Jak používat 3D Printing Molecules

Nejprve programu řekni, jakou látku chceš modelovat. Můžeš využít automatický import nebo nahrát vlastní data.

Obr. 1: Zobrazení vyhledávání z PubChemu

• 1
  Vyhledávání: Zadej anglický název látky do pole "Search on PubChem" a stiskni Enter. Data se automaticky stáhnou z veřejné databáze. Kromě názvu funguje i CAS číslo, PubChem CID, sumární vzorec (H2O, CO2, H2SO4 – velikost písmen nevadí, projde i h2so4 nebo H₂O) a SMILES (např. CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(=O)O). U vzorce se načte nejrelevantnější sloučenina; pokud jich vzorci odpovídá víc (izomery), vybereš konkrétní v pokročilém vyhledávání.
• 2
  Vlastní data: Soubor .sdf, .mol, .pdb, .cif nebo z ChemDraw (.cdx, .cdxml) nahraj tlačítkem Upload File, přetáhni ho do okna, nebo ho vlož klávesami Ctrl+V. Model se načte hned. 2D struktury (typicky export z ChemDraw či Marvin, bez vodíků) se automaticky převedou do 3D a vodíky se doplní.

Potřebuješ namodelovat sloučeninu podle vzorce SMILES, makromolekulu z Protein Data Bank, krystalovou mřížku nebo kofaktor s navázaným kovem? Aplikace nabízí pokročilé vyhledávání ve více chemických a krystalografických databázích.

Ukázka: Vyhledávací pole s prefixem a záložky v okně pokročilého vyhledávání

• A
  Ikona ozubeného kola (Nastavení vyhledávání): Kliknutím na tlačítko s ikonou ozubeného kola settings v pravé části vyhledávacího řádku otevřeš okno Pokročilé vyhledávání. Zde můžeš pohodlně přepínat mezi jednotlivými zdroji pomocí záložek, využít interaktivní filtry (např. výběr řetězce u PDB) nebo kliknout na připravené ukázkové molekuly.
• B
  Přímé prefixy v hlavním poli: Okno nemusíš otevírat – stačí napsat prefix následovaný dvojtečkou přímo do vyhledávacího pole. Aplikace automaticky rozpozná typ dotazu a přesměruje jej na správnou službu. Sumární vzorce a SMILES se rozpoznají i bez prefixu.

database PubChem: vzorce, izomery a 3D konformery

formula: / conformer:

Zadáš-li v záložce PubChem sumární vzorec, zobrazí se seznam všech sloučenin s tímto vzorcem seřazený podle relevance – například pro C2H6O ethanol i dimethylether – a vybereš tu správnou. Po zaškrtnutí Vybrat 3D konformer aplikace místo výchozí struktury nabídne až 10 prostorových konformací, které PubChem pro sloučeninu spočítal. U každé je uvedena energie MMFF94 a v závorce rozdíl oproti nejstabilnější. Hodí se pro ukázky flexibility molekul nebo tisk několika konformací vedle sebe. Konformer se ukládá do historie i do sdíleného odkazu.

Příklady: H2SO4, C2H6O (izomery), Aspirin + Vybrat 3D konformer. Soli a kovové komplexy často 3D konformery nemají – aplikace pak nabídne převod 2D → 3D.

upload_file ChemDraw a soubory .mol

Upload / přetažení / Ctrl+V

Strukturu z ChemDraw načteš třemi způsoby: uložením jako .cdx nebo .cdxml a nahráním souboru; přes Edit → Copy As → MOL Text nebo CDXML Text a vložením Ctrl+V kamkoli do aplikace (mimo jiná textová pole); nebo přes Copy As → SMILES a vložením do vyhledávacího pole. Stejně funguje .mol z ChemDraw, Marvin, ChemSketch či jiných editorů. Kreslené (2D) struktury nemají prostorové souřadnice ani vodíky, proto se automaticky převedou do 3D – online přes NIH CACTUS, offline lokálně (OpenBabel). Rozbalují se i zkratky skupin (Ph, OMe…) a zachovají se náboje i stereochemie z klínových vazeb.

Soubory, které už 3D souřadnice obsahují (např. export z Avogadra nebo PubChem 3D SDF), se načtou beze změny.

science SMILES & InChI

smiles: / cactus:

Převod lineárního chemického vzorce do 3D souřadnic pomocí služby NIH CACTUS CIR (s fallbackem na PubChem 3D). Vhodné pro libovolné vlastní či exotické sloučeniny mimo běžné katalogy. SMILES se závorkami, kruhy či násobnými vazbami (např. výstup z ChemDraw Copy As → SMILES) se rozpozná i bez prefixu.

Příklady: smiles: CC(=O)Oc1ccccc1C(=O)O (aspirin), smiles: C1CCCCC1 (cyklohexan), smiles: C12C3C4C1C5C2C3C45 (kuban)

biotech PDB Makromolekuly

pdb:

Načte biologické makromolekuly z Protein Data Bank (proteiny, enzymy, DNA, RNA). V okně pokročilého vyhledávání lze navíc specifikovat konkrétní řetězec a zapnout krystalovou vodu.

Příklady: pdb: 1CRN (krambin), pdb: 1BNA (B-DNA), pdb: 1CRN:A (řetězec A)

category CCD Ligandy a kofaktory

ccd:

Stahuje ligandy a kofaktory z PDB Chemical Component Dictionary. Ideální pro 3D tisk kofaktorů s vázanými atomy kovů, barviv a léčiv vázaných v makromolekulách.

Příklady: ccd: HEM (hem), ccd: ATP, ccd: CLA (chlorofyl a)

grain COD Krystaly a minerály

cod:

Prohledává Crystallography Open Database. Umožňuje načíst anorganické krystalové mřížky, soli a minerály podle fulltextového názvu, sumárního vzorce nebo číselného COD ID.

Příklady: cod: 1506182, cod: CaCO3 (kalcit), cod: quartz, cod: NaCl

draw Kreslení 2D → 3D

záložka Kreslení

Strukturní vzorec nakreslíš přímo na plátně: zvol vazbu (jednoduchá, dvojná, trojná nebo klínová/šrafovaná pro stereochemii), prvek (C, H, O, N, P, S, F, Cl, Br, I, B, Si, Se nebo jakýkoli další z nabídky Další) nebo kruh (benzen, cyklohexan, cyklopentan; další cykloalkany a heterocykly jako pyridin či furan najdeš pod Další cykly) a klikej či táhni myší. Nástroje +/− nastavují náboj atomů a pod plátnem se průběžně zobrazuje vzorec a SMILES nakreslené molekuly. Klik prvkem na existující atom ho změní, klik do prázdna přidá nový atom. Tlačítko Vytvořit 3D model pak spočítá prostorové souřadnice včetně vodíků.

Ukázka: kyselina salicylová nakreslená v záložce Kreslení

Online se 3D struktura počítá přes NIH CACTUS, bez internetu automaticky lokálně v prohlížeči (OpenBabel, silové pole MMFF94). Tip: záložku otevři jednou s připojením, aby se offline výpočet uložil do prohlížeče (nainstalovaná aplikace to udělá sama).

Po načtení dat se ti zpřístupní nastavení modelu. Prvním krokem je výběr reprezentace molekuly.

Obr. 2: UI ukázka s rozbaleným menu pro reprezentaci

Vyber si vzhled, který nejlépe vyhovuje tvým potřebám pro výuku nebo 3D tisk.

Obr. 3: Nabídka rozbalovacího menu

• 3
  Select Model Type: Zvol požadovaný vzhled (Spheres, Ball-and-Stick, Sticks, nebo náš tajný Minecraft režim).

Přizpůsob si detail a proporce modelu tak, aby se co nejlépe tiskl. Najetím myší na jednotlivé možnosti níže uvidíš, jak parametry vizuálně mění výsledek.

Výchozí kvalita sítě (Quality: 50)

Nízká kvalita (Quality: 5)

Skrytí vodíků (Hydrogens)

Výchozí Ball-and-Stick

Zobrazení násobných vazeb

Jednotný průměr (Uniform Atom Diameter)

Oddělené vazby (Group Bonds Separately)

Větší měřítko (Multiplication Factor: 1.5)

Tloušťka vazeb (Bond Diameter: 0.6)

Výchozí kvalita sítě (Quality: 50)

Standardní nastavení pro hezký a hladký sférický model.

Obr. 4: Parametry modelu a možnosti exportu

• 4
  Model Settings: Zde můžeš upravit kvalitu, velikost modelu, průměr vazeb nebo zobrazení vodíků.
• 5
  Možnosti exportu: Tlačítko Download Template stáhne čistá .sdf data molekuly. Modré tlačítko One STL File exportuje sloučený jednobarevný model.
• 6
  Finální vícebarevný export: Zeleným tlačítkem Download Model stáhneš .zip archiv s modely oddělenými po atomech pro snazší přiřazení barev ve sliceru.

Na obrázku vidíš složitější model (ATP). Pamatuj, že po jakékoliv úpravě v sekci Model Settings se náhled neaktualizuje sám.

Obr. 5: Ukázka modelu ATP a žlutého tlačítka Reload

• 7
  Tlačítko Reload: Kdykoliv upravíš nastavení, vždy nejprve klikni na toto žluté tlačítko. Tím aplikuješ změny do 3D náhledu.

Svůj připravený model včetně přesného nastavení parametrů můžeš jednoduše poslat kolegům, studentům nebo si ho uložit do záložek pomocí URL odkazu.

Obr. 6: Čtvercové tlačítko sdílení a vyskakovací okno s URL odkazem

• 8
  Tlačítko Sdílet: Klikni na čtvercové tlačítko s ikonou sdílení (vedle tlačítka Slice). Odkaz se zkopíruje do schránky, tlačítko zezelená a přímo nad ním se otevře okno s textovým polem a celým URL odkazem. Odkaz v sobě nese zdroj databáze (pubchem, pdb, cod), název či kód molekuly, zvolený typ zobrazení i všechny upravené parametry, takže po jeho otevření se vše automaticky nastaví a vykreslí. Vybraný 3D konformer z PubChem se v odkazu zachová také (conformer:…). Pokud pracuješ s vlastním nahraným souborem (.sdf, .mol, .pdb, .cif, ChemDraw), odkaz slouží ke sdílení samotného typu zobrazení a nastavených hodnot (source=file), které se po otevření přednastaví pro nahrání vlastního modelu.

3D Printing Molecules si můžeš nainstalovat jako aplikaci na plochu počítače nebo telefonu. Po prvním otevření s internetem se aplikace uloží do prohlížeče a dál ji můžeš používat i bez připojení k internetu – třeba ve třídě, v laboratoři nebo na cestách.

• computer
  Instalace na počítači (Chrome, Edge): V adresním řádku klikni na ikonu Instalovat aplikaci install_desktop (vpravo vedle adresy) a potvrď Instalovat. Aplikace se pak otevírá ve vlastním okně a najdeš ji v nabídce Start / Launchpadu.
• phone_iphone
  Instalace na mobilu: V Safari (iPhone, iPad) klepni na Sdílet ios_share → Přidat na plochu. V Chrome (Android) otevři menu ⋮ → Instalovat aplikaci (případně Přidat na plochu).

Pro vícebarevný tisk molekuly se ujisti, že tě slicer upozorní hláškou
„Byl detekován objekt o více částech“ (Multi-part object detected),
a následně potvrď volbou „ANO“ (YES).