao, Shou-Jun Xiao, Nadrian C. Seeman. (2010). A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line. Nature. 465, 202-205;
Kyle Lund, Anthony J. Manzo, Nadine Dabby, Nicole Michelotti, Alexander Johnson-Buck, et. al.. (2010). Molecular robots guided by prescriptive landscapes. Nature. 465, 206-210;
Yaniv Amir, Eldad Ben-Ishay, Daniel Levner, Shmulik Ittah, Almogit Abu-Horowitz, Ido Bachelet. (2014). Universal computing by DNA origami robots in a living animal. Nature Nanotech. 9, 353-357;
Рулетка для спектроскописта.

Изготовьте из пластилина объемные модели молекул следующих веществ

Добавил:	DaRiuS
Рейтинг:	3,69
Награды:
Добавлен:	16.01.2019
Скачано:	18292 раз(а)
Dr.Web:	Вирусов не обнаружено

Такой простодушный изготовьте из пластилин объемные модели наверняка молекул следующих веществ провалил бы затею на каком-то этапе.

Помните, я ещё в Карачи говорил вам, что люди в нашем самолёте моделированы не во изготовьте из пластилин объемные модели молекул следующих веществ их биологической сложности, а только в их специальной функции.

А еще на литературном форуме библиотеки Вы можете пообщаться с единомышленниками, обсудить понравившиеся книги, высказать свое мнение о новинках библиотеки.

Они должны охранять дороги и защищать простых людей вроде нас, а чем занимаются.

Сотнями лет люди, прежде жившие в этих краях, писали на бересте, но, кажется, еще никто и никогда не решал на бересте уравнений в частных производных. И они собрались всей толпой, чтобы по-родственному обнять его.

Может быть, спецназовцы могут наблюдать, как появляющиеся в дверном проеме фигуры тают в воздухе.

Ничего сверхъестественного, обычная механическая процедура. Благодаря отзывам и комментариям, у Вас пластилин объемные модели возможность открыть для себя новых авторов и интересные произведения.

Молекулы из пластилина. Пошаговый урок лепки. Построение модели днк Молекула днк из пластилина

Выберите сорт конфет. Чтобы сделать боковые нити из сахара и групп фосфатов, используйте полые полоски черной и красной лакрицы. В качестве азотистых оснований возьмите конфеты «мармеладные мишки» четырех разных цветов.

Какие конфеты бы вы ни использовали, они должны быть достаточно мягкими, чтобы их можно было проткнуть зубочисткой.
Если у вас под рукой есть цветной зефир, он будет прекрасной альтернативой мармеладным мишкам.

Приготовьте остальные материалы. Возьмите веревку и зубочистки, которые вы используете при создания модели. Веревку нужно будет нарезать на куски длиной около 30 сантиметров, но вы можете сделать их длиннее или короче — в зависимости от выбранной вами длины модели ДНК.

Чтобы создать двойную спираль, используйте два куска веревки одинаковой длины.
Убедитесь, что у вас есть хотя бы 10-12 зубочисток, хотя вам может понадобиться немного больше или меньше — опять же в зависимости от размера вашей модели.

Нарежьте лакрицу. Вы будете вешать лакрицу, поочередно меняя ее цвет, длина кусков должна составлять 2,5 сантиметра.

Разберите мармеладных мишек по парам. В нити ДНК в парах расположены цитозин и гуанин (Ц и Г), а также тимин и аденин (Т и А). Выберите мармеладных мишек четырех различных цветов — они будут представлять разные азотистые основания.

Не важно, в какой последовательности располагается пара Ц-Г или Г-Ц, главное другое — чтобы в паре были именно эти основания.
Не делайте пары с несоответствующими цветами. Например, нельзя объединять Т-Г или А-Ц.
Выбор цветов может быть абсолютно произвольным, он полностью зависит от личных предпочтений.

Повесьте лакрицу. Возьмите два куска веревки и завяжите каждую в нижней части, чтобы предотвратить соскальзывание лакрицы. Затем нанизывайте на веревку сквозь центральные пустоты кусочки лакрицы чередующихся цветов.

Два цвета лакрицы символизируют сахар и фосфат, которые образуют нити двойной спирали.
Выберите один цвет, который будет сахаром, ваши мармеладные мишки будут прикрепляться к лакрице именно этого цвета.
Убедитесь, что на обеих нитях кусочки лакрицы расположены в одинаковом порядке. Если вы положите их рядом, то цвета на обеих нитях должны совпасть.
Завяжите другой узел на обоих концах веревки сразу после того, как вы закончите нанизывать лакрицу.

Прикрепите мармеладных мишек с помощью зубочисток. Как только вы распределили по парам всех мишек, получив группы Ц-Г и Т-А, воспользуйтесь зубочисткой и прикрепите по одному мишке из каждой группы на оба кончика зубочисток.

Протолкните мармеладных мишек на зубочистку так, чтобы торчало хотя бы полсантиметра острой части зубочистки.
У вас может получиться больше одних пар, чем других. Количество пар в реальной ДНК определяет различия и изменения генов, которые они образуют.

М ногие, наверняка знают, как легко и просто реплицировать часть собственной ДНК. Процесс нехитрый по сути. Зато сколько потом восторженных сюсюканий из серии “ах, как он/она похож(а) на папу/маму!”. Однако, задача сильно усложняется, когда нужно создать некую абстрактную модель ДНК у себя на столе из подручных материалов.

Нафига это мне понадобилось, спросите? Очень просто. У дочери в школе есть предмет аналогичный “биологии” в российских школах. Соответственно, ученикам задали домашний проект, который включает в себя не только получение теоретических знаний о строении ДНК, но и создание модели оной. C этой моделью потом нужно выступать перед учителем и классом, рассказывая, что там в ней и как.

Вообще, это будет не совсем “мой” пост. Он, скорее посвящен дочери. Хотя я и принимал некоторое участие в процессе, в основном это участие сводилось к консалтингу… Однако, вдруг кому будет интересно или, вдруг у кого ребенку в школе зададут сделать аналогичную шнягу. Вот и руководство готовое получится.

Согласно условиям задачи, модель должна удовлетворять определенным требованиям. Интересно, что ученик сам может выбрать, какие условия он выполнит. Каждый пункт презентации “весит” определенное количество зачетных баллов. Соответственно, можно пойти по простому пути и набрать некий минимальный проходной балл или попробовать реализовать “программу максимум”.

Исходная постановка задачи:

Так же, как следует из задачи, это не обязательно должна быть именно модель. Это может быть что угодно – от книжки с рассказом до пазла. Главное, чтобы это имело некое физическое представление. Отдельно отмечено, что, если ученик решит делать именно модель, то запрещается использовать готовый магазинный набор. Типа такого , например.

Дочь решила делать модель и постараться настрелять максимальное число баллов. ОК.

Начали с компьютерной модели… Я на самом деле – не настоящий сварщик. Ну, т.е., в общих чертах знаю, что такое ДНК, из чего она состоит и как её принято изображать. Не более того. Поэтому уже с самых первых шагов, инициативу перехватила дочь. Она смогла растолковать мне что из чего состоит и что к чему прикрепляется.

Вышло что-то вроде такого:

Когда стало понятно. какие запчасти нам понадобятся, отправились по магазинам.Понадобится: пенопластовые шарики двух размеров, деревянные прутки, краска, клей и кусочек MDF для подставки.

Ах, да… Еще обязательно понадобится Пес:

Если честно, я сам не очень понимаю за каким хреном нужен Пес, но зато у него самого уверенности в этом хватило на нас всех. На самом деле, он только мешался… Но может быть я просто что-то недопонял.

Пенопластовые шарики были куплены в “долларом” магазине. В разделе “все для вечеринок”. Даже не хочу пытаться понять, как в контексте вечеринки могут быть использованы пенопластовые шарики. Но хорошо, что они нашлись. Это был у нас самый проблематичный момент. Нужно было найти такие шарики, которые было бы легко обрабатывать. Например, стеклянные шарики не подойдут – запаришся сверлить. Деревянные… В принципе, подошли бы. Для меня. Но работать предстояло дочери и я сомневался, что она вот так сходу сможет ровно продырявить деревянный шарик ручной дрелью. Половину запорет с непривычки. А они достаточно дорогие. Нужен был более мягкий и дешевый материал. Пенопласт подошел просто идеально.

Деревянные рейки были куплены в магазине стройматериалов. Эти прутки – более тонкие собратья тех, что я использовал для декорирования кровати и тумбочек . С этим проблем не было. Они всегда есть в большом многообразии во всех строительных магазинах.

Краски/клей – тривиально. Взяли обычную краску в аэрозоле. Сперва попробовали на одном из шариков – краска пенопласт не съела. Соответственно купили нужное количество цветов. Клей – обычный ПВА.

Кусок MDF-панели для подставки у меня уже был в загашнике. Можно приступать к работе.

Сперва подставка. Дочь прислушалась к моему совету и распечатала на принтере шаблон, который приклеила на кусок MDF:

Её вариант был – найти блюдце подходящего диаметра и обрисовать по нему окружность. Но я смог её убедить, что такой путь – не путь самурая. Кому, как не мне знать, что у нас в хозяйстве нет блюдец подходящего диаметра с ровной кромкой – все с волнистым краем. Плавали уже – знаем:-)

На удивление ровно вырезала. Я даже прифигел слегка…

Незначительные неровности по краю она убрала на шлифмашинке:

Чтобы придать эстетизьму подставке, её кромка была обработана на фрезе:

Получился вот такой диск:

Ну и отверстие по центру, в которое будет вставлена модель:

Далее предстояла сама занудная операция. Нужно было взять пенопластовый шарик и просверлить в нем два сквозных отверстия крест накрест. Через первое отверстие такой шарик насаживается на общую ось, в другое отверстие, с обоих его концов втыкаются поперечные палочки. Таких шариков нужно было сделать десять штук:

Труднее всего было мне. Вы не представляете себе, какая это пытка – стоять и смотреть. Вместо того, чтобы самому схватить дремель и быстро насверлить все за пару минут. Дочь управилась где-то за пол часа… Неспешная методичность с которой она все это проделывала – просто убивала меня:-)

Полученный результат она назвала шашлыком:

Теперь в шашлык предстояло напихать поперечные палочки. Они были нарезаны все из того же деревянного прутка, что и центральная ось:

Опять же, она хотела резать палочки ножовкой, но мне удалось убедить её, что отрезной диск и дремель – гораздо быстрее.

Следующий этап: взять полученные палочки:

… и напихать их в полученный ранее шашлык:

Это нужно было для того, чтобы приклеить центральные шарики (кстати, это вам не фигня какая, а самые настоящие водородные связи) с общей палке. На фото можно увидеть, что к основанию прицеплен очередной шаблон на котором размечены сегменты. Поперечины втыкаются в шарик, на центральную ось наносится клей, шарик выставляется на нужной высоте и поворачивается вдоль нужного сектора разметки. Т.е. на данном этапе, поперечины помогают позиционировать центральный шарик с нужным углом поворота. Повторить десять раз:

После этого, поперечины можно вынуть и отправить запчасти в покраску:

Как все высохло, приступили к финишной сборке.

На каждую поперечную палочку прицеплялась деоксирибоза… Кажется… Deoxyribose в оригинале. Пес его знает, что это… Не важно. Главное, что дочь знает, что это. Ей перед учителем презентуху толкать, а не мне:-)

Сами эти шарики должны быть белыми, поэтому красить их не пришлось:

Долгий и кропотливый процесс сборки модели:

Осталось добавить только фосфатные цепочки (phosphates). Насколько мы поняли, их и принято изображать в виде той самой, узнаваемой двойной спирали.

Из плотной толстой бумаги серебристого цвета были выкроены две ленты:

Эти полоски клеятся к вершинам крайних шариков на модели. Вот так:

На этом этапе я впервые принял личное участие. Двух рук оказалось недостаточно. Надо, чтобы кто-то один держал и направлял полоски, а второй – мазал клеем и прижимал.

Худо-бедно мы с этой процедурой управились, получив в итоге, желаемую модель:

Согласно условиям задачи, нужно было так же, обозначить все запчасти. Решили ограничиться прилепливанием легенды к подставке. Как назло, кончились цветные чернила в принтере. Поэтому пришлось напечатать ч/б вариант и раскрасить его фломастерами:

Ламинация тоже не прошла с первого раза. Агрегат сжевал две этикетки, прежде чем нормально сделал третью:

Не знаю в чем дело было. Я уже сто раз пользовался этим агрегатом и ни разу до этого он ничего не жевал… Так или иначе, свою этикетку мы получили:

Модель готова:

Теперь дочери надо вызубрить устную часть презентации. Но с этим я уже помочь ей никак не могу. Надеюсь справится сама. Еще неделя у нее есть на зубрежку теоретической части. Напишу потом, как отсрелялась с проектом..

Исходная постановка задачи:

Дочь решила делать модель и постараться настрелять максимальное число баллов. ОК.

Вышло что-то вроде такого:

Ах, да… Еще обязательно понадобится Пес:

Кусок MDF-панели для подставки у меня уже был в загашнике. Можно приступать к работе.

На удивление ровно вырезала. Я даже прифигел слегка…

Незначительные неровности по краю она убрала на шлифмашинке:

Чтобы придать эстетизьму подставке, её кромка была обработана на фрезе:

Получился вот такой диск:

Ну и отверстие по центру, в которое будет вставлена модель:

Полученный результат она назвала шашлыком:

Следующий этап: взять полученные палочки:

… и напихать их в полученный ранее шашлык:

После этого, поперечины можно вынуть и отправить запчасти в покраску:

Как все высохло, приступили к финишной сборке.

Сами эти шарики должны быть белыми, поэтому красить их не пришлось:

Долгий и кропотливый процесс сборки модели:

Из плотной толстой бумаги серебристого цвета были выкроены две ленты:

Эти полоски клеятся к вершинам крайних шариков на модели. Вот так:

Худо-бедно мы с этой процедурой управились, получив в итоге, желаемую модель:

Ламинация тоже не прошла с первого раза. Агрегат сжевал две этикетки, прежде чем нормально сделал третью:

Модель готова:

Содержимое:

Создание модели ДНК — отличный способ больше узнать о том, каким образом эта замечательная молекула образует наши гены. Используя обычные бытовые материалы, вы сможете сделать собственную модель, в которой будут сочетаться ваши знания в области науки и умение мастерить, а в итоге вы получите отличный проект.

Шаги

1 Создание модели из бусинок и трубоочистителей

1 Соберите материалы и инструменты. Вам понадобится минимум четыре 30-см трубоочистителя и различные бусинки по меньшей мере шести цветов.
- Для этого проекта больше всего подходит крупный пластиковый бисер, однако вы можете использовать любые бусины, отверстие в которых достаточно большое, чтобы сквозь него прошел трубоочиститель.
- Каждая пара трубоочистителей должна быть определенного цвета, что даст вам суммарно четыре трубоочистителя двух разных цветов.
2 Нарежьте трубоочистители. Возьмите два трубоочистителя одинакового цвета и разрежьте их на полоски длиной 5 см. Вы будете использовать их, чтобы нанизывать на них пары бусин Ц-Г и Т-А. Другие два трубоочистителя не разрезайте.
3 Нанизывайте бусины на трубоочиститель, который будет нитью двойной спирали. Выберите бусины двух цветов, представляющие фосфатную группу и сахар, и нанизывайте их попеременно на каждый трубоочиститель.
- Удостоверьтесь, что две длинные нити, которые формируют двойную спираль, соответствуют заданному порядку расположения цветов.
- Оставьте немного места между бусинами для того, чтобы прикрепить туда остальные куски трубоочистителя.
4 Нанизывайте азотистые основания. Возьмите бусинки оставшихся четырех цветов и разберите их на пары. Одна и та же пара цветов должна всегда быть вместе, чтобы соответствовать парам цитозин-гуанин и тимин-аденин.
- Разместите по одной бусине из каждой пары на концах 5-сантиметрового куска трубоочистителя. Оставьте немного места на концах, чтобы обернуть их вокруг нитей двойной спирали.
- Не важно, в каком порядке бузины размещены на трубоочистителях, главное — соблюдать правильные пары.
5 Соедините трубоочистители с нанизанными на них бусинами. Возьмите 5-сантиметровые куски трубоочистителя и оберните их концы вокруг нитей длинной двойной спирали.
- Разделяйте короткие куски таким образом, чтобы они всегда прикреплялись над бусинами одного и того же цвета. Бусины другого цвета на нити двойной спирали следует пропускать.
- Порядок коротких кусков не важен, лишь вам решать то, как вы хотите организовать их на нитях двойной спирали.
6 Изогните двойную спираль. Прикрепив все мелкие куски трубоочистителя с бусинами, изогните концы двойных спирали против часовой стрелки, чтобы получился вид настоящей нити ДНК. Ваша модель готова!

2 Создание модели из пенопластовых шариков

1 Соберите материалы. Для этой версии проекта вам понадобятся небольшие шарики пенопласта, иголка с ниткой, краска и зубочистки.
2 Покрасьте пенопластовые шарики. Выберите шесть разных цветов, которые будут представлять сахар, фосфатную группу и четыре азотистых основания. Это могут быть шесть любых цветов на ваш выбор.
- Вам нужно будет покрасить 16 шариков сахара,14 фосфатных групп и подобрать 4 разных цвета для каждого азотистого основания (цитозин, гуанин, тимин и аденин).
- Вы можете выбрать таким образом, чтобы один из цветов был белым, так вам не придется красить весь пенопласт. Это рациональнее всего применить к шарикам сахара, поскольку в этом случае общий объем вашей работы значительно уменьшится.
3 Разберите азотистые основания по парам. Как только краска высохнет, назначьте каждому азотистому основанию цвет. Цитозин всегда связан с гуанином, а тимин — с аденином.
- Порядок расположения цветов не имеет значения, важна только правильность пары.
- Воткните зубочистку в каждую пару шариков, оставив немного места у концов зубочистки.
4 Сделайте двойную спираль. Отрежьте кусок нити достаточной длины, чтобы пройти сквозь 15 пенопластовых шариков. Завяжите узел на одном конце веревки и проденьте иглу в другой.
- Выстройте пенопластовые шарики сахара и фосфатов так, чтобы они чередовались в двух рядах по 15 шариков. Шариков сахара должно быть больше, чем фосфатных.
- Убедитесь, что в обоих нитях сахар и фосфаты находились в одинаковом порядке, а если положить их рядом, то можно увидеть, что они совпадают.
- Проденьте нитку сквозь центры каждой цепочки пенопластовых шариков сахара и фосфатов. Завяжите нитку на концах, чтобы предотвратить выпадение шариков.
5 Прикрепите азотистые основания к двойной спирали. Возьмите зубочистки с парами азотистых оснований и прикрепите их острыми концами к соответствующим шарикам сахара на обоих длинных нитях.
- Прикрепляйте пары пенопластовых шариков только к тем шарикам, которые представляют сахар, поскольку именно такое строение имеет реальная ДНК.
- Убедитесь, что зубочистка достаточно прочно прикреплена к нити, и что пары оснований не будут отпадать.
6 Изогните двойную спираль. Прикрепив все пары оснований на зубочистках, изогните двойную спираль в направлении против часовой стрелки, чтобы сымитировать внешний вид настоящей двойной спирали ДНК. Ваша модель готова!

3 Создание модели из конфет

1 Выберите сорт конфет. Чтобы сделать боковые нити из сахара и групп фосфатов, используйте полые полоски черной и красной лакрицы. В качестве азотистых оснований возьмите конфеты «мармеладные мишки» четырех разных цветов.
- Какие конфеты бы вы ни использовали, они должны быть достаточно мягкими, чтобы их можно было проткнуть зубочисткой.
- Если у вас под рукой есть цветной зефир, он будет прекрасной альтернативой мармеладным мишкам.
2 Приготовьте остальные материалы. Возьмите веревку и зубочистки, которые вы используете при создания модели. Веревку нужно будет нарезать на куски длиной около 30 сантиметров, но вы можете сделать их длиннее или короче — в зависимости от выбранной вами длины модели ДНК.
- Чтобы создать двойную спираль, используйте два куска веревки одинаковой длины.
- Убедитесь, что у вас есть хотя бы 10-12 зубочисток, хотя вам может понадобиться немного больше или меньше — опять же в зависимости от размера вашей модели.
3 Нарежьте лакрицу. Вы будете вешать лакрицу, поочередно меняя ее цвет, длина кусков должна составлять 2,5 сантиметра.
4 Разберите мармеладных мишек по парам. В нити ДНК в парах расположены цитозин и гуанин (Ц и Г), а также тимин и аденин (Т и А). Выберите мармеладных мишек четырех различных цветов — они будут представлять разные азотистые основания.
- Не важно, в какой последовательности располагается пара Ц-Г или Г-Ц, главное другое — чтобы в паре были именно эти основания.
- Не делайте пары с несоответствующими цветами. Например, нельзя объединять Т-Г или А-Ц.
- Выбор цветов может быть абсолютно произвольным, он полностью зависит от личных предпочтений.
5 Повесьте лакрицу. Возьмите два куска веревки и завяжите каждую в нижней части, чтобы предотвратить соскальзывание лакрицы. Затем нанизывайте на веревку сквозь центральные пустоты кусочки лакрицы чередующихся цветов.
- Два цвета лакрицы символизируют сахар и фосфат, которые образуют нити двойной спирали.
- Выберите один цвет, который будет сахаром, ваши мармеладные мишки будут прикрепляться к лакрице именно этого цвета.
- Убедитесь, что на обеих нитях кусочки лакрицы расположены в одинаковом порядке. Если вы положите их рядом, то цвета на обеих нитях должны совпасть.
- Завяжите другой узел на обоих концах веревки сразу после того, как вы закончите нанизывать лакрицу.
6 Прикрепите мармеладных мишек с помощью зубочисток. Как только вы распределили по парам всех мишек, получив группы Ц-Г и Т-А, воспользуйтесь зубочисткой и прикрепите по одному мишке из каждой группы на оба кончика зубочисток.
- Протолкните мармеладных мишек на зубочистку так, чтобы торчало хотя бы полсантиметра острой части зубочистки.
- У вас может получиться больше одних пар, чем других. Количество пар в реальной ДНК определяет различия и изменения генов, которые они образуют.
7 Прикрепите мишек к лакрице. Разложите ваши лакричные нити на гладкой поверхности и прикрепите зубочистки с мармеладными мишками к лакрице, вставляя в нее острые концы зубочисток.
- Вставлять зубочистки нужно только в молекулы»сахара». Это — все кусочки лакрицы одного цвета (например, все красные кусочки).
- Используйте все зубочистки с мармеладными мишками, не старайтесь сэкономить.
8 Изогните двойную спираль. Прикрепив все зубочистки с мармеладными мишками к лакрице, изогните нити в направлении против часовой стрелки, чтобы придать модели вид двойной спирали. Наслаждайтесь видом выполненной вами модели ДНК!

Сложить журавлика из бумаги легко! Сложить журавлика из молекулы ДНК… тоже легко! Немного усидчивости и мастерства позволяют своими руками создавать из бумаги настоящие произведения искусства. Молекулы ДНК, в свою очередь, не требуют специальных навыков и собираются в красивые структуры на подобие оригами легко и непринужденно! Звучит как бред сумасшедшего, скажете вы. Отнюдь! Из этой статьи вы узнаете, как создать свою собственную фигурку оригами из ДНК, как похитить золото с помощью роботов, и кто победит в схватке между тараканом и ДНК-машиной.

Как и многие научные открытия и разработки, это направление возникло, в некоторым смысле, случайно и неожиданно. Впервые о конструировании и использовании 3D-структур из ДНК всерьез заговорил американский ученый Нэд Симан (Ned Seeman ) в начале 1980-х гг. Исследователь указывал на одну из главных сложностей метода рентгеновской кристаллографии (используемого тогда и по сей день для определения структуры белковых молекул), а именно необходимость подбора точных условий для получения «чистого» кристалла, по которым можно судить о структуре белка, и ставил своей целью разработку вспомогательной технологии фиксации белковых образцов (рис. 1). Для решения поставленных задач нужно было для начала разобраться с тем, как по собственному желанию и разумению собирать молекулы ДНК в необходимые конструкции.

Рисунок 1. А. Гравюра на дереве «Глубина», созданная Маурицем Корнелисом Эшером в 1955 году. Поговаривают, что, глядя на это произведение искусства в университетской столовой, Нэд Симан вдохновился на создание новой технологии, упрощающей кристаллизацию полипептидов и, следовательно, структурные исследования белков. С определением пространственной организации белков что-то не заладилось, но зато идеи Симана были подхвачены другими исследователями и привели к возникновению ДНК-оригами . Б. Схема процесса кристаллизации белков, нарисованная В. Идея ДНК-структур для правильной ориентации молекул в пространстве, изображенная Симаном (перевод автора статьи).

Поиск и описание различных свойств элементарных ДНК-конструктов длились несколько лет. В 1991 году Нэд Симан представил нанометровый куб, ребра которого представляли собой молекулы ДНК . Спустя некоторое время, несмотря на скептическое отношение некоторых ученых, работа была признана выдающейся. За неё Нэд Симан был удостоен Фейнмановской премии по нанотехнологиям в 1995 году и навсегда вошел в историю науки как создатель первых ДНК-нанотехнологий.

Результаты Нэда Симана и его лаборатории послужили фундаментом для идей другого блистательного исследователя и, без преувеличения, крупной фигуры в области ДНК-оригами — американца Пола Ротемунда. В 2006 году он опубликовал статью в авторитетнейшем научном издании Nature , в которой был описан метод получения точных ДНК-структур с заданной формой, а также были представлены детальные результаты и анализ такого направленного конструирования. В отличие от других исследователей, ему удалось строить не решетки из отдельных молекул, а настоящие плоские фигуры шириной в несколько цепочек ДНК (рис. 2). Эта статья сразу разлетелась по научно-популярным журналам, новостям и блогам, ведь представленные структуры и изображения впечатляли даже неподготовленного с научной точки зрения читателя. Не удивительно, что иллюстрации эксперимента красовались на обложке выпуска журнала.

Рисунок 2. Некоторые структуры, построенные при помощи ДНК-оригами и представленные в статье Пола Ротемунда .

Двумерное ДНК-оригами: от простого к сложному

Рисунок 3. А, Б иллюстрируют схему связей между каркасной ДНК (серая кривая) и скрепляющими олигонуклеотидами (кривые разных цветов) . В) Пошаговая схема по изготовлению ДНК-оригами .

В результате эксперимента получается раствор, содержащий желаемые ДНК-конструкции. В одной-единственной капле раствора скрываются миллиарды крошечных объектов, которые, в отличие от бумажных фигурок оригами, нельзя потрогать, повертеть в руках и рассмотреть. Для оценки результата нам потребуется прибор со сверхвысоким разрешением — атомно-силовой микроскоп (АСМ) или электронный микроскоп. Ведь рассмотреть фигурки размером 50-100 нм так непросто!

Трехмерное ДНК-оригами

Так, используя несколько одинаковых квадратов, ученым удалось собрать полый куб (правда, немного деформированный). Для устранения недостатков конструкции исследователи приделали к этому кубу крышку, которая запиралась на замок нанометровых размеров. Открытием крышки можно было управлять при помощи изменения конформации замка за счет спаривания с небольшими «ДНК-ключами» (рис. 5). Убедиться в том, что куб надежно закрывается на замок и открывается лишь определенным ключом, помог эффект FRET . При этом данная конструкция стала одним из первых в своем роде контейнером для адресной доставки лекарств. Пока только в перспективе, конечно же.

Словарик

Применение ДНК-оригами: ДНК-чипы, молекулярные машины и нанороботы

ДНК-конструкции могут нести на поверхности несколько строго ориентированных функциональных групп, специфически связывающих ту или иную молекулу, и, таким образом, регистрировать их присутствие. В самых простых случаях синтезируется специальная ДНК-скрепка с последовательностью, комплементарной молекуле РНК или ДНК в растворе. При использовании АСМ мы можем зафиксировать даже акт единичного связывания такой молекулы, так как при возникновении связи между структурой ДНК-оригами и целевой молекулой, последняя начинает сильно «выпирать» . Это сразу бросается в глаза при анализе изображения.

Способность к регистрации можно улучшить, фиксируя структуры ДНК-оригами на поверхности подложки. Подложка при этом заранее размечается методами литографии и травления, после чего обрабатывается специальными химическими соединениями. При правильной подготовке «плацдарма» для посадки, ДНК-структуры выстраиваются точно по порядку в интересующих нас местах и даже в нужной ориентации . В совокупности, последовательность таких операций дает довольно точное размещение на подложке конструкций ДНК-оригами, которые, в свою очередь, служат подложкой для еще более точного размещения исследуемых молекул самой разной природы. Чип для широкого круга регистрируемых химических соединений готов к использованию!

Одним из интереснейших направлений ДНК-нанотехнологий является создание молекулярных машин, которые могли бы проводить разнообразные операции при минимальном участии человека. Например, Нэд Симан с коллегами собрал шагающую ДНК-машину с двумя ногами . На заранее сконструированной подложке (тоже собранной из ДНК) они разместили несколько других простых ДНК-машин, которые держали золотые наночастицы и могли их высвобождать при изменении конформации. Наш «молекулярный пешеход» ходил по подложке (по заранее известной дороге, которую тоже надо было собрать) и, когда оказывался вблизи носителей золота, отбирал у них золотую наночастицу! Заполучив немного золота, наш герой не успокаивался и шел за следующей порцией золотой добычи. По окончанию экспериментов жадный ДНК-пешеход должен был неплохо обогатиться!

Для того, чтобы продемонстрировать возможности программируемого перемещения молекулярных машин, другая группа исследователей собрала ДНК-«паука» с тремя ногами и одним хвостом . (Странный, конечно, паук получился, но мы закроем на это глаза.) К ногам ДНК-«паука» были прикреплены функциональные молекулярные группы, которые позволяли перемещаться по специально созданной для этого трассе. Паук был привязан молекулой-замком за хвост в самом начале своего пути; затем, после связывания молекулы-замка с молекулой-ключом, его отпускали на свободу, и он убегал исследовать мир! Передвижение ДНК-паука было заснято в реальном времени при помощи микроскопии полного внутреннего отражения — его средняя скорость составила 3 нм/мин. Видимо, он не убегал, а скорее с наслаждением прогуливался по своей дорожке.

Вместо заключения

К настоящему моменту учеными из разных стран собран большой объем экспериментальных данных и описано большое число механизмов на основе ДНК-технологий, которые ещё только предстоит полностью осмыслить и оценить. Уже сейчас подробно описать каждую из полученных структур и её преимущества над другими не представляется возможным. Ведь если только 10 лет назад исследованиями такого рода занималось всего несколько лабораторий во всем мире, сейчас их количество исчисляется несколькими десятками. Относительно будущего данной области науки сказать определенно можно только одно — дальше будет еще интереснее! Чтобы убедить вас в этом, приведем заголовок статьи, которая вышла в апреле 2014 года — «Universal computing by DNA origami robots in a living animal», в которой описано использование ДНК-нанороботов в живых тараканах Programmed two-dimensional self-assembly of multiple DNA origami jigsaw pieces . ACS Nano 5, 665-671; ;

Zhao Z., Liu Y., Yan H. (2011). Organizing DNA origami tiles into larger structures using preformed scaffold frames . Nano Lett. 11, 2997-3002; ;

Andersen E.S., Dong M., Nielsen M.M., Jahn K., Subramani R., Mamdouh W., Kjems J. (2009). Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid . Nature 459, 73-76; ;

Элементы: «Наноструктуры из ДНК можно собирать по принципу конструктора „Лего“ »;

Ke Y., Lindsay S., Chang Y., Liu Y., Yan H. (2008). Self-assembled water-soluble nucleic acid probe tiles for label-free RNA hybridization assays . Science 319, 180-183; ;

Kershner R.J., Bozano L.D., Micheel C.M., Hung A.M., Fornof A.R., Cha J.N., Wallraff G.M. (2009). Placement and orientation of individual DNA shapes on lithographically patterned surfaces . Nat. Nanotechnol. 4, 557-561; ;

Omabegho T., Sha R., Seeman N.C. (2009). A bipedal DNA Brownian motor with coordinated legs . Science 324, 67-71; ;

Gu H., Chao J., Xiao S.J., Seeman N.C. (2010). A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line . Nature 465, 202-205; ;

Lund K., Manzo A.J., Dabby N., Michelotti N., Johnson-Buck A., Nangreave J., Yan H. (2010). Molecular robots guided by prescriptive landscapes . Nature 465, 206-210; ;

Amir Y., Ben-Ishay E., Levner D., Ittah S., Abu-Horowitz A., Bachelet I. (2014). Universal computing by DNA origami robots in a living animal . Nat. Nanotechnol. doi: 10.1038/nnano.2014.58;

Универсальная химическая 3D-модель молекулы и атома

Цель

Разработка 3D-конструктора молекул и атомов для детей с ОВЗ, пригодного для проведения уроков по предметам: молекулярная физика, биология и химия.

Описание

Начальным этапом работы авторов послужило формирование идеи и темы проекта. Был разработан прототип модели, утверждённый школой-интернатом. Следующим шагом стало изучение программы Autodesk Fusion 360, которая была необходима для визуализации нашей модели и последующей печати. Изучив программу, мы создали каждый элемент, из набора которых состоит целостный образ нашего проекта. Далее необходимо было напечатать первые образцы и понять оптимальные параметры печати, которые были наиболее выгодными в соотношении цена/качество. Ключевым этапом нашего проекта стали разработка электронной модели, полная печать набора и изготовление пособия по эксплуатации.

Результат

Создана универсальная химическая 3D-модель молекулы и атома для обучающихся с ограниченными возможностями зрения. Модели возможно распечатать на любом 3D-принтере и комплектовать наборы под разнообразные задачи обучения предметам химии и физики.

Оснащение и оборудование

Персональный компьютер.
принтер 3DQ One.
Программное обеспечение: Autodesk Fusion 360 и Cura 15.06.

Перспективы использования результатов работы

Использование в образовательном процессе для детей с ОВЗ по зрению. Возможность тактильной визуализации молекул и атомов, составляющих мир вокруг нас.

Сотрудничество

ГКОУ г. Москвы «Специальная (коррекционная) общеобразовательная школа-интернат № 2».

Особое мнение

«Мы создали разборный конструктор, подходящий для изучения основ химии, биологии и молекулярной физики детьми с ограниченными возможностями здоровья. Наш проект является социально значимым, и мы очень рады, что приняли в нём участие»

САМОЕ ГЛАВНОЕ — ПОНЯТЬ САМОЕ ГЛАВНОЕ

Наука и жизнь // Иллюстрации

Рис. 1. Рисунок из рабочих тетрадей Никиты.

Рис. 2. Было время, когда атом (в переводе с греческого — неделимый) считался цельным микроскопическим шариком, но уже примерно сто лет нет никаких сомнений: атом — сложная система, собранная из протонов, нейтронов и электронов.

Рис. 3. Доктор Чикоруди (справа) и его студенты (слева направо): первый ряд (сидят) — Жорик (Георгий), Никита, Федя Ли; второй ряд — Светлана, Перец, Паша (Павел), Маша, Катя; третий ряд — Саша, Сергей, Зурик (Зураб), Андрей.

Рис. 4. Рисунок из рабочих тетрадей Маши.

Рис. 5. Три модели молекул. Основные детали, с которыми работает великая наука химия, — это молекулы.

Рис. 6. В древнем мире, еще не сформировав, возможно, самого понятия «модель» и не придумав отдельного слова для него, люди широко пользовались моделями.

Рис. 7. Самая, пожалуй, важная модель в мире электрической или электронной техники — это принципиальная схема.

Рис. 8. В марте 1953 года английские ученые Джеймс Уотсон и Френсис Крик раскрыли нераскрываемый, казалось, генетический код.

Рис. 9. Рисунок из рабочих тетрадей Саши.

Рис. 10. Рисунок из рабочих тетрадей Зурика.

Рис. 11. Рисунок из рабочих тетрадей Феди.

Рис. 12. Опубликованные в 1873 году знаменитые уравнения Максвелла (А) — математическая модель взаимосвязи и взаимодействия электричества и магнетизма, которые совместно создают одну из Главных сил природы — электромагнетизм.

‹

›

ЛЕКЦИИ ДОКТОРА ВСЕХ НАУК ЧИКОРУДИ ДЛЯ ПОДЗАБЫВШИХ КОЕ-ЧТО НЕ СОВСЕМ ОТЛИЧНИКОВ, НО ВПОЛНЕ ТОЛКОВЫХ МАЛЬЧИКОВ И ДЕВОЧЕК СРЕДНЕГО И СТАРШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА, А ТАКЖЕ ДЛЯ ИХ РОДИТЕЛЕЙ, УЧИТЕЛЕЙ, СОСЕДЕЙ И, НАКОНЕЦ, ДЛЯ ТЕХ ПОСЕТИТЕЛЕЙ ШКОЛЫ, КТО ЕЩЕ НЕ СТАЛ ВПОЛНЕ ТОЛКОВЫМ, А ОЧЕНЬ ДАЖЕ МОЖЕТ СТАТЬ. И ХОЧЕТ.

Представляем читателям фрагменты книги «Самое главное — понять самое главное», подготовленные автором специально для публикации в журнале. Книга написана в экспериментальном жанре диалогов учителя с учениками. Основа книги — более ста рассказов-лекций о нашем мире, которые доктор наук, профессор Чикоруди (сокращенно ДЧР) во время летних каникул прочитал небольшой группе учеников средней школы приморского поселка Дельфиновка (пригород известного портового Черноморска, то бишь Одессы), к этой группе примкнули приехавшие погостить в теплых пляжных краях ребята из других городов и даже из других стран. Читателю представлены не только сами лекции, но и активное их обсуждение — дети внимательно слушают и свободно задают самые разные вопросы, что им не всегда удается на школьных уроках. Автор книги Рудольф Анатольевич Сворень наверняка знаком многим нашим читателям. Радиоинженер по образованию, педагог по призванию, журналист и редактор по профессии, кандидат педагогических наук, более 40 лет он работал в журнале «Наука и жизнь». Был специальным корреспондентом, редактором отдела, заместителем главного редактора. Опубликовал в журнале десятки статей об успехах наук и технологий. Лауреат многих профессиональных премий, в том числе Премии Союза журналистов СССР («Золотое перо»). Издано 12 его книг, общий тираж которых превысил 8 миллионов. Среди них — энциклопедия юного радиолюбителя «Электроника шаг за шагом», учебник информатики для средней школы (в соавторстве), рассказы о науке для школьников «В просторы космоса, в глубины атома», книжка для всех об электронике «Ваш радиоприемник». Сейчас Рудольф Анатольевич работает над новыми книгами.

ИЗ ЧЕГО ВСЕ В НАШЕМ МИРЕ СДЕЛАНО (из лекции 3)

ДЧР (доктор Чикоруди) . Вся невообразимо большая Вселенная, все ее звезды и планеты, в том числе наша Земля и все, что на ней, все собрано из невидимо мелких деталей — они в тысячи миллиардов раз меньше пляжной песчинки. Детали эти называют микрочастицами (от греческого микрос — малый), а мыcленно выделенные пространства, где они живут и работают, — это микромир.

Три детали, из которых собрано все на свете. Трудно поверить, но все, что есть в нашем мире, собрано всего из трех разных деталей, из трех микрочастиц — это сравнительно небольшая и очень легкая частица электрон и две сравнительно большие и тяжелые частицы — протон и нейтрон.

Маша. Вы сначала сказали, что все собрано из трех невидимо мелких деталей, а теперь оказывается, что маленький только электрон, а две другие частицы — большие и тяжелые.

ДЧР. Говорить о размерах, о массе или о весе лучше не словами, а цифрами. Размер протона примерно одна триллионная часть миллиметра, то есть 0,000 000 000 001 мм (10^-12 мм), масса протона — триллионная часть триллионной части грамма, то есть 0,000 000 000 000 000 000 000 001 г (10^-24 г). Почти такие же размеры и масса у нейтрона. Чтобы получился 1 грамм вещества, нужно собрать вместе 10²⁴ протонов или нейтронов, из такого количества песчинок получилась бы гора высотой 200 километров. О размере электрона говорить трудно, настолько он мал, а его масса в 2000 раз меньше, чем у протона, то есть 0,5^.10^-27г. Думаю, приведенных цифр достаточно, чтобы протон, нейтрон и электрон называть микрочастицами и чтобы считать электрон сравнительно легкой частицей, а протон и нейтрон — сравнительно (в сравнении с электроном) тяжелыми.

Никита. А что будет, если из какого-нибудь вещества случайно выпадет протон, а на его место прилетит более крупный протон, например, из другой галактики? Эта чужая частица может разрушить вещество и привести к серьезной аварии.

ДЧР. Можешь не волноваться — аварии не будет.

Протоны во всей Вселенной одинаковые. Микромир отличается, если можно так сказать, высочайшим уровнем стандартизации — во всей Вселенной протоны совершенно одинаковые. И точно так же одинаковы все электроны, все нейтроны и другие микрочастицы.

Андрей. Выходит, все электроны были изготовлены по одному чертежу? Почему во всей огромной Вселенной электроны одинаковые?

ДЧР. На этот вопрос пока возможен лишь один ответ: так устроен наш мир. Физики, правда, иногда пытаются ответить по-другому, но человеку со стороны трудно понять эти ответы. Один известный теоретик, например, одинаковость всех электронов объяснял так: это на самом деле всего один электрон, который каким-то образом проецируется одновременно во все окружающее нас пространство.

Саша. Понять невозможно, но идея красивая.

Жорик. У меня вопрос попроще: неужели всего из трех деталей получается абсолютно все? В мире, наверно, тысяча разных веществ — металлы, пластмассы, бензин, дерево, бумага, стекло… И все это получается всего из трех разных деталей — из протонов, нейтронов и электронов? Не верю!

ДЧР. Для начала поправлю названную тобой «тысячу» — сегодня химикам известно более 20 миллионов различных веществ, созданных природой или синтетических (от греческого синтезис — соединение ), то есть искусственных. Как все это многообразие получается всего из трех частиц, наверняка может объяснить каждый, кто с интересом относится к школьной химии. Есть добровольцы, готовые помочь товарищу?

Сергей. Давайте я попробую.

Механизмы многообразия — взгляд с высоты. Три частицы, из которых все на свете собрано, то есть протон, нейтрон и электрон, не идут в дело россыпью, поодиночке. Они проходят два «сборочных цеха» и превращаются в два вида строительных блоков — в атомы и молекулы.

Атом. В учебниках его в упрощенном виде рисуют так: в центре — ядро из соединившихся протонов и нейтронов, вокруг ядра по круговым орбитам вращаются электроны, и все это чем-то напоминает нашу Солнечную систему (рис. 1). Важное примечание: на орбитах атома вращается столько электронов, сколько протонов в его ядре. А в атомном ядре может быть разное число протонов, и именно число протонов определяет основные свойства атома. Так, в атоме ртути 80 протонов (и соответственно 80 электронов на орбитах), но если один протон убрать из ядра и оставить в нем 79 протонов, то получится атом золота.

Катя. Это просто идея или её где-то проверили?

ДЧР. Проверили, проверили. И уже довольно давно.

Катя. Так почему же не строят заводы, где из ртути буду делать золото тоннами?

Никита. Потому, что одно дело в научном институте один атом ртути превратить в атом золота, и совсем другое дело завод.

Зурик. Кроме того, твоему проекту нужна арифметическая проверка — очень может быть, что искусственное золото окажется намного дороже настоящего.

Саша. Есть еще одна проблема, возможно, самая главная — золотой запас какой-нибудь страны поддерживает цену её бумажных денег. Если золото станет дешевым, деньги ста нут просто бумагой и могут начаться серьезные финансовые катастрофы.

Голоса. Но почему?… Дешевого золота любая страна сможет иметь огромный запас… И трубы водопроводные можно делать вечные — золото не ржавеет… Люди богаче жить будут… Непонятно почему дешевое золото плохо для финансов…

ДЧР. О непонятностях экономики, финансовых систем, о богатстве и бедности отдельных людей и целых стран мы с вами еще поговорим — всё это есть в наших планах. А сейчас давайте вернемся к непонятностям микромира и попробуем в упрощенном виде понять главное, что должен знать о нём образованный человек.

Сергей. Атомы с разным числом протонов в ядре называются химическими элементами, они в определенном порядке собраны в таблице Менделеева — каждый последующий элемент в таблице имеет на один протон больше, чем предыдущий, и, значит, вокруг ядра вращается больше на один электрон. Сегодня известно больше ста разных химических элементов, и все эти разные атомы — первый шаг от трех строительных деталей к многообразию нашего мира. Второй шаг — создание из атомов более крупных строительных блоков, многоатомных молекул.

Молекула (уменьшительное от латинского молес — масса, то есть маленькая масса, массочка). Эти многоатомные строительные блоки могут быть разными из-за разного числа атомов — от двух до многих миллионов. Но главное то, что в молекулах могут быть разные сочетания химических элементов: два атома водорода и один атом кислорода — это трехатомная молекула воды (короткая запись Н₂О), а два атома кислорода и один атом углерода — это трехатомная молекула углекислого газа (СО₂). Но и молекулы с одинаковым набором атомов тоже могут быть разными — из-за того, что эти атомы по-разному соединяются друг с другом или по-разному расположены в пространстве. Наконец, разные вещества могут получаться, если в них объединяются разные виды молекул. И вот вам результат: из-за разного числа трех микрочастиц в атоме (протонов, нейтронов и электронов) получается много разных атомов, из-за разного набора разных атомов в молекуле получаются очень-очень много разных молекул, из этих разных молекул или из их разных сочетаний в одном веществе получается очень-очень-очень много разных веществ.

ДЧР. Браво, молодец! Рассказал коротко, понятно и, главное, про самое главное.

Перец. Одно у нас пока остается неясным — каким клеем склеены микрочастицы в атомном ядре и чем склеены атомы в молекулах.

ИНСТРУМЕНТ «М» — НАШ ВЕРНЫЙ И МОГУЧИЙ ПОМОЩНИК В НАУКЕ И В ЖИЗНИ (из лекции 6).

ДЧР. Прежде чем начать эту лекцию, хочу сказать несколько слов о ваших занятиях в школе. Вы посещаете школу 11 лет, проводите на уроках примерно 1000 часов в год и еще полстолько наверняка тратите на домашние задания. За это время (в сумме более 16 тысяч часов) вы получаете огромный объем знаний. Наши с вами лекции, так же как и книга («Самое главное — понять самое главное»), которая будет подготовлена на их основе, никак не могут конкурировать с возможностями школы и призваны лишь помочь вам в понимании школьных предметов и отдельных тем. Поэтому автор будущей книги, составляя ее подробный план, просмотрел школьные учебники и особо выделил темы, которым, как ему показалось, в школе надо бы уделить больше внимания. Автор книги попросил меня посвятить этим темам специальные лекции, и одна из таких особо важных лекций будет вам сейчас представлена.

Сразу же поясню, что стоит за этим придуманным мною таинственным названием «Инструмент «М»…

Голоса. Я и сам знаю — это молоток…- Зачем науке молоток? Инструмент «М» — это монтажный паяльник для сборки и ремонта электронных схем…- Скучно мыслите, дорогие студенты. Инструмент «М» — это сверхсекретный «Магический кристалл», который лазерным лучом режет и соединяет железо, дерево, пластмассу, стекло, одним словом, любые материалы …

ДЧР. Все намного проще, инструмент «М» — это модели.

Голоса. Инструмент «М» — это модели? Такого не может быть… Это какая-то ошибка… У меня дома маленькие модели автомобилей, целая коллекция — 180 штук. И почему они инструмент?.. Каждый ребенок про модели знает — никакой это не научный помощник… И в жизни модели ничем не помогают. Просто игрушки… А я всегда думала, что модель — это красивая женщина, которая проходит перед публикой и модную одежду показывает…Можно считать, что мои куклы — это модели девочек. Они тоже «могучий помощник науки»?

ДЧР: Слово «модель» (от латинского модулус — мерило, образец) сначала употреблялось в смысле «образец для подражания», а также «упрощенная копия чего-то реально существующего», например, небольшая модель парусника, кареты или дворца.

Значение слов со временем может меняться. Шли годы, люди открывали и меняли окружающий мир. При этом им приходилось не только вводить в свой язык (точнее, в языки — их и в древности было немало, а сейчас насчитывают около 2500) новые слова, но и расширять значение старых. Возьмем, к примеру, слово «электричество» (от греческого электрон — янтарь), которым еще 400 лет назад называли загадочную силу, притягивавшую мелкие клочки шелка.

Светлана. А почему вы считаете, что это было 400 лет назад? Я читала, что про электрические силы еще 2500 лет назад знали древние греки.

ДЧР. Действительно, книги тех времен подтверждают, что в опытах с натертым янтарем появляются неизвестные ранее силы. Но нигде не сказано, что уже греки назвали эти силы электричеством. И точно известно, что более 400 лет назад это слово ввел в свои научные отчеты известный английский врач и исследователь электричества Вильям Гильберт. То было удивительное время — мир возрождался после долгого средневекового сна, мы с вами позже посвятим этой эпохе Возрождения специальную лекцию.

Но вернемся, однако, к слову «электричество» — сейчас оно обозначает совсем не то, что во времена Гильберта. Сегодня электричество — это мощнейшие электростанции, это свет в домах и на улицах, миллионы электромоторов, помогающих нашим мускулам, электропоезда, красочный телеэкран и рентгеновский аппарат, позволяющий врачу заглянуть внутрь нашего тела.

Значение некоторых слов меняется, когда люди начинают глубже понимать то, что с этими словами связано. Возьмите, к примеру, такое слово, как «теплота», оно всегда называло знакомые всем, но необъяснимые свойства нагретых предметов, а сейчас обозначает еще и тщательно изученные процессы в мире атомов и молекул: температура воды в чайнике растет потому, что при нагреве усиливается беспорядочное движение молекул, они чаще и сильней соударяются и больше выделяют энергии.

Сергей. Еще очень изменился смысл слова «знание». Его, конечно, ценили и раньше — в каменном веке наверняка уважали охотника, который лучше других знал, как выследить мамонта. Но еще больше, я думаю, в те времена ценили силу и ловкость. А сейчас все понимают, что самое главное — это знания, от них все богатство человечества.

Жорик. И зарплата за знания намного больше, чем за физическую работу.

Перец. Мы начали этот интересный разговор о словах для того, чтобы как-то пояснить два важных для нас слова — «инструмент» и «модель». Так давайте поговорим именно про них.

ДЧР. Очень своевременное предложение. Начнем, пожалуй, со слова «инструмент».

Инструмент — это не только молоток, пила или отвертка. Представьте себе, что мы с вами сочиняем словарь для младших школьников и нам нужно очень коротко объяснить, что такое инструмент. Какие будут предложения?

Никита. Инструмент — это как бы железное продолжение человеческой руки, инструмент позволяет нам делать то, что руками сделать трудно или невозможно — разрезать доски, отвинчивать гайки, забивать или выдергивать гвозди.

Зурик. Инструмент — это все, что помогает человеку работать. У плотника — это пила, у зубного врача — бормашина, у милиционера — свисток.

Саша. Инструмент — это предметы, процессы и правила, которые увеличивают возможности работающего человека. Люди широко используют такие инструменты, как молоток, микроскоп и телескоп, как таблица умножения, грамматические правила, помогающие нам писать без ошибок, микрокалькулятор, кардиограф, на экране которого врач видит, как работает наше сердце, математические формулы, позволяющие быстро и легко вычислять площадь круга или объем шара, часы — инструмент для определения времени.

ДЧР. Это последнее объяснение получает первую премию. Автор подчеркнул главное — в наше время слово «инструмент» имеет очень широкий смысл. Теперь мы можем смело отметить, что к числу наших помощников-инструментов относятся многочисленные и разнообразные модели.

В выпущенной чуть более ста лет назад Энциклопедии издателей Ф. А. Брокгауза и И. А. Ефрона сказано, что модель — это «подобие какого-либо предмета, сделанное из дерева, пробки, картона, воска, глины, металла или другого вещества, воспроизводящее этот предмет с точностью, но в уменьшенном виде». Лет через 30 первое издание БСЭ (Большая советская энциклопедия) сообщает, что модель — это ценный инструмент авиаконструктора : уменьшенные модели самолетов можно исследовать в воздушном потоке, а затем учитывать результаты этих исследований при конструировании настоящих, больших машин.

Проходит еще лет тридцать-сорок, и очередное издание БСЭ представляет слово «модель» в его нынешнем, широком значении — это, в частности, условный или мысленный образ какого-либо объекта, например рисунок, чертеж, описание, карта, таблица, схема, план и так далее. При определенных условиях этот образ используется в качестве «заменителя» или «представителя» самого объекта. И далее сообщается, что моделирование, то есть создание моделей и работу с ними, широко используют для исследований в биологии, физике, астрономии, геологии, одним словом, практически во всех науках. От себя добавлю, что и мы с вами, даже не замечая этого, пользуемся мысленным моделированием при решении своих житейских задач.

Перец. А можно привести несколько примеров, показывающих, как модели помогают науке?

ДЧР. Конечно и вы эти примеры прекрасно знаете, но только не думали о них как о работе с моделями — были в плену старых представлений об этом слове.

Итак — несколько примеров.

Пример первый: чертежи, незаменимая модель для конструктора, создающего новую машину, и для механика, ремонтирующего старую. Без этой модели, без чертежа, конструктору пришлось бы заказывать детали для новой машины (например, стальные шестеренки) и, получив их, пробовать — подойдут они или не подойдут. Вместо этого безумия конструктор сначала отрабатывает машину на модели — в чертежах, свободно меняя или уточняя форму, размеры и расположение деталей. Разумеется, потом создаются опытные образцы машины и подправляется то, что было неточно отработано в чертежах. Но такие неизбежные, как правило, поправки даже сравнивать нельзя с огромным объемом переделок в машине, сконструированной без чертежа, «на глазок».

Андрей. Я все понял: работа с моделью позволяет без особого труда отработать и проверить на ней все, что нужно отработать и проверить. После этого любое дело можно делать уверенно, быстро и правильно.

ДЧР. Об этом можно сказать еще и так: работа с моделью избавляет от утомительного и дорогого метода проб и ошибок.

Но вернемся, однако, к нашему списку моделей.

Пример второй: анализ крови, список важнейших ее составляющих с указанием их количества. Эта модель (анализ крови) многое говорит врачу о состоянии пациента, о том, какие биохимические процессы протекают в его организме нормально, а какие с отклонениями от нормы. Через некоторое время врач вновь делает анализ крови и по изменениям в этой модели видит, как подействовали на пациента лекарства и как вообще протекает болезнь.

Пример третий: географическая карта, модель местности, в пояснениях и оценках не нуждается.

Пример четвертый: математическое описание теоремы Пифагора: а²+ b² = с², где а и b — катеты прямоугольного треугольника, а с — его гипотенуза. С помощью этой модели можно без труда узнать длину какой-либо стороны треугольника, если известна длина двух других сторон. Подобные математические модели создаются для самых разных Предметов и Процессов , и на этих моделях предварительно отрабатывают, а затем безошибочно выполняют очень сложные операции — от компьютерного проектирования микропроцессоров и поисков месторождений нефти до запуска космических аппаратов на Марс.

Пример пятый: электрическая схема телевизора — модель всех его электрических цепей и соединения всех его деталей.

Пример шестой: кузов легкового автомобиля в натуральную величину, изготовленный из цветного пластилина. На такой модели дизайнер отрабатывает внешние формы будущей машины. Продолжать?

Никита. Не нужно — все понятно. Сдаемся…

ДЧР. А вместе с тем огромное число людей имеют о моделях совершенно неверное представление. Недавно в нашей поселковой библиотеке я просматривал переведенную с английского великолепную детскую энциклопедию, в ней написано вот что: «Модель — маленькая копия чего-нибудь большого». Это так, но это лишь одно из многих значений исключительно важного слова «модель».

Паша. У меня есть просьба. Модели, о которых мы узнали, в основном относятся к науке. А название лекции говорит, что модели — это наш помощник еще и в жизни. Можно попросить вас привести хотя бы один пример того, как это делается — как модели помогают нам жить?

ДЧР. Сначала скажу о жизни как о биологическом процессе.

В биологических процессах модели используются на каждом шагу, а одна из моделей сделала возможным само существование жизни. До сих пор мы в основном говорили про модель, которую можно назвать упрощенной копией какой-то реальности. Так, например, географическая карта — упрощенная копия местности, на небольшой карте мы видим огромную территорию, находим место, где встречаются две нужные нам дороги, легко определяем расстояние до этого места. Но модель — это не только упрощенная копия реальности, моделью также называют образец, по которому создается какое-либо изделие. В современном производстве обязательно есть утвержденный образец (эталон) автомобиля, телевизора или вертолета, и все машины, которые сходят с заводского конвейера, — это копии эталонного образца, копии тщательно испытанной и утвержденной модели.

Все вы, конечно, слышали, что в клетках каждого растения, каждого животного, насекомого, каждой одноклеточной бактерии есть большая молекула по имени ДНК. Большая в том смысле, что это цепочка из молекулярных блоков, в которой в сумме может быть несколько миллионов атомов. Молекула ДНК — это особый химический чертеж, в котором определенным расположением атомов записано все устройство организма. Но, кроме того, молекула ДНК — это еще и эталонный образец, с которого копируются новые молекулы ДНК, они по наследству передаются следующим поколениям растений или животных и именно поэтому пра-пра-правнучка вашей кошки устроена так же, как ее пра-пра-прабабушка. Эстафета жизни на нашей планете началась тогда, когда природа научилась копировать молекулярные чертежи с первого удачно сложившегося образца — с первой молекулярной модели.

Теперь о роли моделей и моделирования в повседневной жизни. Начну с забавной, но с серьезным смыслом истории, которую очень советую запомнить.

Много лет назад в книжке с картинками я прочитал о мальчике, у которого была хорошая табуретка, но с маленьким недостатком — она неровно стояла на полу. Мальчик решил поправить дело и немного подпилил одну ножку — табуретку еще больше перекосило. Слегка подпилил вторую ножку — табуретку перекосило в другую сторону. Снова что-то подпилил и опять перекос. Так этот мастер, пробуя и ошибаясь, постепенно спилил у табуретки все ножки, своими руками уничтожил любимую мебель. Ничего этого не случилось бы, если бы мальчик сначала все проделал на модели, в данном случае — на чертеже. Измерил бы длину всех ножек, набросал бы простенький чертеж и на нем отметил бы, какую ножку и на сколько миллиметров нужно укоротить.

А теперь вопрос: мог ли мальчик все сделать хорошо и правильно без чертежа?

Зурик. Никогда в жизни!

Маша. Конечно, мог бы. Надо было померить длину ножек, а затем подумать и в уме сообразить, какую ножку на сколько укоротить. И никакой чертеж для такого пустякового дела не нужен.

Андрей. Если бы он подумал, то одной ножкой все обошлось бы — у меня уже был такой случай. А этот дурачок взялся пилить не думаючи.

ДЧР. То, что я хочу сказать вам в заключение лекции, начинается с этих очень правильных ответов — прежде чем брать в руки пилу, мальчику надо было подумать. Но что это конкретно значит «надо было подумать»? Известно, что мы думаем головой, мозгами, что же конкретно происходит в нашей голове, в мозгах, когда мы о чем-нибудь думаем?

В большинстве случаев мышление — это создание моделей в нейронных сетях головного мозга и работа с этими мысленными моделями. Главные работающие детали мозга — нервные клетки, нейроны, в головном мозге человека их больше 10 миллиардов. Несколькими своими отростками, напоминающими тончайшие волоски проводов, каждый нейрон как-то связан с несколькими другими нейронами (напомню — их более 10 миллиардов!), часто и очень быстро обменивается с ними электрохимическими сигналами (нервными импульсами), и все это вместе образует сложнейшую систему связи и обработки сигналов. Называется эта система «нейронная сеть». Именно в нейронной сети каким-то способом создаются модели того, о чем вы думаете, именно в нейронных сетях идут какие-то процессы, из которых складывается то, что мы называем высоким словом «мышление».

Светлана. Что это значит «каким-то образом создаются модели»? Каким именно способом они создаются? Как, например, выглядит в нейронной сети модель тарелки, которую я хочу помыть?

Федя Ли. И как понять такие ваши слова — «в нейронных сетях идут какие-то процессы, из которых складывается наше мышление»? Что происходит в нейронной сети, если я решил помочь Светлане и подумал: «Наведу-ка я сначала порядок на столе»?

Сергей. Я тоже решил включиться в эту уборку квартиры и для начала пропылесосить ковер. Как выглядит в нейронной сети это мое решение? Как в нужный момент будут посланы нужные команды мускулам рук, которые должны взять пылесос, включить его и перемещать по ковру?

ДЧР. Должен вас огорчить — сегодня вряд ли кто-нибудь возьмется на эти вопросы ответить.

Наука очень многое сделала для понимания великой загадки человеческого мышления и энергично продвигается к этому пониманию по двум главным направлениям. Одно из них традиционное — глубокие исследования физиологов, молекулярных биологов, психологов. На другом направлении в основном работают математики, инженеры, лингвисты, они пытаются создать искусственный интеллект, пытаются научить электронные вычислительные машины делать то, что умеет наш мозг. Но, мне кажется, еще далеко до того момента, когда об исследовании человеческого мышления можно будет сказать: «Дело сделано — теперь все ясно».

ГЛАВНЫЕ РАБОТНИКИ ВСЕЛЕННОЙ (из лекции 4).

ДЧР. Так сложилось, что, размышляя об устройстве нашего мира, мы в основном обращаем внимание на Предметы — мы с вами уже коротко говорили о таких природных шедеврах, как звезды, галактики, атомы, микрочастицы, молекулы. Предметы, однако, не находятся в состоянии абсолютного покоя, с ними всегда что-то происходит: в закипающем чайнике вода превращается в пар, планеты вращаются вокруг Солнца, в солнечном веществе соединяются ядра атомов водорода, выбрасывая порции тепла и света. Короче говоря, наш мир — это не только невообразимое разнообразие Предметов, но еще и невообразимое разнообразие Процессов. Некоторые из них обязательно нужно подкармливать энергией, другие же, наоборот, сами выделяют энергию, расходуя какие-то свои запасы.

Все разнообразие Процессов нашего мира кормится всего лишь пятеркой Главных сил. Сегодня известны пять главных работников Вселенной, пять главных сил, с которыми связаны все Процессы, идущие в нашем мире. Для начала перечислим эти силы, пока без комментариев: 1. Гравитация (от латинского гравис — тяжелый). 2. Электрические силы. 3. Магнитные силы. И, наконец, действующие только в микромире две силы со странными названиями. 4. Сильные (ядерные) силы и 5. Слабые силы. Попробую коротко представить вам эту великолепную пятерку.

Гравитационные силы каким-то образом тянут друг к другу два любых предмета — две молекулы, две звезды, два яблока на тарелке. Человек, видимо, обнаружил гравитацию миллионы лет назад, когда он еще не был Человеком разумным — наши далекие предки начали присматриваться к окружающему миру и поняли, что все почему-то притягивается к земле.

Зурик. Это, я думаю, была самая первая в мире научная мысль.

Андрей. Гениальный был мужик, который первым подумал о земном притяжении.

Светлана. Самый настоящий гений. Все другие с трудом поднимали тяжелые камни, спотыкались и падали носом в песок, собирали упавшие на землю спелые бананы, но никто не подумал, почему все всегда двигается сверху вниз. А этот пещерный Архимед понял, что у земли есть какая-то притягивающая сила, которую мы теперь называем гравитацией или тяготением.

ДЧР. Две с половиной тысячи лет назад древнегреческие мыслители подумали, что гравитационным силам должны быть подвластны все небесные тела, что под действием этих сил Луна камнем упала бы на Землю, если бы ее не удерживала какая-то иная сила. А около 320 лет назад, в 1687 году, великий физик и математик Исаак Ньютон коротко и четко, в виде простой формулы (рис. 9), показал, от чего зависят гравитационные силы, и назвал их Всемирным тяготением (согласно толковому словарю, тяготение — свойство тел притягивать друг друга, стремление к чему-нибудь или к кому-нибудь). Важное примечание: r — это расстояние между центрами тяжести двух тел, и если тело шарообразное, то его центр тяжести совпадает с центром шара (рис. 9).

Арбуз, который у нас на Земле весит 10 килограмм, на Солнце весил бы значительно больше, а на Луне значительно меньше. Вы, конечно, догадались, почему на Солнце вес арбуза увеличивается, а на Луне уменьшается…

Голоса. Догадались… Догадались, догадались… Еще как догадались…

Катя. А я не догадалась. Может, кто-то все это и понимает, а мне совершенно непонятно, почему после путешествия на Луну арбуз похудел, а после путешествия на Солнце — поправился…

Маша. Тебе все непонятно потому, что ты математику ненавидишь и даже слушать не хочешь то, что она тебе так понятно и дружелюбно объясняет.

Саша. Сам арбуз нисколько не изменился, изменилась сила его притяжения к небесному телу: на Солнце эта сила больше, чем на Земле, на Луне — меньше.

Андрей. Посмотри на формулу Всемирного тяготения. Когда дело происходит на Земле, то в спектакле участвуют масса Земли m₁ и масса арбуза m₂, а буквой F обозначена сила притяжения арбуза к Земле.

Катя. Здесь мне все понятно: сила F — это вес арбуза…

Зурик. Вот видишь — самое главное ты уже понимаешь. А теперь еще раз посмотри на формулу. Обе массы m₁ и m₂ находятся наверху, в числителе дроби, и поэтому, чем больше m₁ или m₂, тем больше сила F. У Земли масса (m₁) довольно большая, и весит арбуз на Земле немало — 10 килограмм.

Светлана. Давай посмотрим, что будет на Солнце. Теперь m₁ — это масса Солнца, она намного больше земной, и поэтому сила F тоже больше, то есть арбуз на Солнце тяжелее.

Сергей. А масса Луны (теперь m₁ обозначает именно ее) намного меньше земной и арбуз на Луне весит меньше.

Катя. Неужели все так просто?

ДЧР. Ты сделала очень важный шаг к пониманию, и пока, пожалуй, этого достаточно. Но если ты пойдешь в астрофизики, придется вникать в дело поглубже. В дополнение к тому, что вы поняли, для будущих астрофизиков приведу несколько цифр. Масса Земли 6^.10²⁴ килограмма, масса Луны в 81 раз меньше, Солнца — в 330 000 раз больше; земной радиус 6400 километров, лунный — в 3,7 раза меньше, солнечный — в 110 раз больше. Арбуз, который на Земле весит 10 килограмм (или примерно 100 ньютонов), на Луне весил бы 1,7 килограмма (17 ньютонов) и на Солнце 214 килограмм (2140 ньютонов). Всмотритесь в эти цифры, в них скрыто что-то интересное. Попробуйте догадаться что. А я перехожу к следующей главной силе — к электричеству.

Известный сыщик Шерлок Холмс расследует загадку электрических сил в пенопластовых шариках. Электрические силы играют в нашем мире исключительно важную роль. Достаточно сказать, что атомы объединяются в молекулы в основном с помощью электричества — у атомов в молекуле появляются общие электронные орбиты, они как бы стягивают, склеивают атомы, создают из них единую систему. Электрические процессы и сигналы участвуют также в движении живых организмов, в их питании, в обмене веществ, размножении, управлении органами, в мышлении. Несмотря на все это, у живых организмов, за исключением некоторых рыб, нет «электрического чувства», такого, например, как ощущение веса.

Жорик. И правда, берешь, например, чашку с молоком и, не глядя, по весу чувствуешь — полная она или в ней половина. А батарейку сколько ни трогай, никак не почувствуешь, есть еще в ней заряд или весь вышел.

ДЧР. Возможно, именно из-за такой скрытности электричество, работая рядом с нами и в нас самих, так долго оставалось неизвестным. По той же причине знакомство с электрическими силами полезно начинать с опыта, который покажет, что электричество — это не выдумка, что оно реально существует. Опыт простой: потрите тряпкой расческу или пластмассовую палочку, в них проснется дремавшее электричество, и они начнут притягивать мелкие клочки бумаги. Под действием силы тяжести клочки должны падать вниз, а они поднимаются вверх, к натертой палочке. О чем это говорит?

Светлана. О том, что против силы тяжести действует какая-то другая сила. Действует и побеждает.

Зурик. Это и есть электричество. Ура!

ДЧР. Такой же опыт можно проделать и со стеклянной палочкой, в ней при натирании тоже просыпаются электрические силы. А теперь сделаем следующее: подвесим на нитках несколько пенопластовых шариков и будем в разных сочетаниях передавать им электрические силы, прикасаясь к шарикам натертыми палочками. Обнаружится следующая загадочная закономерность: если к двум соседним шарикам прикоснуться разными палочками (пластмассовой и стеклянной) — шарики притягиваются друг к другу, а если к ним прикоснуться одной и той же палочкой — шарики расталкиваются (рис. 11).

Расследуя эту загадку, великий сыщик Шерлок Холмс первым делом спросил бы: «Одинаковые ли у вас шарики?»

Маша. Одинаковые, одинаковые!

ДЧР. Тогда мистер Холмс поинтересуется: «Не меняется ли результат, если провести этот опыт в других помещениях?»

Андрей. Не меняется. Я когда-то делал эти опыты в кухне, на балконе и даже в ванной. Результат одинаковый.

ДЧР. После этого последует уверенный вывод: «В пластмассовой и стеклянной палочках возникают электрические силы двух разных видов». Вывод великого сыщика (это, конечно, шутка, на самом деле две разновидности электричества в 1733 году обнаружил французский физик Шарль Дюфе) теперь можно найти в любом школьном учебнике физики. При этом электрические свойства натертых палочек называют электрическим зарядом, заряд пластмассовой палочки — отрицательным (его обозначают знаком минус (-), а заряд стеклянной палочки — положительным (знак +). Все варианты взаимодействия двух разных сортов электричества описываются одной фразой: «Разноименные электрические заряды (+ и -) взаимно притягиваются, одноименные (+ и + или — и -) взаимно отталкиваются».

Магнитные силы. Проделав несколько похожих опытов с магнитами и стальными гвоздиками, можно убедиться, что в нашем мире есть также два сорта магнитных сил (их назвали северный магнетизм и южный) и что своим взаимодействием они чем-то похожи на электричество.

Еще одна, четвертая по счету, Главная сила природы, без нее наш мир просто не мог бы существовать. Оба вида электричества (+ и -), порознь или совместно прекрасно работают в электрических машинах и электронных аппаратах, но в одном случае скопление одинаковых зарядов становится угрозой существования всей нашей Вселенной.

Жорик. Ух, как страшно — натертая тряпкой стеклянная палочка угрожает человечеству!…

Катя. Чтобы стать остроумным, нужно сначала стать умным. Так что ты, дорогой Георгий, не спеши свои шутки шутить, послушай сначала, что тебе рассказывают и постарайся понять. Если сумеешь.

ДЧР. Начнем с того, что некоторые микрочастицы имеют свой электрический заряд: у электронов, например, как у натертой пластмассовой палочки он отрицательный (-), у протонов, как у натертой стеклянной палочки, — положительный (+). Именно этот электрический «плюс» протонов мог бы стать причиной разрушения нашей Вселенной. Как вы думаете — почему?

Саша. Тут особо и думать нечего — одноименные заряды взаимно отталкиваются. Поэтому если собрать в атомном ядре несколько протонов, то они сразу начнут расталкивать друг друга и разлетятся в разные стороны — ядро развалится, а вместе с ним и атом. А поскольку это произойдет одновременно во всех атомах Вселенной, то она мгновенно рассыплется — превратится в хаос микрочастиц.

Катя. Какой ужас!

Жорик. Почему же этого не происходит?

ДЧР. Действительно — почему этого не происходит? Наша Вселенная, несмотря на расталкивание протонов в атомных ядрах, вот уже 13 миллиардов лет остается целой и невредимой. Почему?

Федя Ли. У нас уже была похожая история в электрических опытах — сила тяжести, то есть гравитация, тянула клочки бумаги вниз, а они двигались вверх. Потому, что против гравитации действовала другая, более сильная сила — электричество.

Андрей. А в атомном ядре против электричества действует еще какая-то сила, более сильная — она сжимает протоны, стягивает их вместе, не дает им разлететься.

ДЧР. Эта «еще какая-то сила» называется ядерной или, иначе, сильной силой, она действует в 100 раз сильней электричества, которое в свою очередь в триллионы триллионов раз сильней гравитации. Именно ядерные силы, поборов электрическое расталкивание протонов, крепко соединяют их в атомном ядре и обеспечивают устойчивость нашего мира.

Паша. А нельзя нам проделать опыты, вроде натирания стеклянной палочки, и своими глазами увидеть, как действуют ядерные силы?

ДЧР. К сожалению, это невозможно — ядерные силы начинают действовать на очень малых, недоступных нашему зрению, расстояниях, когда между протонами остаются миллиардные доли миллиметра. Кстати, есть еще одна действующая только в микромире Главная сила. Она участвует в некоторых редких ядерных процессах и называется слабой силой, поскольку в тысячи триллионов раз слабее сильных сил.

Две ветки одного куста поначалу приняли за два отдельных кустика. Долгое время считали, что электричество и магнетизм — это две отдельные, самостоятельные силы. Но примерно 200 лет назад в довольно простых опытах с электричеством обнаружили, что оно само может создавать магнитные силы, а затем поняли, что с помощью магнитов можно получать электричество. Теоретики объяснили, а эксперименты подтвердили, что электрические и магнитные силы — это лишь разные проявления одной физической реальности, чтобы никого не обижать, ее назвали электромагнетизмом. Но еще лет через сто выяснилось, что этот «союз двух» — самостоятельно работающая часть «союза трех»: в микромире открыли электрослабую силу, природное объединение электромагнитных и слабых сил.

Понимание природы и свойств электромагнетизма произвело переворот в технике и технологиях, подарило людям миллиарды неутомимых помощников — электродвигатели и мощные электрогенераторы, каждый из которых может зажечь 10 — 20 миллионов лампочек. В числе подарков оказались и радиоволны, связавшие континенты и доставляющие в наши дома десятки телевизионных программ. Открытие электромагнетизма, особенно после того, как к нему добавились слабые силы и обнаружился «союз трех», дало физикам повод думать о «Великом объединении» — о единой природе всех Главных сил нашего мира. В то же время в реальной жизни электромагнетизм иногда работает своей электрической составляющей (карманный фонарик), иногда магнитной (магнитофон), и это дает повод по старинке считать, что в нашем мире действует великолепная пятерка Главных сил.

На этом надо бы закончить нашу лекцию, но я понимаю, что у вас есть вопросы.

Голоса. Вопросов миллион… Первый мой: почему Луна не падает на Землю, если ее так сильно тянет гравитация?.. А у меня такой вопрос: как электрические силы, магнитные силы и гравитация двигают разные предметы? Может быть, они их тянут невидимыми атомными нитями?.. Почему гравитация и ядерные силы умеют только притягивать, а электричество и магнетизм могут еще и отталкивать?.. Это правда, что физики ищут гравитацию, которая не притягивает, а отталкивает предметы, и уже назвали ее — антигравитация? Вот будет здорово, если эту антигравитацию найдут, — за счет отталкивания от Земли каждый сможет бесплатно летать куда угодно… Как на атомных электростанциях ядерные силы превращаются в электрические?.. Из чего состоят радиоволны?.. Вы сказали, что гравитация в несколько триллионов раз слабее электричества. Почему же она с такой силой притягивает к земле чемодан, с которым бабушка приезжает к нам в гости?..

ДЧР. Давайте на этом бабушкином чемодане пока остановимся — я понял, что вопросов у вас действительно миллион, и все очень интересные. Напишите, пожалуйста, свои вопросы на листках бумаги и завтра передайте их мне — постараюсь в следующих лекциях на них ответить. А сейчас вам пора отдохнуть после непростого учебного дня. Спокойной ночи и до встречи завтра — на том же месте в тот же час.

(Продолжение следуют)

Жизнь дошколят, ГБОУ Школа № 1576, Москва

Рассказываем вам, чем интересным занимались наши ребята в последнее время

В инженером корпусе школы продолжились занятия для дошкольников из цикла «Стана Инженерия», подготовленные учителями начальных классов. В среду наши юные воспитанники узнали много интересного о мире на занятии «Мы инженеры. Макромир и микромир». На небольшой лекции ребята узнали, в чём разница между этими двумя мирами, а потом убедились в этом на практике: в телескоп наблюдали звездное небо, в окошко – мир вокруг и это все макромир, а в микроскопе увидели строение клетки, цветочной пыльцы, среза ветки, водоросли, узнали, что вещество состоит из молекул и атомов (микромир). В конце занятия дошкольники своими руками создали модель молекулы воды под руководством педагогов. После такого насыщенного занятия осталась масса впечатлений, а новой встречи ждут с нетерпением.

Ребята из младшей группы с помощью занятий со счётными палочками развивали память, логическое мышление, мелкую моторику рук и заодно закрепили знания о геометрических фигурах.

А ещё ребята узнали интересные факты о взрослых профессиях, научились новому способу рисования с помощью ватной палочки, выполнили коллективную работу «Снежок на веточках», научились делать из цветной бумаги кошелёк, и «оживили» с помощью снежных фигур стволы деревьев.

Ребята из подготовительной группы продолжают свою проектную деятельность «Волшебная бумага». В течение прошлой недели они экспериментировали с бумагой: учились складывать разным способом, узнали, что у каждого вида бумаги свои свойства и для чего какой вид используется.

Не остались ребята в стороне от спорта. С таким удовольствием вспомнили, какие зимой игры и забавы, а на эстафете показали свои умения и ловкость!

Craftaholics Anonymous® | Современный декор: DIY Molecule Model

Современный декор: Модель молекулы DIY

Сегодня я поделюсь отличным способом добавить игривый элемент в ваш домашний декор! Почему бы не немного развлечься научным ботаником, создав свою собственную модель молекулы своими руками! Это отличный способ добавить индивидуальности вашему пространству, сохраняя при этом интерес!

Как сделать модель молекулы

, автор: Lidy

Что вам понадобится:

Дюбель деревянный
Деревянные шары
Клей для дерева
Краска-спрей (любого цвета)
Наждачная бумага
Карандаш
Сверло
Пила ручная

Инструкции:

1.Соберите все необходимое.
2. Измерьте и отметьте карандашом каждые 5 дюймов до конца дюбеля
3. Используя ручную пилу, вырежьте дюбель в соответствии с вашими размерами
4. Отшлифуйте края
5. Зажмите ваш деревянный шар и просверлите отверстия наполовину в каждом шаре. отверстия в одном)
7. Поэкспериментируйте со своим дизайном!
8.Сделайте снимок своего дизайна, чтобы вы могли вернуться и воссоздать тот, который вам больше всего нравится с
9. Сделайте отверстия в картоне (или поролоне), чтобы держать палочки вверх, и покрасьте палочки в цвет, который вы выберете
10. Распылите. раскрашивайте свои деревянные шары, пока они полностью не покроются краской. Дайте ему высохнуть между покраской. Соберите все вместе и наслаждайтесь!

Это был такой замечательный маленький проект, который, я знаю, вам понравится! Вы можете весело провести время, играя смелыми и яркими цветами или даже приглушенными и спокойными.Какой бы стиль вы ни выбрали, эта модель молекулы обязательно добавит очарования вашему дому! Как вы думаете? Не могли бы вы добавить немного декора в свой дом?

XOXO, Lidy

Хотите еще идей для рукоделия / DIY ? Следуйте сюда! Pinterest // Facebook // Instagram

Делитесь и наслаждайтесь

«Сделай сам» молекулы: веб-приложение для создания собственных трехмерных структур

Введение

Восприятие молекул как трехмерных объектов — важная способность, которую должны приобрести студенты, изучающие химию и биохимию.В настоящее время доступно множество инструментов, которые позволяют студентам визуализировать трехмерные модели химических структур и даже взаимодействовать с ними на экране компьютера с помощью мыши, клавиатуры и элементов управления пользовательского интерфейса, таких как кнопки или раскрывающиеся меню.

Какими бы полезными ни были эти инструменты, они зависят от наличия компьютерных файлов, содержащих координаты атомов и, возможно, другие свойства для каждой исследуемой молекулы. Эти файлы могут быть легкодоступны или недоступны, или их легко найти для преподавателя или студента.Следовательно, интересно иметь инструмент, который позволяет каждому построить модель по запросу для любой предполагаемой структуры. Кроме того, процессы построения собственной структуры и концептуального связывания ее с полученной трехмерной геометрией или внесения небольших изменений и наблюдения за результатами добавляют полезную образовательную ценность опыту. Этот метод также можно использовать для студенческих заданий или тестов.

Существующие процедуры построения моделей молекулярных структур обычно требуют отдельного программного обеспечения для рисования структур и отображения результатов, сохранения промежуточных файлов, локальной установки соответствующего программного обеспечения и обучения его использованию.Поэтому, хотя они и ценны, они имеют ограничение для общего и широкого использования.

Учитывая все это, было разработано приложение, которое позволит любому легко рисовать молекулы и строить свои 3D-модели в единой рабочей области. Мы назвали его «Самостоятельные молекулы» .1 Это приложение запускается в веб-браузере без необходимости установки специального программного обеспечения, не использует веб-сервер и поэтому может использоваться локально (даже с устройства только для чтения, такого как CD-ROM), а также через Интернет в большинстве операционных систем.Он основан на пошаговом подходе, а краткие инструкции представлены на той же странице, поэтому процесс обучения должен быть плавным и быстрым.

Пользовательский интерфейс и дизайн

Все операции выполняются в одном окне и на странице в веб-браузере. Интерфейс объединяет пронумерованные шаги, панель для рисования химической структуры в 2D, несколько кнопок для управления генерацией оптимизированной по энергии 3D-конформации и панель, на которой такая 3D-структура отображается и доступна для изучения и взаимодействия.

Для случаев, когда сгенерированная структура не соответствует задумке, например, неправильная стереохимия, реализованы некоторые инструменты, позволяющие исправить или принудительно направить модель при создании модели. Такие «расширенные параметры» не понадобятся в большинстве случаев и изначально скрыты, чтобы не сбить с толку или отвлечь пользователя.

Программная реализация

Создание приложения на веб-странице обеспечивает преимущества среды, знакомой большинству пользователей, и широкого доступа без установки в любой операционной системе, поддерживающей Java; его также можно использовать как онлайн, так и офлайн.Все задействованные программные элементы доступны бесплатно и с открытым исходным кодом. Само приложение DIY предлагается под лицензией Creative Commons Attribution — Noncommercial — ShareAlike.

Более совершенный и рекомендуемый в настоящее время вариант приложения DIY использует апплет JChemPaint2 для рисования структуры. Его преимущества в том, что он более мощный, химически комплексный и локализованный на несколько языков. Среди других функций он включает в себя обширный набор готовых структур в виде «шаблонов», которые можно использовать как таковые или как основу для чертежа.

Мы также экспериментируем с альтернативами для рисования 2D-структуры, такими как JME, JSDraw, jsMolEdit, SketchEl, Doodler и Kemia.3 Хотя они в целом менее мощные и многие еще не полностью разработаны, некоторые предлагают преимущество меньшего файла size, что ускоряет доступ к приложению через медленное интернет-соединение. Эти альтернативы также можно протестировать на веб-сайте DIY.

Визуализация трехмерной модели основана на апплете Jmol.4 Это мощное программное обеспечение, которое, помимо отображения, предлагает пользователю интерактивные возможности, создание изображения и вывод координат атомов для сохранения или отправки полученной модели.Он также переведен на многие языки. Приложение DIY в настоящее время использует неподписанную версию апплета, чтобы избежать предупреждений безопасности Java, которые могут отпугнуть пользователей; это требует некоторых запутанных механизмов для сохранения результатов на диск. При желании можно добиться более простой политики доступа для ввода / вывода файлов, переключившись на использование подписанного апплета Jmol.

Что наиболее важно, Jmol отвечает за вычисление оптимизированной 3D-геометрии из 2D-эскиза.Для этого используется Универсальное силовое поле (UFF5). Кроме того, Jmol может необязательно добавлять неявные атомы водорода, не представленные на чертеже. Наличие полного набора атомов водорода необходимо для правильной оптимизации 3D. 2D-редактор JChemPaint по-прежнему страдает ошибкой, из-за которой в некоторых случаях не удается правильно добавить все неявные водороды, поэтому этот шаг не может быть автоматически реализован на стороне 2D-редактора. В настоящее время поддерживаются два варианта как управляемые пользователем методы: либо добавить водороды в 2D-чертеж, либо добавить их в 3D-модель непосредственно перед вычислением геометрии.

Связь между различными модулями — 2D-редактор, 3D-рендеринг, экспортированные молекулярные данные или изображение, отправка… — достигается с помощью кода JavaScript, включенного в исходный код страницы. В частности, обмен молекулярными данными между 2D и 3D панелями использует вывод и ввод MOLfile6, обрабатываемый JavaScript.

Приложение также включает скрипт PHP, который отправит полученную 3D-модель (в виде текста в формате MOLfile) на адрес электронной почты инструктора. Чтобы это работало, файлы приложения DYI должны находиться на веб-сервере, который поддерживает язык PHP и отправляет с ним электронную почту; это необходимое условие для часто используемых серверных инсталляций.В качестве альтернативы студент может сохранить модель на локальный диск, а затем прикрепить файл к электронному письму, написанному вручную в его / ее обычном почтовом клиенте.

Практическое применение

Интерфейс достаточно прост, чтобы любой случайный пользователь быстро ознакомился с ним и приступил к созданию 3D-моделей. Таким образом, его можно использовать в качестве поддержки инструктора во время лекций или давать студентам для их собственной практики или, в идеале, для работы над заданными упражнениями. С учетом этого был реализован механизм, позволяющий отправлять полученную 3D-модель инструктору по электронной почте.

Процесс рисования плоской структурной формулы и ее немедленное преобразование в трехмерную модель сам по себе может иметь достаточно важное значение для учащихся. Кроме того, система предлагает легкие возможности поиграть и протестировать варианты изначально запланированной структуры. Помимо этого, в реальном времени отображается оптимизация плоской структуры в сторону трехмерной формы, что добавляет большую педагогическую ценность, поскольку пользователь видит, как связи растягиваются и извиваются, пока модель не достигнет правильной стереохимии.В том же духе одна из расширенных опций позволяет перемещать атомы мышью и сразу видеть, как они изо всех сил пытаются вернуться в правильные положения, совместимые со стереохимией — но не обязательно такие же, как у них изначально -.

В дополнение к базовому функционалу включены некоторые утилиты. Отображаемая 3D-модель может быть продублирована в увеличенном окне (размер которого можно увеличивать до полного экрана), что полезно, например. для детального осмотра конструкции или для проецирования в учебном классе.Кроме того, можно сделать снимок или снимок 3D-модели, а затем его можно скопировать или сохранить в файл.

Наличие

Приложение «Сделай сам» доступно для использования бесплатно1. Интерфейс доступен на английском или испанском языках; перевод на другие языки может быть легко организован. Установка копии на сервере или даже локально в компьютерном зале проста (нужно просто скопировать несколько файлов размером менее 9 МБ). Все используемое программное обеспечение является кроссплатформенным и с открытым исходным кодом, и приложение предлагается по лицензии Creative Commons (Attribution — Noncommercial — ShareAlike 3.0).

Список литературы

1. Молекулы своими руками: от 2D до 3D. A. Herráez (2010) http://biomodel.uah.es/en/DIY/ [по состоянию на 17 октября 2010 г.]

2. JChemPaint: редактор с открытым исходным кодом для двумерных химических структур, http://sourceforge.net/apps/mediawiki/cdk/index.php? Title = JChemPaint

3. Молекулярный редактор JME, http://www.molinspiration.com/jme/
JSDraw, http://www.chemene.com:8080/ccd/jsdraw/
jsMolEdit, http://chemhack.com/jsmoleditor / component / content / frontpage
SketchEl, http: // sketchel.sourceforge.net/
Doodler, http://web.chemdoodle.com/
Kemia, http://kemia.github.com/

4. Jmol: программа для просмотра химических структур в 3D с открытым исходным кодом, http://www.jmol.org/

5. UFF, силовое поле с полной периодической таблицей, основанное на правилах, для моделирования молекулярной механики и молекулярной динамики. A. K. Rappé, C. J. Casewit, K. S. Colwell, W. A. Goddard III и W. M. Skiff (1992) J. Am. Chem. Soc. 114, 10024-10035. doi: 10.1021 / ja00051a040
См. также:
http: // web.archive.org/web/20060110100545/http://franklin.chm.colostate.edu/mmac/uff.html [дата обращения: 17 октября 2010 г.]
http://towhee.sourceforge.net/forcefields/uff.html [доступ 17 октября 2010 г.]

6. MOLfile, первоначально от MDL, является широко распространенным форматом файлов для двумерных и трехмерных молекулярных структур, совместимым со многими программами. Http://www.symyx.com/solutions/white_papers/ctfile_formats.jsp

Molecule Mobile / 5, белый — Мобильные телефоны

Чтобы сделать этот сайт и наш маркетинг наиболее релевантными для вас, мы используем наши собственные файлы cookie и сторонние файлы cookie для создания статистики, анализа посещений и запоминания ваших любимых настроек.Давая свое согласие, вы разрешаете нам использовать файлы cookie и обрабатывать личную информацию, которая собирается с помощью файлов cookie. Подробнее читайте в нашей политике в отношении файлов cookie. У вас всегда есть возможность отозвать свое согласие.

Что такое файлы cookie?

Файл cookie — это небольшой файл данных, который отправляется в браузер, где он сохраняется, чтобы веб-сайт мог распознать ваш компьютер. Все веб-сайты могут отправлять файлы cookie в ваш браузер, если это позволяют настройки вашего браузера. Веб-сайты могут считывать информацию только из файлов cookie, которые они сохранили, и не могут считывать файлы cookie с других веб-сайтов.Есть два типа файлов cookie: постоянные и временные (сеансовые файлы cookie). Постоянные файлы cookie хранятся в виде файла на вашем компьютере в течение длительного периода времени. Сеансовые файлы cookie временно размещаются на вашем компьютере, когда вы посещаете веб-сайт, но исчезают, когда вы закрываете сайт, что означает, что они не хранятся на вашем компьютере постоянно. Большинство компаний используют файлы cookie на своих веб-сайтах для повышения удобства использования, и файлы cookie не могут повредить ваши файлы или увеличить риск заражения вирусом на вашем компьютере.

Для каких целей мы используем файлы cookie?

Поскольку функциональность большинства веб-сайтов зависит от файлов cookie, сохраняемых при посещении пользователем веб-сайта, в первую очередь, мы устанавливаем файлы cookie для обеспечения работоспособности сайта.Мы также используем как собственные, так и сторонние файлы cookie, чтобы улучшить взаимодействие с пользователем на нашем сайте и предложить релевантный маркетинг. Если установлен сторонний файл cookie, это означает, что мы разрешили третьему лицу, например, социальным сетям, Google Analytics и т. П., Размещать файлы cookie в вашем браузере, когда вы посещаете наш веб-сайт.

На нашем сайте мы используем следующие типы файлов cookie:

Необходимые / технические

Технические файлы cookie необходимы для правильной работы большинства веб-сайтов.Как видно из названия, они имеют только техническое значение и, следовательно, не влияют на вашу конфиденциальность, поскольку не регистрируют то, что вы просматриваете или ищете на других веб-сайтах.

Функциональные

Функциональные файлы cookie регистрируют ваши пользовательские предпочтения, запоминая выбранные вами настройки и другие варианты, которые вы делаете на веб-сайте. Примером могут быть ваши предпочтения в отношении языка и размера текста.

Статистические

Статистические файлы cookie используются для оптимизации дизайна, удобства использования и эффективности веб-сайта.Примером может служить использование собранной информации для анализа и определения того, какая информация наиболее популярна на сайте, чтобы знать, что должно быть легко найти на сайте.

Маркетинговые

Маркетинговые файлы cookie собирают информацию, отслеживая вас на отдельных веб-сайтах, которые вы посещаете — можно сказать, что они регистрируют ваши цифровые следы.
Следовательно, маркетинговые куки-файлы являются «отслеживающими куки-файлами». Собранная информация используется для понимания ваших интересов, привычек и занятий, чтобы показать вам актуальность.Таким образом, вы получаете целевой контент, например, в виде предлагаемой информации, статей и объявлений.

Информация, собираемая с помощью файлов cookie?

Данные, которые обычно собираются с помощью файлов cookie, будут, например, быть вашим IP-адресом, уникальными идентификаторами и информацией о вашем поведении пользователя.

Вы всегда можете удалить файлы cookie или отозвать свое согласие.

Вы можете заблокировать или удалить файлы cookie на этом веб-сайте, отозвав свое согласие или удалив их в настройках своего браузера.Однако имейте в виду, что на сайте могут быть функции и службы, которые больше не будут работать, если вы не разрешите файлы cookie или удалите их.

У вас также есть возможность заблокировать или удалить файлы cookie в своем браузере (будет применяться как к файлам cookie с этого сайта, так и к сторонним файлам cookie).
Подробнее о том, как это сделать, можно узнать здесь: https: //erhvervsstyrelsen.dk / saadan-undgaar-du-cookies

Если вы используете несколько браузеров, помните, что вы должны удалить или заблокировать файлы cookie во всех браузерах.

Изменения

Мы оставляем за собой право изменять и обновлять эту политику.

Проект домашнего декора, вдохновленный Имсом (скульптура молекул)

Ладно, ботаники (и дизайнеры) — этот проект для вас! Недавно я сделал скульптуру молекулы для своего журнального столика в стиле Имса, и ей просто пришлось поделиться.

Это было действительно просто сделать, и я чувствую себя просто необычным предметом, который я искал, чтобы закончить свой журнальный столик. Также отлично подходит для оформления книжных полок и т. Д.

Принадлежности для создания скульптуры молекулы, вдохновленной Имсом

деревянные круглые бусины (диаметром 1 дюйм и более)
Деревянный дюбель (диаметр 3/16 дюйма или больше)
клей для дерева или ремесла
ручная пила или аналогичный (я всегда использую эту)
наждачная бумага
сверло и сверло
зажим на настольных тисках (вот такие)
(по желанию) акриловая краска и кисть

Как сделать скульптуру молекулы в стиле Имса

1.Начните с просверливания отверстий в деревянных круглых бусинах, используя для безопасности зажим на верстачных тисках. Как показано на фото. Убедитесь, что диаметр сверла, который вы выбираете при сверлении, совпадает с диаметром вашей дюбеля. Итак, если у вас есть дюбель диаметром 3/16 дюйма, вы должны использовать сверло 3/16 и т. Д.

Примечание: вам нужно просверлить отверстия под разными углами (и несколько отверстий в некоторых бусинах), чтобы у вас было много вариантов для скульптуры молекулы, когда вы будете собирать ее позже.

2.Затем разрежьте деревянный стержень дюбеля на более мелкие кусочки (длина от 2,5 до 3 дюймов — хорошее место для начала), используя ручную пилу или аналогичный предмет.

3. Используйте наждачную бумагу, чтобы смягчить любые края или проблемы с сверлением и резкой из шагов 1 и 2.

4. Это хорошее время, чтобы покрасить бусинки или дюбели, если вы решите пойти этим путем. Я выбрала несколько оттенков синего для бусинок, а дюбели оставила неокрашенными. Подождите, пока краска высохнет, прежде чем переходить к следующему шагу.

5. После этого ваша молекулярная скульптура готова к сборке. Потребовалось некоторое время, чтобы выбрать дизайн, который мне понравился, поэтому поиграйте с ним, пока не найдете хороший, который вам нравится (и подходящего размера) для вашего пространства. Все, что вам нужно сделать для сборки, — это вставить детали дюбелей в отверстия деревянных бусинок, пока не получите желаемый дизайн.

Вы также можете посмотреть на реальные модели молекул, чтобы имитировать что-то конкретное, если хотите. Просто погуглите, и вы найдете множество вариантов.

6.После того, как вы определились с дизайном, вы, вероятно, захотите склеить все части вместе, чтобы он не развязался. Итак, с помощью клея для дерева или для поделок добавьте немного к концам частей дюбелей и вставьте их в отверстия для бусинок. Перед использованием вытрите излишки клея и подождите, пока он полностью высохнет, как указано на этикетке. Вот и все!

Я использую свой в гостиной в качестве украшения журнального столика, но это было бы круто для стола или даже для детской комнаты (убедитесь, что эти части приклеены, хотя, если это для ребенка, так что есть нет опасности глотания).

Фотография Амелии Лоуренс

Какая комната в доме, по вашему мнению, лучше всего подходит для этого проекта декора своими руками? А какую цветовую схему вы бы выбрали, если бы решили сделать свою?

П.С. У меня этот проект был в моем списке задач уже более года… Сначала я планировал сделать его версии для украшения к Рождеству в 2016 году, но так и не додумался до этого. Счастлив, что я наконец дошел до этого. Орнаменты или нет.

СохранитьСохранить

DIY твердых частиц | Химическое образование Xchange

Диаграммы частиц — это модное направление в химическом образовании. Новый AP Chemistry CED подчеркивает использование модели твердых частиц в Science Practice 1: Модели и представления. Модели частиц помогают студентам визуализировать невидимый субмикроскопический мир химии. Это может помочь студентам понять и объяснить макроскопические явления.

Многие блоггеры ChemEd X (Мейерс, Гарднер и Рэган) обсуждали их преимущества.Недавно блогер ChemEd X Майкл Фарабо рассказал о том, как он использует диаграммы твердых частиц для выявления и устранения химических заблуждений в AP Chemistry. В то время как учебники и ресурсы начинают содержать все больше и больше представлений в виде частиц, я часто не могу найти модель частиц, которую хочу использовать для решения практических задач, примера в классе, сортировки карточек или оценки.

Создание собственных диаграмм твердых частиц может показаться сложной задачей. В этом сообщении в блоге я хотел бы поделиться тем, как я создаю профессионально выглядящие диаграммы твердых частиц с помощью бесплатных инструментов.Когда мне пришлось создавать модели в качестве писателя для книги Flinn Chemistry POGIL, я научился рисовать диаграммы частиц в Google Slides и Powerpoint. Эти бесплатные программы дают вам максимальный контроль над расположением объектов для получения профессиональных результатов. Я должен упомянуть, что я преподаю в школе Google с 1: 1 Chromebook, поэтому в моих примерах будут использоваться Google Slides, но эти методы легко перенести в Microsoft Powerpoint.

Чертежное лабораторное оборудование

Я использую Chemix.org для рисования лабораторного оборудования. Chemix — бесплатный онлайн-редактор для рисования лабораторного оборудования и диаграмм. Создав лабораторную диаграмму в Chemix, я загружаю изображение или делаю снимок экрана с помощью клавиш Ctrl + Alt + Switch Window (прямоугольник с двумя линиями в верхнем ряду) на моем Chromebook (рисунок 1). Затем я вставляю изображение в слайд в Google Slides. Chemix действительно впечатляет, и они обновляются и улучшаются в течение года. Проверь их!

Рисунок 1: Рисование и загрузка изображения Chemix

Поиск изображений

Я использую Google для поиска дополнительных изображений (рис. 2).При поиске изображения я выбираю «Инструменты» на верхней панели, а затем «Прозрачный» и «Помечено для некоммерческого повторного использования с модификацией». «Прозрачный» означает, что вокруг изображения не будет белого прямоугольника, и улучшает внешний вид изображения, когда оно наложено на слои. «Отмечено для некоммерческого повторного использования» означает, что я с уважением отношусь к пожеланиям автора. Как только я нахожу нужное изображение, я щелкаю правой кнопкой мыши и «копирую» (или Ctrl + C), а затем вставляю его (Ctrl + V) в свой Google Slide.

Рис. 2: Поиск дополнительных изображений с помощью Google

Создавайте молекулы, используя формы

Когда приходит время создавать молекулы, атомы, частицы или соединения, я использую кнопку формы в строке меню.Я нажимаю клавишу «Shift» при рисовании фигуры, чтобы она оставалась симметричной (рис. 3). Это особенно полезно при создании кругов разного размера. Это гарантирует, что мои круги не превратятся в овалы. Я использую кнопку «Заливка», чтобы добавить объекту цвет или градиент. Мне также нравится, как выглядят мои частицы, когда я устанавливаю толщину границы 3 или 4 пикселя.

Рисунок 3: Параметры панели инструментов Google Slides

Группировать формы для образования молекул

Когда я создаю молекулу, я группирую формы вместе, выбирая все формы и нажимая Ctrl + Alt + G или перейдя на вкладку «Упорядочить» в меню (рисунок 4).Группирование форм упрощает использование техники копирования и вставки для «клонирования» молекул. Это помогает ускорить процесс рисования. Я также щелкаю правой кнопкой мыши или использую вкладку «Упорядочить», чтобы выровнять, распределить и повернуть мои объекты. Если мой объект скрыт другими объектами, я использую опцию «Порядок», чтобы переместить объект перед или за другими объектами.

Рисунок 4: Групповые формы для образования молекул

Сделайте это точно

Иногда мне сложно с помощью мыши поставить объект в идеальное место.Я выбираю «Параметры формата» на вкладке «Формат» в меню или щелкаю правой кнопкой мыши (рис. 5). В меню «Параметры формата» в правой части экрана я использую «Параметр позиции», чтобы изменять числа, пока не получу нужный результат.

Рисунок 5: Варианты положения

Сохранение диаграммы частиц

Когда я закончу, я загружаю слайд в формате JPEG. Выберите «Файл», «Загрузить» и «Изображение в формате JPEG» для сохранения в файл (рисунок 6). В PowerPoint есть возможность выбрать часть слайда (т.е.flask) и щелкните правой кнопкой мыши, чтобы загрузить выбранную часть слайда.

Рисунок 6: Как сохранить диаграмму частиц

Теперь, когда у меня есть диаграмма частиц, сохраненная в формате JPEG, я могу добавить изображение в любой документ (рабочий лист, тест, тест), который мне нравится.

До сих пор мне удавалось нарисовать любую безумную модель, которую я придумал, с помощью Google Slides и Powerpoint. Этому нужно научиться, но со временем процесс становится проще и быстрее.Мне очень нравится свобода рисования моих собственных моделей твердых частиц. Надеюсь, вы научились некоторым приемам, которые упростят рисование диаграмм твердых частиц! Удачного рисунка!

Активность атомов и молекул — Playdough To Plato

Ищете забавный способ рассказать детям об атомах и молекулах ?! Мы вас прикрыли! Наш пакет мероприятий по атомам и молекулам включает в себя увлекательные практические занятия, которые знакомят с частями атома (ядро, протоны, электроны и нейтроны), а затем показывают, как несколько атомов группируются вместе, образуя молекулы.

Возьмите свой пакет действий с атомами и молекулами в нашем магазине или на сайте Teachers Pay Teachers! Затем, чтобы получить больше удовольствия от STEM для детей, купите наш набор Epic STEM Challenges в нашем магазине!

Этот пост содержит партнерские ссылки Amazon.

Атомы бумажной тарелки

Для начала я взял бумажную тарелку, маркер, клей и три разных набора из 7 помпонов, чтобы Большой Брат (6,5 лет) смог сделать модель атома.

Мы говорили о ядре, которое содержит положительно заряженные протоны и нейтрально заряженные нейтроны.

Затем, поскольку на этот раз мы делали атом азота, он приклеил семь оранжевых протонов в центре пластины вместе с семью голубыми нейтронами. Этот сгусток протонов и нейтронов образовал его ядро.

Затем пришло время добавить наши отрицательно заряженные электроны, и я показал Большому Брату, как электроны быстро вращаются вокруг ядра.

В атоме азота, подобном тому, который мы строили, есть два основных пути — внутренняя орбита с двумя электронами и внешняя орбита с пятью.

Он взял свой маркер и начертил круги по обеим орбитам. Мы использовали бумажные тарелки марки Chinet, на которых уже были вырезаны кольца для облегчения отслеживания — незапланированный, но ценный бонус. 😉

Большой Брат склеил два электрона по внутренней орбите и пять по внешней.

Альт! Наш атом бумажной тарелки был готов.

Gumdrop Molecules

Поиграв в забавную игру «Загадочный элемент» с Периодической таблицей (входит в комплект упражнений), мы начали изучать, как атомы соединяются вместе, образуя такие молекулы, как вода и углекислый газ.

Взяв по одной карточке за раз, я помог Старшему Брату прочитать общее название (например, вода) и название молекулы (h3O). Затем он вскочил и начал строить структурную формулу (рисунок) из зубочисток и леденцов.

Эти занятия сделали изучение атомов и молекул таким увлекательным и увлекательным! Было бы здорово использовать их в качестве научных центров, программ STEM или Makerspaces.

Возьми свой набор

Тоже готовы играть ?! Получите свой пакет действий с атомами и молекулами в нашем магазине или на сайте Teachers Pay Teachers! И не забудьте проверить наш набор Epic STEM Challenges в нашем магазине!

Набор для моделирования органической химии

и почему вы не должны на него полагаться

Если ваш профессор говорит, что вы можете использовать свой набор для моделирования органической химии на экзаменах, я говорю НЕ .

Не надейтесь на это.

Органическая химия — это трехмерный предмет, который вы изучаете на двухмерной бумаге. Я знаю, что это звучит сбивающе с толку, но как студент-орго вы научитесь многим приемам работы с трехмерными задачами на двухмерной бумаге.

Однако, решая эти задачи, нельзя забывать, что молекулы постоянно перемещаются в космосе. Трехмерность особенно важна при визуализации вращения молекул в:

проекции Ньюмана
Сравнение стереоизомеров на хиральность и оптическую активность
Анализ стабильности конформаций стульев и лодок в циклогексанах
Даже чтобы помочь вам просто визуализировать молекулы для номенклатуры и структуры Льюиса

Чтобы полностью изучить и понять эти структуры, вы должны перенести их из плоских линий на бумаге в свой мозг и визуализировать их как реалистичные модели, заполняющие пространство.Этот процесс труден для многих студентов, поэтому я настоятельно рекомендую вам приобрести модельный набор.

Я использую / рекомендую комплект Molecular Visions Model Kit (щелкните, чтобы купить на amazon.com).

Вот мое видео распаковки этой модели набора: Как использовать ваш модельный набор для органической химии

Если вы построите, они придут

Если вы построите модель и сможете визуализировать изучаемые концепции, они станут более ясными, а это огромная экономия времени! Держа цепочку молекул в руке, легче:

См. 109.Угол наклона 5 градусов для угля sp3
Визуализируйте свободное вращение в проекции Ньюмана
Сравните энантиомеры, пытаясь физически (безуспешно) наложить R- и S-структуры

Например, меня часто спрашивают о переходе между аксиальными и экваториальными заместителями в конформации кресла. И да, я могу и пытаюсь объяснить, используя слова и бумагу, но я экономлю так много времени, когда беру свой модельный набор, конструирую стул и демонстрирую переворот кольца.(рисование стульев / учебник по перевороту)

Наблюдая за изменением молекулы или вращением атомов / связей, материал оживает! Теперь у вас есть визуальный ориентир, на который можно ссылаться, когда вы изучаете и отвечаете на вопросы.

Итак, если я так сильно настаиваю на модельном комплекте, почему я посоветовал этого не делать?

Существует разница между использованием набора в качестве учебного пособия и его использования в качестве костыля.

Многим моим ученикам разрешается приносить на экзамены модельный набор.

Я не мог поверить в это, когда впервые услышал это!

Мой им совет: Принесите комплект, но постарайтесь не использовать его!

Считайте это своей защитой BlanKIT

Когда вы знаете, что вам нужно будет отвечать на вопросы и находить решения, основанные на вашем понимании и способности объяснять определенные концепции, вы будете внимательно изучать эту информацию.

Однако, если вы знаете, что у вас есть еще кое-что, на что можно положиться, помимо своего мозга (например, набор), вы вряд ли усвоите эту информацию так серьезно.Почему? потому что вы знаете, что у вас есть костыль, который поможет вам, если он вам понадобится.

Возможно, я встречаюсь с самим собой, но когда-то в BCP (до сотовых телефонов) нам действительно приходилось запоминать номера телефонов! Сегодня мы просто проверяем контакты на телефонах. А еще лучше, мы говорим нашим телефонам: «Позвони так-то и так-то»

Лично я стараюсь знать важные номера телефонов на случай, если я сломаю / потеряю свой телефон (что я делал неоднократно), и я не могу полагаться на него как на костыль, когда я в затруднительном положении!

Дело в том, что при изучении таких тем, как проекции Ньюмана или хиральные центры, если вы знаете, что вам не разрешено использовать модель на экзамене, вы будете усиленно изучать, чтобы убедиться, что вы можете вывести необходимую информацию.

Недостатки, возникающие из-за использования модельного комплекта во время экзаменов:

Вы, вероятно, не будете знать информацию так хорошо, как следовало бы.
Вы, вероятно, недостаточно выучите эту тему.
Вероятно, вы не запомните эту информацию надолго.
Время, необходимое для построения и разработки структуры, может занять гораздо больше времени, чем время, необходимое для быстрого применения концепции и ответа на вопрос.

(Да, подготовка к экзамену занимает больше времени, но дополнительный час обучения стоит сэкономить 10 минут, чтобы у вас не закончилось время на экзамен, как у ваших одноклассников, которые используют свои комплекты!)

Сказав все это, вы все равно должны принести комплект на экзамен!

Почему?

Думайте об этом как о бланке безопасности.

Необязательно, но есть на всякий случай!

Что делать, если замерзнуть? —Предположим, вы видите первый вопрос о проекции Ньюмана и теряете сознание. Такое случается. В своей явной панике вы должны найти способ снова заняться своим умом. Выньте свой «защитный бланкит» и постройте модель. Этих нескольких секунд может хватить, чтобы разморозить ваш мозг и вернуть вас к реальности!

Что делать, если вы застряли или просто забыли? Посмотрим правде в глаза; как бы хорошо вы ни готовились к экзамену, вы, скорее всего, почувствуете, что не готовы.Это природа зверя. В худшем случае, если хорошая «старая логика» вас не подводит, модель вас «накроет».

Если вы чувствуете, что должны полагаться на модельный комплект, вы можете прибегнуть к нему!

Подготовьте свой комплект заранее, чтобы сэкономить время, и следуйте этим советам:

Возьмите с собой комплект, который вам знаком — тот же стиль, который вы использовали для изучения. Это гарантирует, что вы знаете, как манипулировать структурами.
Подготовьте свой комплект для ответов на следующие вопросы.Создайте общую структуру, которую вы можете перемещать по мере необходимости. Чем меньше вы построите во время экзамена, тем больше времени у вас будет на анализ своей структуры и ответы на экзаменационные вопросы.

Примеры предварительной сборки

Если ваш экзамен основан на проекциях Ньюмана: предварительно создайте проекцию Ньюмана. Я рекомендую построить 2-углеродную цепь с уникальными цветовыми заместителями на каждом конце. Предварительно соберите еще несколько углеродных компонентов на случай, если вам понадобится изопропильная или трет-бутильная группа в цепи.

Если ваш экзамен проводится на кресле: создайте 1-2 кольца циклогексана с 2-3 разными цветовыми заместителями, случайно прикрепленными в аксиальном и экваториальном положениях.

Если ваш экзамен посвящен темам стереохимии для начинающих , где вам нужно найти R / S, постройте одну углеродную единицу с 4 цветными заместителями, а затем постройте вторую, которая является зеркальным отображением или не совмещаемым энантиомером вашей структуры. .

Если ваш экзамен касается сложной стереохимии , включающей несколько стереоцентров, диастереомеров и мезосоединений, постройте 2 молекулы, каждая длиной 2 атома углерода, с заместителями уникального цвета.

Наконец, чтобы подготовиться к выпускному экзамену , или экзамену, который включает в себя все вышеперечисленное, предварительно создайте следующее:

один циклогексан в конформации кресла
Пара одиночных углеродных молекул, предварительно построенных в виде энантиомеров с красочными заместителями
Две молекулы, каждая с двумя хиральными центрами и красочными заместителями (для диастереомеров и мезосоединений Ньюмана)

Виновны ли вы в том, что слишком сильно полагаетесь на свой модельный комплект ? Я хотел бы услышать ваше мнение в комментариях ниже

Январь 2025
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
		1	2	3	4	5
6	7	8	9	10	11	12
13	14	15	16	17	18	19
20	21	22	23	24	25	26
27	28	29	30	31

Бумажная модель ДНК (двойная спираль)

Материалы

Шаг 1: Сделайте пометку в середине

Шаг 2: Разметка сахаро-фосфатного остова

Шаг 3: Разметка каждого азотистого основания

Шаг 4: Сложите вдвое

Шаг 5: Отогните остов

Шаг 6: Займитесь азотистыми основаниями

Шаг 7: Прогните вверх

Шаг 8: Согните по диагоналям

Шаг 9: Сожмите модель ДНК

Шаг 10: Отпустите!

Шаг 11: Немного о ДНК

путь от гравюры до нанороботов длиной в 30 лет

Словарик

Двумерное ДНК-оригами: от простого к сложному

Трехмерное ДНК-оригами

Применение ДНК-оригами: ДНК-чипы, молекулярные машины и нанороботы

Вместо заключения

Изготовьте из пластилина объемные модели молекул следующих веществ

Молекулы из пластилина. Пошаговый урок лепки. Построение модели днк Молекула днк из пластилина

Шаги

1 Создание модели из бусинок и трубоочистителей

2 Создание модели из пенопластовых шариков

3 Создание модели из конфет

Двумерное ДНК-оригами: от простого к сложному

Трехмерное ДНК-оригами

Словарик

Применение ДНК-оригами: ДНК-чипы, молекулярные машины и нанороботы

Вместо заключения

Универсальная химическая 3D-модель молекулы и атома

САМОЕ ГЛАВНОЕ — ПОНЯТЬ САМОЕ ГЛАВНОЕ

Жизнь дошколят, ГБОУ Школа № 1576, Москва

Craftaholics Anonymous® | Современный декор: DIY Molecule Model

Современный декор: Модель молекулы DIY

Как сделать модель молекулы

Делитесь и наслаждайтесь

«Сделай сам» молекулы: веб-приложение для создания собственных трехмерных структур

Molecule Mobile / 5, белый — Мобильные телефоны

Что такое файлы cookie?

Для каких целей мы используем файлы cookie?

Информация, собираемая с помощью файлов cookie?

Вы всегда можете удалить файлы cookie или отозвать свое согласие.

Изменения

Проект домашнего декора, вдохновленный Имсом (скульптура молекул)

Принадлежности для создания скульптуры молекулы, вдохновленной Имсом

Как сделать скульптуру молекулы в стиле Имса

DIY твердых частиц | Химическое образование Xchange

Чертежное лабораторное оборудование

Поиск изображений

Создавайте молекулы, используя формы

Группировать формы для образования молекул

Сделайте это точно

Сохранение диаграммы частиц

Активность атомов и молекул — Playdough To Plato

Атомы бумажной тарелки

Gumdrop Molecules

Возьми свой набор

и почему вы не должны на него полагаться

Если вы построите, они придут

Итак, если я так сильно настаиваю на модельном комплекте, почему я посоветовал этого не делать?

Считайте это своей защитой BlanKIT

Недостатки, возникающие из-за использования модельного комплекта во время экзаменов:

Подготовьте свой комплект заранее, чтобы сэкономить время, и следуйте этим советам:

Примеры предварительной сборки

Добавить комментарий Отменить ответ