STIC:STIC IV (2015)/Kit ADN

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1 Introduction

Participant: Romain Dewaele - UTOPIA

Titre: Kit éducatif pour l'enseignement de la structure de l'ADN

2 Idée initiale et son évolution

L'idée initiale de ce projet est de créer un kit comportant plusieurs pièces qui pourraient être assemblée pour former un fragment d'une double hélice d'ADN. Les pièces importantes seraient les paires de bases (A, T, G, C) qui s'apparient en paires: les A avec les T, les G avec les C. Pour cela, un système d'aimant sera intégré à l'intérieur des pièces, ce qui permettra de représenter les bons appariements, ainsi que les liaisons hydrogènes qui existent entre les deux brins de la molécule d'ADN. Initialement je voulais fixer ces bases sur deux tiges en double hélice de sorte à ce qu'elle puisse se faire face. Le but du dispositif était donc essentiellement d'enseigner les bonne paires de bases.

Après le cours du 6 novembre, l'idée a évolué, et à la place de simplement fixer les bases sur une tige (repésentant le squelette de la chaîne), j'ai décider de créer des pièces également pour la chaîne de désoxyribose et de phosphate. J'ai pensé à un support sous forme de tige cylindrique souple, sur laquelle on pourra enfiler des groupes desoxyribose+phosphate attachés à une base.

En réfléchissant à la manière d'articuler le groupe desoxyribose+phosphate avec la base, j'ai décidé d'être encore plus précis et de séparer cette pièce en deux: la partie du bas sera le désoxyribose, celle du haut le phosphate. Il s'assemblent entre eux grâce à un système de type Lego et forment une charnière dans laquelle sera insérée la base. Ainsi, le kit permet d'enseigner plus que le simple appariement des bases, mais véritablement la structure complète de l'ADN.

Je réfléchi encore à la manière de lier les bases entres elles au sein de la chaîne. Un trou est prévu pour pouvoir les monter sur des tiges souples et ainsi former la double hélice. Il serait cependant bien de pouvoir travailler à plat, sans le support en gardant l'intégrité de la chaîne. Cela permettrait d'utiliser le kit pour modéliser différents phénomènes liés à l'ADN (réplication, mécanismes de réparation, transcription, etc...). Les aimants pourraient à nouveau être une solution.

3 Modélisation 3d

J'ai d'abord utilisé sketchup (plus intuitif pour moi) pour réaliser l'esquisse 3D de mes objets. Je passé d'un seul cylindre, à une forme plus applatie, à finalement deux objets s'assemblant pour représenter le phosphate et le désoxyribose. Pour assembler les deux pièces, j'ai décidé d'utiliser la bibliothèque OpenSCAD doblo-factory. J'ai donc réalisé toutes les pièces dans un fichier OpenSCAD.

Il y a 3 types de pièces:

  • Les désoxyriboses, plats en bas, avec des tétons légo en haut, et portant le cone pour la charnière avec la base
  • Les phosphates, plats en haut et portant des fixations légos en bas, ainsi qu'un trou pour recevoir l'axe de la charnière
  • Les bases, elles mêmes séparés en plusieurs catégories:
    • L'Adénine, une purine (donc plus longue) pouvant faire 2 liaisons hydrogènes (donc avec 2 trous pour recevoir des aimants)
    • La Guanine, une purine (longue) pouvant faire 3 liasons hydrogèens (donc avec 3 trous pour recevoir des aimants)
    • La Thymine, une pyrimidine (donc plus courte) pouvant faire 2 liaisons hydrogènes (donc avec 2 trous pour recevoir des aimants)
    • La Cytosine, une pyrimidine (donc plus courte) pouvant faire 3 liasons hydrogèens (donc avec 3 trous pour recevoir des aimants)

Chaque articulation représente une liaison chimique. Je pense plus tard représenter les molécules sur chaque pièce, soit en peignant sur les pièces, soit avec un autocolant, soit directement imprimé en 3D sur la pièce grâce à un SVG extrudé.

Les trous pour acceuillir les aimants ont été conçu pour accueillir des aimants cylindriques de diamêtre 5 mm et 9 mm de hauteur

J'ai ensuite exporté depuis OpenSCAD les différents fichiers .stl de toutes ces pièces.

4 Préparation des mesh

Certains fichiers ne pouvaient pas être "slicé" correctement dans Repetier Host par le slicer Slic3r. J'ai donc réparé ces fichiers dans meshlab en enlevant les arrêtes et faces doubles et en m'assurant que mes objets étaient bien faits d'un seul bloc plein.

J'ai ensuite utilisé Repetier Host pour orienter les 6 objets de la meilleur manière pour l'impression 3D (en évitant les overhangs). Avec des couches de 0.2 mm et un remplissage à 30% de type line, l'impression simultanée des 6 objets devrait prendre 2h37

Dossier de la V1 des pièces

5 Suite du projet

J'aimerai à présent tester l'impression 3D de ce prototype, afin de tester l'assemblage des pièces entre elles, et l'ajout des aimants. Je réfléchirai ensuite à la manière de lier les nucléotides entres eux dans la chaîne, et à la manière de symboliser les molécules sur les pièces (impression 3D vs peinture vs autocollant) Je pense également modifier les pièces pour indiquer montrer la polarité de la chaîne, et ainsi faire comprendre aux élève que le sens de polymérisation est important, et que les chaînes d'ADN vont en sens inverse l'une de l'autre dans la double hélice.

6 Impression

Les objets ont été imprimés correctement. J'ai cependant du limer certaines parties pour que les pièces s'agencent correctement. Pour la prochaine version, je vais modifier les diamètres de tous les trous pour permettre plus de jeu et un emboitement plus facile. J'aimerai tenter d'imprimer sur les pièces les représentations moléculaires. Si ça ne fonctionne pas, j'ai pensé à des autocollants, un tampon ou un pochoir avec de la peinture.