Cercetătorii de la Universitatea Cuza Iași au creat un instrument digital pentru generarea rapidă de modele moleculare 3D
O echipă de cercetători de la Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” din Iași (UAIC) a dezvoltat un instrument digital inovator care permite cadrelor didactice din învățământul preuniversitar și universitar să genereze modele moleculare 3D ușor de tipărit, contribuind la o mai bună înțelegere a conceptelor complexe din domeniul biomolecular în rândul elevilor și studenților.
Aplicația, disponibilă gratuit, oferă personalului didactic posibilitatea de a crea rapid modele moleculare ce pot fi utilizate în activități didactice, prezentări sau demonstrații practice, facilitând predarea interactivă și intuitivă a noțiunilor complexe.
Spre deosebire de alte soluții existente, instrumentul dezvoltat la UAIC este conceput special pentru imprimante 3D accesibile, disponibile pe scară largă, și oferă instrucțiuni clare pentru realizarea modelelor, facilitând astfel utilizarea sa în mediul educațional.
Instrumentul a fost dezvoltat de echipa UAIC formată din prof. univ. dr. habil. Marius Mihășan – coordonator (Facultatea de Biologie), lect. univ. dr. Liviu-Andrei Scutelnicu (Facultatea de Informatică) și doctorand Andreea-Mihaela Mleșniță (Facultatea de Biologie).
„Calitatea educației în științele biomoleculare are un impact direct asupra societății și asupra vieții noastre de zi cu zi. Un element esențial al acestei educații este înțelegerea legăturii dintre structura și funcția moleculelor. De obicei, această legătură este predată de profesori folosind modele și imagini 2D, animații sau filme 3D. Însă, s-a demonstrat că elevii sau studenții învață mai eficient atunci când pot atinge și manipula modele fizice ale moleculelor complexe. Această modalitate le oferă o experiență de învățare mai clară și mai captivantă. Până acum, au existat diverse metode de a crea astfel de modele fizice, dar imprimarea 3D oferă cea mai mare flexibilitate și costuri reduse. Prin urmare, am început să dezvoltăm 3DP-Jmol, un soft care generează automat modele moleculare imprimabile 3D din date structurale, pe baza unui input minim din partea utilizatorului”, a declarat prof. univ. dr. habil. Marius Mihășan.
Potrivit cercetătorilor, principala provocare tehnică constă în convertirea datelor structurale corecte din punct de vedere științific, disponibile în baze de date specializate, precum RCSB Protein Data Bank (RCSB PDB), în fișiere care pot fi utilizate direct pentru imprimare 3D.
„În crearea modelelor moleculare 3D tipăribile din structuri macromoleculare, cea mai dificilă etapă pentru utilizatori este conversia datelor structurale în format STL, cel mai folosit fișier pentru imprimarea 3D. Această etapă este esențială nu doar pentru ca modelul să poată fi imprimat corect, ci și pentru eficiența sa ca instrument educațional sau demonstrativ. Parametri importanți ai moleculei (dimensiunea, tipurile de atomi, dimensiunile legăturilor) trebuie corelați atent cu dimensiunile finale ale modelului fizic și cu specificațiile echipamentului de imprimare. 3DP-Jmol simplifică acest proces, generând automat modelele 3D cu un input minim din partea utilizatorului. 3DP-Jmol permite profesorilor să transforme rapid structuri moleculare (de exemplu, proteine sau ADN) în fișiere 3D tipăribile, utile la clasă pentru a ilustra forma și funcția biomoleculelor. Instrumentul poate fi utilizat direct online, în browser, printr-o integrare web precum EDUMOL3D, fără instalări complicate. Profesorul selectează molecula de interes prin indicarea unui cod PDB (Protein Data Bank) și a modului de vizualizare dorit, iar fișierele generate se descarcă și pot fi tipărite pe orice imprimantă 3D standard. Pentru utilizatorii avansați, 3DP-Jmol poate fi rulat și independent, pe propriul calculator sau integrat în pagini web dedicate, oferind posibilitatea personalizării și procesării avansate a structurilor macromoleculelor. Proiectul este în continuă dezvoltare, cu funcționalități noi adăugate constant. Deși obiectivul este o funcționare stabilă și intuitivă, performanța poate varia în funcție de configurație și utilizare”, a completat prof. univ. dr. habil. Marius Mihășan.
Modelele moleculare 3D au fost integrate într-un studiu educațional desfășurat în trei licee din Iași: Colegiul Național „Mihai Eminescu” Iași, Colegiul Național „Garabet Ibrăileanu” Iași și Liceul Teoretic de Informatică „Grigore Moisil” Iași.
„Utilizarea modelelor 3D în studiul acizilor nucleici a avut un impact cognitiv important asupra elevilor, mai ales în etapa de consolidare a cunoștințelor. Modelele au adus un plus de valoare prin caracterul lor practic, ușor de utilizat, dar și prin veridicitatea științifică, comparativ cu alte materiale didactice”, afirmă prof. Irina-Alina Diac, de la Colegiul Național „Mihai Eminescu” Iași.
„Modelele 3D au o importanță majoră în educația modernă, transformând lecțiile teoretice pasive în experiențe interactive și atractive pentru elevi. Acestea reprezintă un instrument educațional care aduce materia mai aproape de realitate, făcând procesul de predare–învățare mai eficient, mai captivant și centrat pe elev”, subliniază prof. Felicia Perju, de la Colegiul Național „Garabet Ibrăileanu” Iași.
Cadrele didactice implicate au fost îndrumate în utilizarea acestor modele și în implementarea studiului educațional de către conf. univ. dr. Naela Costică, din cadrul Facultății de Biologie a UAIC.
Proiectul se bucură deja de recunoaștere academică internațională, rezultatele fiind publicate în două lucrări științifice, iar modelele și software-ul fiind prezentate în cadrul mai multor universități și conferințe de specialitate, confirmând relevanța și impactul inițiativei.
Inițiativa a pornit de la un proiect pilot inițiat și finanțat de UAIC intitulat „Fabricarea de materiale didactice auxiliare pentru disciplinele bio-moleculare predate în cadrul UAIC prin utilizarea tehnologiilor de imprimare 3D”, care a vizat generarea de modele pentru cadrele didactice ale UAIC.
În cadrul acestui proiect pilot, o echipă de la Facultatea de Biologie a UAIC, formată din studenți și cadre didactice, a realizat și a pus la dispoziție, gratuit, 86 de modele destinate cadrelor didactice din cadrul UAIC. Echipa a realizat atât proiectarea modelelor moleculare tipăribile, cât și producerea lor prin imprimare 3D, fiecare model fiind adaptat la cerințele specifice ale utilizatorilor în ceea ce privește dimensiunile, materialele, culorile și detaliile structurale.
