Вторичная сушка направлена на устранение незамороженных молекул воды. После завершения процесса вакуум разрушается инертным газом с последующей герметизацией продукта.
Рисунок 10 - Схема работы лиофильной сушки [11]
Применяется лиофилизация совершенно в разных областях. Данный процесс весьма актуален для индустрии фармацевтики, ветеринарии, биологии, пищевой промышленности и т.д.
Используется лиофильная сушка лекарственных препаратов, например, гормональных, антибиотиков, сывороток и вакцин.
Если говорить о продуктах, то данному процессу подвержено мясо, некоторые молочные продукты, а также растворимые кофе и чаи.
В сфере биотехнологий лиофильная сушка используется для термолабильных продуктов и ферментов, тормозя их инактивацию для сохранения процессов жизнеспособности клеток [11].
ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ГРАФИЧЕСКОГО РЕДАКТОРА 3Ds MAX
3.1 Использование 3D моделей в науке: актуальность и характеристики
На сегодняшний день, в условиях повсеместной информатизации, все более актуальным в научной среде становится вопрос совершенствования мультимедийной составляющей. Компьютерное моделирование, в частности 3D-моделирование, ? один из способов представления биологической информации. С его развитием появилась возможность наглядного представления молекулярного строения вирусов и других различных частиц, не доступных для восприятия человеческому глазу.
Относительно 3D моделей стоит отметить, что именно под влиянием стремительного развития молекулярного моделирования был совершен определенный технический прорыв. Назрела острая потребность в наглядном представлении сложных для векторного восприятия трехмерных структур (например, белковых), для которых именно само строение определяет сущность и биологическую функцию [12].
Интерес к геометрическому строению циклических молекул определяется не только их важнейшей ролью в органической химии и биохимии, но также сложностью и практически неисчерпаемым количеством соответствующих конформационных вариантов, особенно в случае гетероциклических соединений [10, c. 152].
Цифровые 3D технологии и когнитивное программирование открывают уникальные возможности воспроизведения сложнейших пространственных форм, объектов и инженерных конструкций, механизмов. Реализация этих возможностей связана с цифровой технологией управления материальными частицами в объемной среде инструментов 3D технологии, где осуществляется технологический процесс, определяющий свойства воспроизводимого объекта.
Сам процесс создания 3D моделей характеризуется трудоемкостью и максимально детальным подходом. Для грамотной визуализации необходимо собрать прочный теоретический базис в узких специфичных предметных областях. В связи с этим стоит отметить необходимость совместной работы биологов и визуализаторов для построения правильной визуализации объекта [13, c. 179].
Характеристиками следующих этапов построения трехмерных моделей считается сбор и анализ информации для составления вербальной картины исследования.
Затем производится получение трехмерных компонентов модели. Для этого прибегают к методу электронной микроскопии, которая описывает строение крупных молекулярных блоков и позволяет оценить частицы, состоящие из нуклеиновых кислот и капсида. Затем идет рентгеноструктурный анализ, отвечающий за описание белков и их фрагментов [14]. Объединенные методики информируют о количественно-молекулярном составе.
Следующим этапом является систематизация полученных структур и представление их в виде цифр и рисунков, с использованием расположений с различных углов. И после этого инженеры формируют из исходных данных трехмерную картину. Для получения полноценной модели используется моделирование на основе известных структур, которое заключается в предугадывании недостающих молекулярных структур [15, c. 549]. Для наибольшей точности такого моделирования применяются компьютерные методы, в основе которых лежат алгоритмы, позволяющие с определенной достоверностью рассчитывать взаимодействие между отдельными атомами
молекулы.
После завершения построения моделей компонентов следует этап первичной оптимизации, именуемый докингом. Докинг ? это метод молекулярного моделирования, при котором перебираются варианты взаимного положения составляющих молекулярной модели для поиска наиболее устойчивого комплекса [14, c. 136]. Результатом докинга является создание прочной молекулярной 3D структуры, которая впоследствии может модифицировать и подвергаться изменениям и корректировкам, редактированию и трансляции [17, c. 200].
3.2 Практическое использование 3Ds MAX при моделировании
Для того, чтобы представить практические возможности 3D моделирования в программе 3Ds MAX, необходимо кратко охарактеризовать внутренний интерфейс [18]. Для большей наглядности инструктаж интерфейса будет проиллюстрирован конкретными фрагментами панелей задач программы, представленной на Рисунке 11:
Рисунок 11 - Основные кнопки верхней панели [18]
Кликабельная иконка в верхнем левом углу позволяет использовать базовые настройки для сохранения, переименования и других стандартных шагов.
Меню EDIT отвечает за первичное редактирование объектов - вращение, перемещение.
Меню TOOLS используется реже, оно отвечает за продвинутое редактирование более мелких объектов.
Меню GROUP отвечает за группировку объектов, используется для однотипных структур.
Для построения трехмерных объектов в самом начале необходимо задать параметры единиц измерения и перейти во вкладку CREATE. В ней находятся примитивы - набор простейших объектов, представленных на Рисунке 12.
Рисунок 12 - Набор примитивов [18]
Далее для того, чтобы создавать более сложные фрагменты единого трехмерного объекта, необходимо задать точные параметры, важные, например, в процессе построения молекул. В панели MODIFY (Рисунок 13) можно выбрать определенные параметры размеров и объемов для фигур.
Рисунок 13 - Параметры для фигур[18]
Далее для работы в программе предусмотрен такой удобный инструмент как модификаторы. Они позволяют модернизировать примитивы и присваивать им новые свойства для схожести с вашей вербальной моделью - менять объем, задавать углы наклонов, связи и тени. Практически это реализуется способом, представленным на Рисунке 14:
Рисунок 14 - Использование модификаторов [18]
Важным инструментов при биохимическом моделировании объектов служат копии и массивы. Данная функция, к счастью, тоже доступна в версии 3Ds. Копии создаются простым путем - при помощи комбинации Ctrl+C, Ctrl+V с последующим выбором типа копирования объектов. Для построения же сложных конструкций можно использовать функционал массивов, отрегулировав количество и свойства трансформационного процесса таким образом, как это представлено на Рисунке 15.
Рисунок 15 - Копии в массивах [18]
Для создания молекулы или другого объемного трехмерного объекта необходимо создать референс - картинку, на которую опираться при построении модели [19].
Для изображения молекул зачастую используются следующие примитивы:
Геосфера для атомов и Цилиндр для построения связей. Напоминаем, что создается 1 объект, а уже затем, через копировальные функции подставляются другие.
Затем для модели строятся развертки и текстуры с конкретными разрешением, подбирается цветовая гамма. По принятым в химии правилам, разные типы атомов отображаются конкретными цветами [19]:
Водород - белый
Углерод - серый
Кислород - красный
Затем уже к построенной модели применяется модификатор UVW в режиме PLANAR, к которым применяются готовые текстуры. Теперь необходимо установить разворот: по осям Х и У ставим 90 градусов.
Для более подробного и красивого изображения цветовая гамма может корректироваться по палитре и градиенту, но данная мера не является обязательной.
Чтобы быстро скопировать в 3ds max, нужно выделить объект или материал, и, зажав клавишу Shift, переместить выделенный материал или объект [20]. Сделав нужное количество копий, просто заменяем текстуры у новых материалов. Со связями атомов поступаем таким же образом - создаем две новые копии одного из материалов атомов и назначаем им готовые текстуры градиента вместо текстур атомов.
После настройки элементов необходимо начать этап сборки. Для этого копируется и выстраивается нужно число элементов и осуществляется их сборка.
Используя все вышеперечисленные шаги и функционал данной программы. Можно получить трехмерное изображение любого нужного нам объекта. На Рисунке 16 представлена модель глюкозы, созданная в программе 3Ds MAX [20]:
Рисунок 16 - Модель глюкозы, построенная в программе 3Ds MAX [18]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
графический редактор гликирование лиофилизация
Целью данного исследования было изучение программных продуктов, в рамках функционала которых можно смоделировать биохимические процессы и объекты.
Так, было охарактеризовано множество программ, которые содержат в себе функционал по работе с 3D объектами. Наибольший интерес представляет программа 3Ds MAX, так как она имеет простой интерфейс и все нужные для моделирования инструменты, а также доступна для использования на любой платформе.
Следующим шагом работы было изучение процессов гликирования и лиофилизации. Так, были охарактеризованы сами процессы, представлено схематическое изображение каждого этапа и механизмы реализации данных процессов, сферы использования и конечные продукты.
В процессе исследования более подробно был рассмотрен выбранный нами инструмент - 3Ds MAX. Описан интерфейс и функционал для формирования понимания спектра действий программы. Также проивзеден пример построения трехмерных объектов в данном продукте, что позволило наглядно определить и выделить преимущества данной программы перед другими.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Обзор самых популярных 3D редакторов [Электронный ресурс] // URL: https://videosmile.ru/lessons/read/obzor-samyih-populyarnyih-3d-redaktorov.html (дата обращения: 12.11.2020).
2. CorelDRAW - мощная программа для работы с графическим дизайном. Плюсы и минусы. [Электронный ресурс] // URL: http://www.jaans.ru/coreldraw-moschnaya-programma-dlya-raboty-s-graficheskim-dizajnom-plyusy-i-minusy (дата обращения: 12.11.2020).
3. Inkscape [Электронный ресурс] // URL: http://bezwindowsa.ru/programmy/inkscape-skachat-besplatno.html (дата обращения: 12.11.2020).
4. Обзор 3Ds Max: коротко о главном [Электронный ресурс] // URL: https://3ddevice-com-ua.turbopages.org/s/3ddevice.com.ua/blog/3d-printer-obzor/obzor-3ds-max/ (дата обращения: 12.11.2020).
5. Малая медицинская энциклопедия. -- М.: Медицинская энциклопедия. 1991--96 гг.
6. Огурцов А. Н. Основы биоинформатики //Харьков: НТУ" ХПИ. - 2013.
7. А. Я. Николаев. Биологическая химия. -- Издание третье, переработанное и дополненное. -- Москва: Медицинское информационное агентство, 2004. -- 568 с.
8. Энциклопедический словарь медицинских терминов. -- М.: Советская энциклопедия. -- 1982--1984 гг. - 420 с.
9. Беловешкин Андрей. Гликирование и его продукты: мусор внутри вашего тела URL: https://wamiles.com.ua/glikirovanie_part1 (дата обращения: 12.11.2020).
10. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия: Учебник. -- Медицина, 1998. -- 704 с.
11. Лиофильная сушка: история, принцип [Электронный ресурс] // URL: https://biotechno.ru/about_company/articles/liofilnaya-sushka-istoriya-printsip / (дата обращения: 12.11.2020).
12. Применение моделирования в биологии. [Электронный ресурс]. // URL: https://spravochnick.ru/informacionnye_tehnologii/informacionnye_modeli_i_modelirovanie/primenenie_modelirovaniya_v_biologii/ (дата обращения: 21.11.2020).
13. Игнасимуту С. Основы биоинформатики. ? М. ? Ижевск: НИЦ "Регуляторная и хаотическая динамика", Институт компьютерных исследований, 2007. ? 320 с.
14. Смолянинов В.В. Математические модели биологических тканей. М. Наука, 1980, 368 с.
15. Н.Г. Захарова, В.И. Вершинина, О.Н. Ильинская. Краткий курс по микробиологии, вирусологии и иммунологии - Казань: 2015. - 799с.
16. Первая медицинская помощь. -- М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. - 255 с.
17. Шакирзянова Е. И. Детальный подход в молекулярном моделировании: сочетание методов биоинформатики и 3d-технологий //Россия молодая. - 2015. - 462 c.
18. Основы моделирования в 3ds Max. [Электронный ресурс]. // URL: https://3dlancer.net/ru/lessons/3d-max/osnovy-modelirovaniya-v-3ds-max-209 (дата обращения: 21.11.2020).
19. ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО: Создание 3D модели молекулы серной кислоты для EV Toolbox [Электронный ресурс]. // URL: https://eligovision.ru/media/upload/3D_model_creation.PDF (дата обращения: 21.11.2020).
20. Хабрахабр: ресурс для IT-специалистов компании "ТМ" [Электронный ресурс]. // URL: http://habrahabr.ru/company/visual-science/blog/235297/ (дата обращения: 21.11.2020).