Шинжлэх ухаан, технологийн хөгжил нь хими болон биологийн комплекс молекулуудыг илүү ойлгомжтой, бодит байдлаар судлах, тайлбарлах шинэ боломжийг нээж байна. Тухайлбал, 3D принтерын технологи (3D printing) болон виртуал технологийг (Virtual Reality, VR) ашигласнаар судлаачид болон суралцагчид биологийн идэвхит молекулын гурван хэмжээст (3D) бүтцийг илүү бодит мэт харах, тэдгээрийн харилцан үйлчлэл болон үүргийг илүү гүн ойлгох боломжийг олгодог байна. Цаашлаад эдгээр технологи нь судалгаа, сургалтын чанарыг нэмэгдүүлэхээс гадна шинжлэх ухааны мэдлэгийг олон нийтэд илүү ойлгомжтой байдлаар түгээхэд чухал ач холбогдолтой болохыг олон улсын судалгаанууд харуулж байна.1,2
Молекулын 3D бүтэц судалгаа, сургалтад яагаад чухал вэ? Хими болон биологийн шинжлэх ухаанд молекулын гурван хэмжээст бүтэц нь тухайн молекулын функц буюу үүргийг тодорхойлох хамгийн чухал хүчин зүйлүүдийн нэг юм. Жишээ нь уургийн эвхрэх процесс (protein folding), фермент–субстратын харилцан үйлчлэл, эсрэгбие–антигений холболт, ДНХ-ийн хос хеликс бүтэц зэрэг нь бүгд молекулын хэлбэр, орон зайн зохион байгуулалтаас шууд хамаардаг. Гэхдээ уламжлалт сургалтын аргачлалд молекулын бүтцийг ихэвчлэн хоёр хэмжээст зураг эсвэл компьютерийн дэлгэц дээр харуулдаг тул суралцагчид молекулын бодит орон зайн хэлбэрийг бүрэн ойлгоход заримдаа хүндрэлтэй байдаг.
3D принтерийн технологи нь молекулын тоон өгөгдлийг физик загвар болгон хувиргах боломжийг олгодог. Жишээлбэл, Protein Data Bank (PDB) зэрэг мэдээллийн сангаас авсан уураг, ДНХ эсвэл ферментийн 3D бүтцийг тусгай програм ашиглан боловсруулж, дараа нь 3D принтерээр хэвлэж болно. Ингэж хэвлэсэн молекулын загварын тусламжтайгаар судлаачид болон оюутнууд молекулын орон зайн зохион байгуулалтыг илүү ойлгомжтой харах, амин хүчлийн байрлал, холбоос болон нугаралтыг бодитоор ажиглах, молекулын загварыг гараар барьж, эргүүлж харах боломжтой болдог. Ингэснээр молекулын бүтэц болон түүний үүргийн хоорондын холбоог илүү гүнзгий ойлгох нөхцөл бүрддэг болохыг судалгаанууд харуулж байна.2,3
VR технологи нь молекулын бүтцийг интерактив гурван хэмжээст орчинд судлах, ойлгох, тайлбарлах боломжийг олгодог. VR төхөөрөмж ашигласнаар судлаачид болон оюутнууд молекулын дотор “орж”, атом болон молекулын түвшний харилцан үйлчлэлийг бодит мэт мэдрэх боломжтой. Тухайлбал, молекулын динамикийн (MD) симуляциар ажиглагдсан процессуудыг VR орчинд дүрслэх замаар молекулын бүтцийг илүү бодитоор мэдрэх, уураг–лиганд холболт болон фермент–субстратын харилцан үйлчлэлийг динамикаар ажиглах, судалгааны үр дүнг сургалт болон танин мэдэхүйд илүү үр дүнтэй ашиглах боломж бүрдэж байна.1,4
3D принтер болон VR технологийг хослуулан ашиглах нь хими, биологийн сургалтын чанарыг сайжруулах, судалгааны үр дүнг илүү ойлгомжтой байдлаар дүрслэх, шинжлэх ухааныг олон нийтэд танин мэдэхүйн хэлбэрээр түгээх зэрэг олон давуу талыг бий болгодог. Цаашид эдгээр технологийг молекулын биологи, эм зүй, биотехнологи, материал судлал зэрэг олон салбарт өргөн ашиглах боломжтой юм. Иймээс эдгээр технологи нь молекулын бүтэц–үүргийн хамаарлыг судлах, ойлгох, заах арга барилыг шинэ түвшинд хүргэж буй чухал хэрэгсэл болж байна.
Эх сурвалж:
(1) Di, X.; Zheng, X. A Meta-Analysis of the Impact of Virtual Technologies on Students’ Spatial Ability. Education Tech Research Dev 2022, 70 (1), 73–98. https://doi.org/10.1007/s11423-022-10082-3.
(2) Martin, H.; Eisner, E.; Klosterman, J. K. Accessible 3D Printing: Multicolor Molecular Models from Consumer-Grade, Single Filament 3D Printers. J. Chem. Educ. 2023, 100 (12), 4860–4865. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.3c00686.
(3) Scalfani, V. F.; Vaid, T. P. 3D Printed Molecules and Extended Solid Models for Teaching Symmetry and Point Groups. J. Chem. Educ. 2014, 91 (8), 1174–1180. https://doi.org/10.1021/ed400887t.
(4) Jiang, H.; Zhu, D.; Chugh, R.; Turnbull, D.; Jin, W. Virtual Reality and Augmented Reality-Supported K-12 STEM Learning: Trends, Advantages and Challenges. Educ Inf Technol 2025, 30 (9), 12827–12863. https://doi.org/10.1007/s10639-024-13210-z.
(5) MolecModels. Models of Molecular Structures. http://www.molecmodels.co.uk/
Мэдээ бэлтгэсэн: М.Чагдаржав - Симуляци, тооцооллын салбар